HAM彩灯循环显示控制电路.docx
《HAM彩灯循环显示控制电路.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《HAM彩灯循环显示控制电路.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
HAM彩灯循环显示控制电路
课程设计（论文）说明书
题目：
彩灯循环显示控制电路
院（系）：
电子工程与自动化学院
专业：
测控技术与仪器
学生姓名：
洪爱明
学号：
0900820509
指导教师：
何锋
职称：
2012年01月12日
摘要
本次循环控制彩灯电路的制作主要采用74LS194芯片接成扭环形结构的移位寄存器来实现，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、控制电路、脉冲发生器构成8个彩灯的循环控制，并且可以组成多种花型。
本次主要为全亮全灭，及左右移动的功能。
关键词：
控制、循环、555多谐振荡电路、74LS194
ABSTRACT
Thiscyclecontrollightstheproductionofthemaincircuitchipintotwistby74LS194ringstructureoftheshiftregistertoachieve,throughthe555timingcircuittobetheAstableMultivibrator.Thewholecircuitmainlybytheshiftregister,controlcircuit,pulsegeneratorconstituteeightthelanterncyclecontrol,andcanformavarietyofpatterns.ThemainistomakealltheLedlightsuporout,andthemoveleftorright.
Keywords：
control，cycle,555AstableMultivibrator，74LS194
目录
引言…………………………………………………………………………...4
第一章设计要求及思路设计………………………………………………….4
1.1课设任务要求……………………………………………………………4
1.2总体设计思路……………………………………………………………4
1.3基本原理…………………………………………………………………4
1.4设计方案框图……………………………………………………………5
第二章循环发光器的系统组成…………………………………………………5
2.1555定时电路产生时钟脉冲……………………………………………5
2.2分频电路74LS192……………………………………………………7
2.3.彩灯循环控制部分……………………………………………………8
第三章循电路的总体设计………………………………………………………11
3.1用NE555实现多谐振荡器………………………………………………13
3.2方案一：
移位寄存器74LS194的使用……………………………………………………14
3.3方案二：
74LS138及74LS192的使用………………..................................15
3.4方案比较及选择…………………………………………………………………15
第四章实验、调试及测试结果分析…………………………………………………………………16
4.1使用的主要仪器、仪表及软件……………………………………………………………..16
4.2测试电路的方法和技巧……………………………………………………………………16
4.3调试中出现的故障、原因及排除方法……………………………………………………………16
第五章 总结与设计调试体会……………………………………………………………..........17
附录一《课程设计1》元器件清单……………………………………………………………......18
附录二参考资料…………………………………………………………………………………18
附录三74LS194、74LS138、74LS192的使用…………………………………………………………18
附录四实验原理图的修改过程…………………………………………………………….........22
引言
课程设计是理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。
通过课程设计，加深对《电路分析》、《模拟电路》、《数字逻辑》等课程知识的理解，进一步训练和提高同学们的实际应用能力，要求同学们能够综合运用基础课程所学知识，设计并制作出一个实际应用电路或整机、并撰写课程设计报告。
本次课程设计主要注重的是电子电路的设计、仿真、安装、调试、印制电路板等综合于一体的一门课程，意在培养学生正确的设计思想方法以及思路，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度,培养学生综合运用所学知识与生产实践经验，分析和解决工程技术问题的能力。
彩灯循环显示控制电路的设计与制作
第一章设计要求及思路设计
1.1课设任务要求：
（1）8只发光二极管显示；
（2）设置外部操作开关，它具有控制彩灯亮点的右移、左移、全亮以及全灭等功能；
（3）彩灯亮点移动的时间间隔取一秒；
（4）参考元件：
74LS194,74LS153,CC40161,555时基电路等。
1.2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左右移，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实现。
方案二中，主要是采用二进制译码器74LS138及中规模集成电路74LS192实现彩灯的循环控制。
1.3基本原理
本次实验主要是通过两片双向移位寄存器74LS194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移动方向，实现左移，右移，及全灭全亮功能；或者，采用二进制译码器74LS138及中规模集成电路74LS192实现彩灯的循环控制。
1.4设计方案框图
方案一
（a）
方案二
（b）
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多谐振荡器实验连线图（两种方案均采用此电路）
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*C1*（R1+2R2）
2.2分频电路74LS192
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号见附录。
通过74LS192可以将输入信号的频率f转换成f/10，从而实现分频效果。
74LS192具体功能及使用方法见附录三。
图2-574LS192分频实验连线图（两种方案均采用此电路）
2.3.彩灯循环控制部分
方案一：
移位寄存器74LS194的使用
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。
74LS194具体使用方法见附录四。
图2-6两片74LS194的连接方式（两片74LS194均左移）（方案一）
图2-7两片74LS194的连接方式（两片74LS194均右移）（方案一）
图2-874LS194实现循环彩灯控制实验连线图（方案一）
方案二：
74LS138及74LS192的使用
使用74LS138和74LS192来实现加减计数功能，从而实现全亮，全灭，左移位，右移位的功能。
74LS138和74LS192的具体功能及使用方法见附录三。
图2-974LS138及74LS192实现循环彩灯控制实验连线图（方案二）
第三章循电路的总体设计
3.1用NE555实现多谐振荡器
图3-1为多谐振荡器的仿真图，产生10Hz的脉冲信号，再经过一个74LS192分频（图3-2为74LS192分频电路的仿真图），产生1HZ的脉冲信号，作为循环彩灯电路部分的时钟信号，
图3-1多谐振荡器仿真图（用软件Proteus仿真）
图3-2为74LS192分频电路的仿真图（用软件Proteus仿真）
3.2方案一：
图3-2为在仿真软件multisim（因为之前用protues仿真有点问题）中进行仿真的示意图，脉冲信号为时钟脉冲信号。
如图S1S0都为高电平时处于并行输入状态。
图3-2时钟脉冲信号下的总电路图（用multisim仿真）
S1S0=01实现右移位
S1S0=10实现左移位
S1S0=00实现保持功能
S1S0=11实现置数功能
图3-3所示为555定时电路及74LS192分频电路产生连续时钟脉冲信号
图3-3由74LS194组成的彩灯循环控制电路（用软件Proteus仿真）
（1）SW5=1,Jumper1断开，jumper2接通时，通过SW2控制：
S1S0=01实现右移位，D9亮；S1S0=10实现左移位，D10亮。
（2）Jumper2断开时，时钟信号消失，实现保持功能
（3）Jumper1接通时，S1S0=11实现置数功能：
SW5=1时，实现全亮。
（4）SW5=0,74LS194清零端起效，实现全灭。
3.3方案二：
由74LS138及74LS192组成的移位寄存器电路，可以实现循环彩灯的控制功能。
如图3-4所示组成的移位寄存电路。
不过是暗点移动，如果要实现亮点移动，可以加与非门或者将8盏LED灯用共阳接法。
图3-4由74138及74192组成的彩灯循环控制电路（用软件Proteus仿真）
SW1=DNSW2=1SW3=0SW4=0时实现彩灯的左移位功能
SW1=XSW2=XSW3=0SW4=1时实现彩灯的全亮
SW1=XSW2=XSW3=1SW4=1时实现彩灯的全灭
SW1=UPSW2=0SW3=0SW4=0时实现彩灯的右移位功能
3.4方案比较及选择
方案一和方案二理论上都可行，但在实际制作中，必须考虑很多因素，资金、难易程度、耗时等等。
对于上述两种方案，方案一是相对比较简单的，除了时序脉冲产生部分（两种方案一样），剩下的彩灯循环控制部分，方案一只需要2块74LS194芯片及3个主要开关，而方案二中则需要一块74LS00、一块74LS192、一块74LS138，共计三块芯片及4个主要开关。
然后再考虑之后的画图、做板等一系列工作以及查阅相关资料，选择第一种方案是最佳的。
故本次课设采用第一种方案实施。
选择最佳的方案，是成功的开始。
方案一电路所具有的功能：
全亮全灭，亮点左移、右移、暂停。
第四章实验、调试及测试结果分析
4.1使用的主要仪器、仪表及软件：
数字万用表、直流稳压电源、multisim仿真软件、protues仿真软件、DXP2009等；
4.2测试电路的方法和技巧:
先用数字万用表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，电解电容的使用是否正确。
（3）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
“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，实践中能学到书本上很多学不到的东西。
真正自己动手做了，才能体会这样深刻；真正把东西做出来了，心里才有无比的喜悦！
历时两个星期的课设结束了，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，我首先想到的就是方案二（采用74LS192和74LS138），因为之前的数电实验考试刚好考的用它们设计流水灯，所以一开始就和我们组的人员开始讨论怎么将实验改进后满足这次课设的要求，原以为挺简单的，因为有思路了。
可真正开始仿真的时候才知道，没我们想的那么简单，遇到了不少麻烦，不过最终都解决了，但总体感觉不怎么好，有点粗糙。
所以就开始上网查阅资料，发现高手做彩灯循环控制电路都是首选74LS194的，因为它是双向移位寄存器且可以并行串行输入，再想到题目中的参考元件，有种顿开茅塞的感觉。
接下来就开始查阅相关资料，开始了方案一的设计，经过自己的不懈努力和周围人的帮助，最终确定了方案一。
通过查阅资料，学习吸收别人的长处，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74LS192和74LS138实现彩灯循环控制，花了挺多的时间，在过程中基本学会了multisim和protues的使用。
之后在做板的过程中，原以为自己考虑的挺仔细了的，结果把板子做出来，焊好，才知道问题来了，有个双刀双掷开关的封装弄错了，因为我想用一个自锁开关代替，结果没有考虑到自锁开关的内部结构，后来花了一个晚上的时间弄明白了两种自锁开关的内部结构。
第二天，就认真的对着PCB图用导线改了一下板子的电路，直到达到我的预期效果。
经过这次课设，我深刻明白了，没学好理论知识是多么的无助，哪怕你的动手能力再强。
做课设的过程是让你将理论与实践相结合，有好的理论基础，那么你将会事半功倍，可以有更大扩展，当你遇到问题的时候不会茫然，另外还考验你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。
每一次成功都不是那么简单的，得做很多前期工作，在方案很多的时候，要不断对比，选出最佳方案，然后进一步优化方案。
这个过程需要很好的综合素质。
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，照搬别人的成果。
作为一名新时代的大学生，应该具备创新思维。
当你在经历过多次挫败之后获得成功的那一刻，你就会深刻体会到成功的喜悦。
与此同时，回想起之前的付出，都是值得的。
好的结果仅仅是代表着一种肯定，但过程才是最重要的，不论成败与否，过程中学习与领悟到的东西才是弥足珍贵的。
所以每次的实践之后，好好总结才是最应该的。
整理好从中学到的，那将是一笔无价的财富，无人能拿走。
通过这次课程设计，在原本认为无味的学习生活中，感觉到了快乐。
对于电子电路的兴趣感增强了，明白了将理论用到实践中是一件非常有乐趣的事。
要舍得付出，那么就会在不知不觉中收获。
总而言之，受益匪浅。
附录一：
《课程设计1》元器件清单
课题：
彩灯循环显示控制电路
序号
名称
数量
单价
备注
1
74LS194
2
4
50K电位器
1
6
74LS192
1
8
10*14双面版
1
9
电阻
8
10
电容
2
1uf
11
NE555
1
12
LED
11
13
SW-SPDT（单刀双闸）
2
14
自锁开关
1
15
拨码开关
1
17
排针
2
附录二：
参考资料
[1]《数字电子技术基础》第五版，清华大学电子教研组编，高等教育出版社，2005
[2]《数字逻辑电路·实验·设计·仿真》周巍黄雄华编著，电子科技大学出版社，2007
[3]谢自美.电子线路设计、实验、测试.华中科技大学,1988
[4]
附录三：
74LS194、74LS138、74LS192的使用
1．74LS194的使用
图1为4位双向寄存器管脚图，2为74LS194的功能表
图1移位寄存器74LS194管脚图
图2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。
2．74LS138的使用
（1）74LS138工作原理及管脚图如下：
当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/（G2A）和/（G2B））为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
（2）74LS138功能:
利用G1、/（G2A）和/（G2B）可级联扩展成24线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成32线译码器。
若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器.
如图3二进制译码器74LS138的管脚图，图4为其功能表。
图3二级制译码器74LS138管脚图
图43线-8线译码器74LS138功能表
3.74LS192的使用
计数器74LS192管脚图如图5所示，功能表如图6所示
图5计数器74LS192管脚图
图6计数器74LS192功能表
◆C2PU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。
◆LD为预置输入控制端，异步预置。
◆CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。
◆CO为进位输出：
1001状态后负脉冲输出，
◆BO为借位输出：
0000状态后负脉冲输出。
附录四：
实验原理图的修改过程及PCB
1.最初修改的原理图
2.第二次修改后：
（去掉了与非门以及部分电阻）
3.第三次修改后：
（将两个单刀双掷开关换成了一个双刀双掷开关，增加了一个单刀单掷开关）
4.最终的PCB图：
升级会员 