流水灯课程设计重点讲义资料.docx
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流水灯课程设计重点讲义资料
一、设计要求
1.以8或10个指示灯作为显示器件,能自动的从左到右、从右到左自动的依次被点亮,如此周而复始,不断循环。
2.打开电源时控制器可自动清零,每个指示灯被点亮的时间相同约为0.5S~2S范围内。
3.用计算机画出设计电路图,进行仿真分析验证其正确性。
4.写设计说明书一份(画总原理框图以及说明主要工作原理,单元电路的设计和元器件的选择,画出完整的电路图和元器件明细表,收获、体会及建议)
二、设计的作用,目的
1.作用
利用控制电路可使彩灯(例如霓虹灯)按一定的规律不断的改变状态,不仅可获得良好的观赏效果,且可以省电(与彩灯全亮相比)。
2.目的
用NE555芯片,74LS151芯片,74LS163芯片,74LS194,以及一些逻辑门芯片完成彩灯控制器。
三、设计的具体实现
1.系统概述
接通电源时,555占空比可调振荡器产生1s单位的脉冲,脉冲送到下一个模块74LS151计数器,目的实现模5计数器,达到每五秒生成一个脉冲输向下一个芯片74LS194移位寄存器以及计数器74LS163。
进而彩灯在脉冲的作用下依次点亮,并实现循环,完成实验要求。
2.总体思路
先用555定时器用来生成1s标准单位cp脉冲,把脉冲给计数器74LS151,通过74LS151形成模5加法计数器,再将74LS151输出信号供给74LS194移位寄存器输入端,Q0,Q1,Q2和Q3接彩灯然后连接几个逻辑门,把74LS194接成环形计数器。
就能实现基本电路要求。
3.方案设计
总体电路共分三大块。
第一块实现时钟信号的产生;第二块实现灯亮灭情况的演示;第三块实现灯亮灭的控制及节拍控制。
3.1单元模块的设计与组成
1.占空比可调振荡器
555集成电路是8脚封装,双列直插型,如图1(A)所示,按输入输出的排列可看成如图1(B)所示。
其中6脚称阈值端(TH),是上比较器的输入;2脚称触发端(TR),是下比较器的输入;3脚是输出端(Vo),它有O和1两种状态,由输入端所加的电平决定;7脚是放电端(DIS),它是内部放电管的输出,有悬空和接地两种状态,也是由输入端的状态决定;4脚是复位端(MR),加上低电平时可使输出为低电平;5脚是控制电压端(Vc),可用它改变上下触发电平值;8脚是电源端,1脚是地端。
把它接成占空比可调振荡器
VCC=,RA=714,RB=714,C=1uf
实现单位1s的脉冲cp,将它输出的脉冲加到74LS151的cp端
2.脉冲设计电路
74LS161
目的实现模5计数器,达到每五秒生成一个脉冲输向下一个芯片
图2
实现模5计数器,用它的后五个状态,把D0D1D2D3预置到1011端,OC与通过非门于LD相连,CO端输出到下一个芯片74LS194的cp端。
3.移位寄存设计电路
74LS194
目的:
用其输出端对三个彩灯分别进行循环循环控制
图3
把CR接高电平,SR接到Q3端,实现环形计数器,D0D1D2D3预置1000,SL置空,Q0接红灯Q1接黄灯Q2和Q3通过一个或非门接一个绿灯,CP接上一个芯片来的脉冲,要实现开启电路时红灯亮,还要向电路送数,Q0Q1Q2Q3通过同或门接到S1端,S0接高电平,当开启电源时,Q0Q1Q2Q3通过同或门向S1端输入高电平,达到S1S0都为高电平,这样就像芯片送数1000,红灯亮,这是Q0Q1Q2Q3通过同或门向S1送低电平,这时芯片就会1000→0100→0010→0001→1000→0100→0010→0001实行循环,这样三个灯就会在5s为单位的脉冲控制下依次点亮并循环。
4.主要芯片介绍
1.555定时器
如图4为555计时器的引脚图,以及内部构造图。
图4
其工作原理:
它含有两个电压比较器,一个基本RS触发器,一个放电开关T,比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压,它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为
和
。
C1和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号输入并超过
时,触发器复位,555的输出端3脚输出低电平,同时放电,开关管导通;当输入信自2脚输入并低于
时,触发器置位,555的3脚输出高电平,同时放电,开关管截止。
是复位端,当其为0时,555输出低电平。
平时该端开路或接
。
Vco是控制电压端(5脚),平时输出
作为比较器A1的参考电平,当5脚外接一个输入电压,即改变了比较器的参考电平,从而实现对输出的另一种控制,在不接外加电压时,通常接一个0.01
的电容器到地,起滤波作用,以消除外来的干扰,以确保参考电平的稳定。
T为放电管,当T导通时,将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路.
555电路的引脚功能
触发
阈值
复位
IS
放电端
输出
>
H
导通
L
H
原状态
×
H
截止
H
×
×
L
导通
L
2.数据选择器74LS151
74LS151为互补输出的8选1数据选择器,引脚排列如图所示,功能见表。
图5
选择控制端(地址端)为C~A,按二进制译码,从8个输入数据D0~D7中,选择一个需要的数据送到输出端Y,G为使能端,低电平有效。
(1)使能端G=1时,不论C~A状态如何,均无输出(Y=0,W=1),多路开关被禁止。
838电子
(2)使能端G=0时,多路开关正常工作,根据地址码C、B、A的状态选择D0~D7中某一个通道的数据输送到输出端Y。
如:
CBA=000,则选择D0数据到输出端,即Y=D0。
如:
CBA=001,则选择D1数据到输出端,即Y=D1,其余类推。
构成16以内的任意进制加法计数器:
用S0,S1,S2…,SM…SN表示输入0,1,2,…,N个计数脉冲CP时计数器的状态。
SM可以为S0,但需小于SN。
对于异步置数:
在输入第N个计数脉冲CP后,通过控制电路,利用状态SN产生一个有效置数信号,送给异步置数端,使计数器立刻返回到初始的预置数状态SM,即实现了SM~SN-1计数。
对于同步置数:
在输入第N-1个计数脉冲CP时,利用状态SN-1产生一个有效置数信号,送给同步置数控制端,等到输入第N个计数脉冲CP时,计数器返回到初始的预置数状态SM,从而实现SM~SN-1计数。
3.计数器74LS163
74LS163是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器,他可以灵活的运用在各种数字电路,以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能。
引脚图如下:
如图6
管脚图介绍:
时钟CP和四个数据输入端P0~P3清零/MR使能CEP,CET置数PE
数据输出端Q0~Q3
以及进位输出TC.(TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET
从74LS163功能表功能表中可以知道,当清零端CR=“0”,计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”,这个时候为异步复位功能。
当CR=“1”且LD=“0”时,在CP信号上升沿作用后,74LS163输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3,D2,D1,D0的状态一样,为同步置数功能。
而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后,计数器加1。
74LS163还有一个进位输出端CO,其逻辑关系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。
合理应用计数器的清零功能和置数功能,一片74LS163可以组成16进制以下的任意进制分频器。
4.移位寄存器74LS194
74LS194是四位通用移存器,具有左移、右移、并行置数、保持、清除等多种功能,其内部结构与逻辑符号分别如图7所示,功能表如表7-所示。
图7
表7
74LS194各引出端功能如下:
D0~D3:
并行数码输入端。
Cr:
异步清0端,低电平有效。
SR、SL:
右移、左移串行数码输入端。
S1、S0:
工作方式控制端。
从其功能表和图7-19(c)时序图可以看出,只要Cr=0,移存器无条件清0。
只有当Cr=1,CP上升沿到达时,电路才可能按S1S0设置的方式执行移位或置数操作:
S1S0=11为并行置数,S1S0=01为右移,S1S0=10为左移,时钟无效或虽然时钟有效,但S1S0=00则电路保持原态。
5.
三、电路设计
基本原理设计电路图如图8所示:
如图8
四、测试与结果分析
电路设计,安装元器件及连好导线后,进行实验结果测试。
实验前首先完成以下步骤:
1.检查电路原理图及导线的连接。
在电脑上仿真,能够得出正确的实验现象,所以电路原理图正确。
检查导线的连接是否与电路原理图上一致。
2.检查导线的连接。
对照电路原理图,用数字万用表打到合适的档位,测试各对应的接点是否连接好并导通。
3.检查实验仪器和器材是否完好。
电源5伏直流电压输出正常,NE55芯片测试其功能均正常,用万用表检查开关,按下时导通均正常。
完成上述步骤后,接通5伏的直流电源,实验现象为:
流水灯能自动的从左到右、从右到左自动、以不同的方式依次被点亮,流水灯会出现不同的闪烁方式间歇流动。
如此周而复始,不断循环。
调节Rp的阻值,流水灯的流速发生了改变。
至此,多功能流水灯电路设计,调试与实验基本成功。
五、心得体会
通过对本课件的制作,发现自己对某些芯片的掌握不够准确。
在EWB中弄原理图时,有个163芯片少接了个地,致使电路不能正常工作。
做板的时候也遇到了一些问题,如在面包板上排线时,排线交错连接,一片混乱,经过几次尝试后能够很简洁的利用面包板排线。
同时也体会到工业设计以及实际操作的重要性。
通过这次课程设计,可以很好的把每个实验内容融合到一起,应用于解决实际问题中,同时又加深了自己对EWB仿真软件的学习与应用,理论和实践相结合,从而更好地掌握所学知识。
从中也得到了不少经验,对以后的学习,设计起到很大的帮助。
六、附录
元件清单
序号
名称
规格
数量
1
555震荡器
NE555
1
2
数据选择器
74LS151
1
3
移位寄存器
74LS194
2
4
计数器
74LS163
2
5
与非门
HD74LS20P
1
6
或门
HD74LS32P
1
7
异或门
TC4030BP
1
8
非门
SN74LS00N
1
9
电阻
4.7K
1
10
电阻
150K
1
11
电容
4.7uF
1
12
电容
0.01uF
1
13
彩灯
9
14
面包板
1