数电课程设计流水灯报告 631306040220

学 号： 631306040220

课 程 设 计

题 目 学 院 专 业 班 级 学 号 8路彩灯控制电路设计 信息科学与工程学院 通信工程 2013级2班 ************ 姓 名 丁茂婷 指导教师 李艾星 谭晋

2015 年 1 月 2

日

重庆交通大学《数字电路与逻辑设计》课程设计说明书

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课程设计任务书

学生姓名： 丁茂婷 专业班级： 通信13级2班 指导教师： 李艾星 谭晋 工作单位： 信息科学与工程学院

题 目: 8路彩灯控制电路设计 初始条件：

1． 运用所学的模拟电路和数字电路等知识；

2． 用到的元件：实验板、电源、连接导线、74系列芯片、555芯片，LED

发光管等

要求完成的主要任务:

设计并制作8路彩灯控制电路，用以控制8个LED按照不同的花色闪烁 1． 接通电源，电路开始工作，LED灯闪烁；

2． LED灯按照事先设计的方式工作，要求闪烁的模式不能少于三种(其中

包裹奇偶交替闪烁4次)； 3． 选作；闪烁时快慢两种节拍变换；

4． 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。

时间安排：

第1天 下达课程设计任务书，根据任务书查找资料；

第2～4天 进行方案论证，软件模拟仿真并确定设计方案； 第5天 提交电路图，经审查后领取元器件；

第6～8天 组装电路并调试，检查错误并提出问题；

第9～11天 结果分析整理，撰写课程设计报告，验收调试结果； 第12～14天 补充完成课程设计报告和答辩。

指导教师签名： 年 月 日

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目录

1.1 设计意义..………………………………………………………...2 1.2 设计要求…………………………………..……………………...2 1.3 初始条件…………………………………..……………………...2

引言………………………………………………………………………1 1设计意义及要求……………………………………………………….2

2方案设计..……………………………………………………………...3 2.1 单元模块设计..……………..…………………………………….3 2.2 单位脉冲设计电路...………………………………............….….3 2.3 4位双向移位寄存器74LS194电路…………………….……….4 3主要芯片介绍

元件参数..................................................................................................................5

3.1 CC7555定时器----------------------------------------5 3.2 74LS161计数器-----------------------------------------5

3.3 74LS194移位寄存器-----------------------------------8

4.仿真电路图

4.1电路图----------------------------------------------------------------------10 5调试与检测……………………………………………………………11 6体会与总结……………………………………………………………12 参考文献……………………………………………………………….....

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引言

电子技术实验是一门重要的实践性技术基础课程。开设本课程的目的在于使学生理论联系实际，在老师的指导下完成大纲规定的实验任务。通过实验熟悉电工.电子技术的应用中常用的设备和电子器件，熟悉常用仪器的使用方法，掌握正确记录.处理实验数据、绘制曲线、分析实验结果的方法，从而开发学生分析问题或解决问题的能力，培养学生具有严谨的工作作风，实事求是的科学态度，刻苦钻研、勇于探索和创新的开拓精神以及遵守纪律、团结协作和爱护公物的优良品质，为今后从事专业科研工作和工程技术工作打下良好的基础。 流水灯是一串按一定的规律像流水一样连续闪亮。流水灯控制是可编程控制器的一个应用，其控制思想在工业控制技术领域也同样适用。 流水灯控制可用多种方法实现，但对现代可编程控制器而言，利用移位寄存器实现最为便利。通常用左移寄存器实现灯的单方向移动；用双向移位寄存器实现灯的双向移动。

关键词：流水灯 74LS161计数器 74LS194移位寄存器 CC7555定时器 自启动 8个LED灯在脉冲作用下顺序，循环点亮。

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1 设计意义及要求

1.1设计意义

霓虹灯在生活中的发展和应用非常迅速，而彩灯的种类繁多，变化多样，因此设计彩灯控制电路有非常重大的实际意义。经本学期及上学期对模拟、数字电子技术的学习，学校安排了这次的电工电子实习，目的在与让学生综合运用所学的知识，对各基本器件的运用更加熟练，也更好的锻炼学生的设计思维和动手设计能力。

同学通过此次的设计多个方案的设计，可以将所学知识转化为实物，得到更多种类、更多花样的彩灯控制电路，在收获成就感和满足感的同时，可以对设计的彩灯花样更具有创新意识。

1.2设计要求

设计并制作8路彩灯控制电路，用以控制8个LED按照不同的花色闪烁 1. 接通电源，电路开始工作，LED灯闪烁；

2. LED灯按照事先设计的方式工作，要求闪烁的模式不能少于三种(其中包裹奇偶交替闪烁4次)；

3. 选作；闪烁时快慢两种节拍变换；

4. 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。

1.3初始条件

1)运用所学的模拟电路和数字电路等相关知识；

2)电路中所用到的元件：实验面包板、电源、连接导线、电阻、电容、发光二极管、74系列芯片(包括移位寄存器74LS194、非门74LS20等)、、555芯片等。

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2 方案设计

2.1 单元模块设计 2.1.1单位脉冲设计电路 工作原理：

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74LS161，通过74LS161形成模5加法计数器，再将74LS161输出信号供给74LS194，74LS194移位寄存器输入端置位1000，Q 0接灯1，Q1接灯2，Q2接灯3和Q3接灯4，把74LS194接成环形计数器。就能实现基本电路要求。 1.占空比可调振荡器

把它接成占空比可调振荡器

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RA R1 R2 RB R3 7 D1 6 vC ＋ D2 － C 2 8 555 1 4 3 VCC vO 5 0.01 F

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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74LS161的cp端 2.5s为单位的脉冲设计电路 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

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。 2.2..移位寄存设计电路 74LS194

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目的：用其输出端对八个彩灯分别进行循环循环控制

把CR接高电平，SR接到Q3端，实现环形计数器，D0D1D2D3预置，SL置空, ，CP接上一个芯片来的脉冲，要实现开启电路时灯1亮，还要向电路送数，Q0 Q1 Q2 Q3通过同或门接到S1端，S0接高电平，当开启电源时，Q0 Q1 Q2 Q3通过同或门向S1端输入高电平，达到S1 S0都为高电平，这样就像芯片送数1000，灯1两，这是Q0 Q1 Q2 Q3通过同或门向S1送低电平，

3.主要芯片介绍

参数设置和元件介绍 电路参数的设置

电阻设置情况和器件的设置都跟原器件提供一致。 元件清单 电子元件清单 序号 1 名称 规格 数量 1 单位 个 555占空比可CC7555 调震荡器 2 3 5 7 8 9 10 11 12

3.1. 555定时器

计数器 移位寄存器 同或门 与门 与非门 电阻 二极管 电容 与非门 74LS161 74LS194 HCC4077B AND NAND RES2 DIODE CAP NAND 2 2 3 2 1 2 8 2 2 个 个 个 个 个 个 个 个 个 -第 5 页

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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21VccVcc和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为3和3。C1和2C2的输出

Vcc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3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；当输入信号1Vcc自2脚输入并低于3时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。

Vcc。 RD是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接2Vcc Vco是控制电压端（5脚），平时输出3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F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

——TR TH —R

DIS OUT -第 6 页

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触发 1Vcc3 1Vcc3 阈值 2Vcc>3 复位 放电端 输出 2Vcc3 H H 导通 原状态 L 1Vcc3 × H 截止 H ×

2.74LS161

× L 导通 L 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。

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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。

3.74LS194

CPCrS174LS194S0CPSRD0D1D2D3SLQ0Q1Q2Q3CPS0S1CrSRSLD0D1D2D3Q0Q1Q2Q31S01S1SRD0D1(a)D2D3SL1≥1&CrCP11R1RDC11S≥1&R1RDC11S≥1&R1RDC11S≥1&R1RDC11SQ0Q1Q2Q31

HL(b)

清送除数右移(c)左移禁止清除 -第 8 页

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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 7-19(a)、(b)所示，功能表如表7-16 所示。

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。

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4.仿真电路图

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5.调试与检测

通过Proteus仿真软件进行仿真，发现设计方案中发现的一些问题：

（1） 由于LED的正向电压降不同、电流不同，致使如果想只用一组单电

路实现的话，需要在各支路上串联相应阻值的电阻，因为如果用一组的话，会使得一些LED不亮，一些正常发光，一些略微有些暗。所以出于实现实践要求和节省芯片的元件的目的，所以设计的电路都是红色与蓝色相并连在一组电路支路，而绿色单独设一组电路支路实现。

（2） 555定时器为达成输出是2Hz的0.5秒矩形脉冲方波，它的原理知

f=1.43/[(R1+2R2)C1，所以满足该方程式的R1、R2、C1的阻值有很多的组合。而在实际搭连电路中由于考虑的实际中常用的元件与成本等等，所以实际搭连电路中选用的是C1=100uf，R1=5.1K，R2=1K。

（3） 通过Proteus仿真软件进行仿真，发现方案的灯需要循环的条件是

与逻辑门连接，可以通过彩灯亮与不亮的情况，找出所需要的逻辑门是哪一种，从而实现灯的追逐花样。

（4） 在Proteus仿真软件中，有很多的相似的元件在库里，在型号名字

上也有相似的地方，例如译码器74LS138与74ALS138，而在设计电路插入有的类似的元件时，最后可能不能经仿真处理，因为有的元件是可以从库里调出来的，但是它不能用于仿真，所以在出现相应的错误信息时，应调整相应所需的元件。

（5） 原实验原理图是选用的4输入或非门，但是由于实际元件是将等式

拆分为非与式。用的是74LS04与74LS08。

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6.体会和总结

在为期两个星期的电工电子综合课程设计，从选课题到组队，再到查资料，学软件做仿真，搭连电路，做检测、调试并修改，从中收获了很多，不光是理论的知识的强化，还有实践动手的锻炼，以及对这种以前没有尝试过的课程设计的流程的熟悉。

在知识方面，不仅回顾了这个学期学过的数字电路基础里的理论知识，也对相关的知识做了补充与深入，例如我们小组所选的课题——霓虹灯控制电路设计，我们小组就它采用了5种不同的方法实现，不光是元件上，在原理上也熟悉运用了。

此外，设计还要求对Proteus仿真软件的学习。于是我们由开始的一窍不通到现在的有所了解，其实在Proteus之前，我们已经学习过了protell99与电气CAD，以及数电理论与实验时所用的EWB，它们在一定的程度上有相似之处。通过这段时间的接触，发觉Proteus软件还是比较好用的。

这次的课程设计，让我对数字电路这一科有了更深入更详细的了解。发现，只有理论上的学习是远远不够的，它需要更多的搭建实物或是软件仿真，因为往往理论运用在实际中的实现是存在很多的问题及误差的。

在连接实物图时，先以为只要我们按照经仿真过的设计原理图一次性的把线和芯片以及其它元器件连接好，就可以实现课程设计的设计要求。但事实上是，实物中需要考虑的因素很多：连接前导线、芯片是否能够正常工作；面包板上错综的导线的布局影响着后期的检查的难易；面包板有些插口的好坏；导线与插孔的接触是否良好等等，这些都可能造成电路目的：不论是彩灯的亮不亮还是它们的顺序循环，都无法实现，这与我们的数电设计实验类似，接线的复杂等原因，使得我们在检测和调试方面有着更多的工作，所以考察也锻炼了我们的耐心和故障排查能力。

除了理论上的学习，即使是在设计好，实物搭建好后的课设计报告的撰写上，

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也得到了相关的收获。写了较长时间的电子版报告，对word文档的编辑、排版等等方面的运用，更加熟练了。可以处理很多以前自己在这方面不知道的，符号的相关标识，包括加上划线及特殊符号；插页；边框与底纹；特别是表格的绘制，因为报告中涉及很多元件的真值表等。

总之，这次课程设计中巩固了在课本上学的理论知识，更是学到了做一个设计的流程，在这个过程中需要去图书馆、上网查找相关的数据资料，筛选实现功能的元器件，另外还要查找这些芯片，例如以上两个方案中的74LS194、74LS20、555等芯片的引脚图，功能表等，因为这样才能正确的连接从而保证仿真的正确，实物搭建的成功。这也就通过很过细节表现了在做实验设计时的心态一定要是无论实验的难易都细心，同时还要有耐心的。

另外，还很重要的是团队合作。这个课程设计不是一个人的任务，而是整个团队共同智慧的结晶。一起工作的经历让我体会到团队合作的可贵，我们在一起相互帮助，分工协作，在学习的同时，更加深了我们之间的感情。团队需要个人，个人也离不开团队，我们必须发扬团队合作的精神，使整个设计过程能顺利进行。

参考文献

[1] 伍时和主编，《数字电子技术基础》，清华大学出版社，2009

[2] 祁存荣，《电子技术基础实验（数字电子技术部分）》，武汉理工大学教材中心，2008,2

[3] 陈振宫主编，《美化生活 电路制作速成》，国防工业出版社，2006 [4] 孙余凯主编，《数字集成电路实用技术》，电子工业出版社，2010

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