十六路循环心形彩灯控制教学教材.docx

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十六路循环心形彩灯控制教学教材

十六路循环心形彩灯控制

摘要…………………………………………………………………2

第一章系统组成及工作原理…………………………………………3

1.1总体设计思路…………………………………………………3

1.2基本原理……………………………………………………….3

1.3电路框图……………………………………………………….3

第二章循环发光器的系统组成………………………………………4

2.1555定时电路产生时钟脉冲………………………………….5

2.2移位寄存器……………………………………………………6

2.3方案二74LS138及192的功能………………………………7

第三章循环电路的总体设计…………………………………………8

3.174LS194组成的电路……………………………………….9

3.274LS138及74LS192组成的电路……………………………11

第四章实验结果的调试及检测…………………………………….13

4.1调试使用的主要仪器………………………………………….15

4.2调试技巧的方法………………………………………………15

4.3调试中出现的故障、原因及排除方法……………………15

第五章总结………………………………………………………17

第六章附录………………………………………………………18

附录一……………………………………………………………18

附录二……………………………………………………………18

附录三……………………………………………………………19

评分表……………………………………………………………20

摘要

本次循环控制彩灯电路的制作主要采用74LS194与74LS160芯片接成心形结构的移位寄存器、计数器来实现，通过555定时电路组成多谢振荡电路。

整个电路主要由移位寄存器、计数器、控制电路、脉冲发生器构成16个彩灯的循环控制，并且通过移位寄存器的控制可以组成多种花型。

本次主要为全亮全灭，及对称性移动的功能。

关键词：

控制、循环、555定时电路

第一章系统组成及工作原理

1.1总体设计思路

根据课程设计课题要求，要实现本系统，需要设计时钟脉冲产生电路，循环控制电路和彩灯对称移动，及全灭全亮功能输出电路。

时钟脉冲产生电路由555定时电路组成多谐振荡触发器产生连续始终脉冲，循环控制电路采用74LS194与74LS160实现,其中74LS160为整个循环控制电路提供驱动作用。

1.2基本原理

本次实验主要是通过两片双向移位寄存器74LS194与74LS160来实现彩灯电路的循环控制，通过555定时电路来产生连续时钟脉冲进行信号的输入，由外围开关控制信号的不同闪烁，实现对称闪烁及全灭全亮功能。

彩灯演示电路

555定时电路

计数器电路

电源输入

移位寄存器

1.3框图

图1-1设计框图

第二章循环发光器的系统组成

2.1555定时电路产生时钟脉冲

555集成时基电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，可连接成多谐振荡电路，产生单位脉冲，用于触发计数器。

在延时操作中，脉冲由一个电阻和一个电容控制。

用于稳定工作的振荡器时，频率由两个电阻和一个电容控制。

NE555会在下降延触发和清零，此时输出端产生200mA的电流。

NE555的工作温度为0℃～70℃。

如图2-1,2-2分别是引脚图和管脚图。

图2-1555引脚图图2-2555管脚图

各管脚说明：

1接地2触发3输出4复位5控制电压6门限（阈值）7放电8电源电压Vcc。

其功能主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。

因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号。

图2-3为多谐振荡电路波形图。

图2-4为多谐振荡器实验连接图。

图2-3555多谐振荡波形图

图2-4多谐振荡实验连线图

用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为:

T=0.7（R1+2R2）

2.2移位寄存器74LS194

移位寄存器除了具有存储功能以外，还具有移动的功能。

所谓移位功能，是指寄存器里存储的代码能在移位脉冲的作用下，依次位，右移位。

74LS194是4位双向移位寄存器，它具有并行输入，并行输出，左右移动的功能。

74LS194的操作主要由两个工作方式控制端S1,S0来决定。

当S1S0=00时，为保持状态。

当S1S0=01时，进行右移位操作。

当S1S0=10时，进行左移位操作。

当S1S0=11时，进行送数操作。

在后三种操作中，都是同步的，即必须有时钟信号，在时钟信号的上升沿到来时，进行左右移动和送数操作。

图2-5为4位双向寄存器管脚图，2-6为74LS194的功能表

图2-5移位寄存器74LS194管脚图

图2-6移位寄存器74LS194功能表

其中DIR（2脚）为数据右移位串行输入端（先输入高位，再输入低位

DIL为数据左移位串行输入端

D0,D1,D2,D3为数据并行输入端

Q0,Q1,Q2,Q3为数据并行输出端

S1,S0为控制端

RD为复位端（异步清零）。

它的具体功能如下：

1）清零：

当RD=0时，不管其它输入为何种状态，输入为全零

2）保持：

当CP=0，RD=1时，其它输入为任意状态，输入状态保持。

或者RD=1,S1,S0均为0，其它输入为任意状态，输出状态也将保持

3）置数：

RD=1,S1=S0=1,在CP脉冲上升沿时，将数据输入端数据D0,D1,D2,D3置入Q0,Q1,Q2,Q3中并寄存。

4）右移：

RD=1，S1=0,S0=1,在CP脉冲上升沿时，实现右移操作，此时，若DIR=0，则0向Q0移位，若DIL=1，则向Q0移位。

5）左移：

RD=1，S1=1,S0=0,在CP脉冲上升沿时，实现左移操作，此时，若DIR=0，则0向Q3移位，若DIL=1，则向Q3移位。

2.3计数器74LS60

这种同步可预置十进计数器是由四个D型触发器和若干个门电路构成，内部有超前进位，具有计数、置数、禁止、直接（异步）清零等功能。

对所有触发器同时加上时钟，使得当计数使能输入和内部门发出指令时输出变化彼此协调一致而实现同步工作。

这种工作方式消除了非同步（脉冲时钟）计数器中常有的输出计数尖峰。

缓冲时钟输入将在时钟输入上升沿触发四个触发器。

这种计数器是可全编程的，即输出可预置到任何电平。

当预置是同步时，在置数输入上将建立一低电平，禁止计数，并在下一个时钟之后不管使能输入是何电平，输出都与建立数据一致。

清除是异步的（直接清零），不管时钟输入、置数输入、使能输入为何电平，清除输入端的低电平把所有四个触发器的输出直接置为低电平。

超前进位电路无须另加门，即可级联出n位同步应用的计数器。

它是借助于两个计数使能输入和一个动态进位输出来实现的。

两个计数使能输入（ENP和ENT）计数时必须是高电平，且输入ENT必须正反馈，以便使能动态进位输出。

因而被使能的动态进位输出将产生一个高电平输出脉冲，其宽度近似等于QA输出高电平。

此高电平溢出进位脉冲可用来使能其后的各个串联级。

使能ENP和ENT输入的跳变不受时钟输入的影响。

电路有全独立的时钟电路。

改变工作模式的控制输入（使能ENP、ENT或清零）纵使发生变化，直到时钟发生为止，都没有什么影响。

计数器的功能（不管使能、不使能、置数或计数）完全由稳态建立时间和保持时间所要求的条件来决定。

图2-7计数器引脚图

图2-8计数器状态表

第三章循电路的总体设计

3.1由74LS194组成的功能图

图3-1为在仿真软件Proteus中进行仿真的示意图，脉冲信号为时钟脉冲信号。

如图S1为高电平，S0为低电平时实现右循环。

图中实现单个移位寄存器的功能。

有拨动开关可以实现左右移动，全灭，全亮及置数的功能。

图3-1单个移位寄存器仿真图

3.2555定时电路组成的多谐振荡电路后的示意图

图3-3所示为555定时电路产生连续时钟脉冲信号

图3-3555定时定路下的总设计电路

第四章实验、调试及测试结果分析

4.1调试使用的主要仪器:

数字万用表直流稳压电源示波器

4.2测试电路的方法和技巧:

先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好；前面的检查无问题后，再根据彩灯的变化情况，确定可能的原因，分析是哪个功能模块出了问题，用数字万用表检查各模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止

4.3调试中出现的故障、原因及排除方法：

（1）彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样：

可能是移位计数器的S0，S1端控制出现问题，应该检查循环控制逻辑电路。

还可能是芯片74LS194移位寄存器没有正常工作，检查是否正确接线，芯片是否功能完好。

特别注意不能把非门的输入与输出接反了。

（2）彩灯无规律变化：

原因可能是由555定时电路产生的时钟脉冲信号不稳定，或者是在555电路中没有标准的计算各电阻的阻值，电解电容，陶瓷电容的使用是否正确。

（3）彩灯在移动过程中是两个灯一起跳

可能是是芯片74LS192在面包板上面没有接稳定，应该检查芯片是否通电，各高低电平是否正常工作。

应该检查导线是否有问题。

（4）实验过程中灯一会亮一会不亮

最后可能是导线的接触不良问题，应该首先从电源是否良好的接入电路开始检查，再检查555定时电路时候正常工作，最后检查芯片管脚电压。

第五章　总结与设计调试体会

课程设计共耗时两个星期，终于到了结尾总结的时刻了。

感觉在这段时间中自己学会了很多东西，如设计电路最重要的是思路要清晰，一旦有了自己的思路就应该有层次有条理的探索下去，只要坚持自己的观点和判断，就一定能实现，即便最后发现走进了死胡同，但是探索设想与求证的过程却是通往另一条道路必不可少的环节。

在完成这次设计的过程中，我也有参考相关的设计课题，甚至还花了很长的时间去弄清楚别人的设计，以至于后来被束缚住，对自己的设计没有了头绪。

学习吸收别人的长处是应该的，但是不能完全沉浸进去，要有自己的思路和观点，并且努力去实现。

这就是快乐的最大源泉。

在完成本次课设的过程中开始的头几天一直在纠结于用74LS194实现移位寄存器，因为它的原理是很简单的，可是在实际连电路的过程中，一下子遇到了很大的困难，因为外界的干扰因素实在太多了，稍不注意就碰到某个导线了，结果发光二极管就不亮，于是自己得检查到底哪里出现了问题，有得费很长时间去检查管脚是否连错，导线是否松动，或者导线是否坏掉等等情况。

经过这次试验，终于感觉到了理论与实际的差别有多大了，当然这个过程也是非常的考验人的，不仅仅是考察你的理论知识，动手能力，以及检查问题并解决问题的能力，更是在考验一个人的耐心，细心。

在连接电路的过程中，丝毫不得马虎，必须清楚的了解每个芯片的管脚分布图，功能表。

说实话，在实验过程中出现问题并不可怕，可怕的是在反复的受挫中没有革新，不能改进自己的方法和思路。

因此自己应该具有创新思维。

通过这次课程设计，我对电子技术中的诸多知识有了更深层次的理解，也初步学会了如何将理论知识有机地与实际结合加以运用。

这是一次获益匪浅的实习。