16路彩燈循環(huán)電路課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p>　　學(xué)院： 專業(yè)： </p><p>　　姓名： 班級： 學(xué)號： </p><

2、p>　　題目 16路彩燈循環(huán)電路課程設(shè)計(jì)</p><p>　　主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：</p><p><b>　　1、主要內(nèi)容</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一種利用發(fā)光二極管作為彩燈指示,實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管依次點(diǎn)亮形成移動的光點(diǎn),并不斷循環(huán)的彩燈循環(huán)控制電路，要求可以實(shí)現(xiàn)彩燈循環(huán)的變化規(guī)律可以調(diào)節(jié) 。</p>

3、<p>　　（1）學(xué)會分析、設(shè)計(jì)和測試用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。</p><p>　?。?）熟悉譯碼器和中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器的工作原理。</p><p>　　（3）利用譯碼器和計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)彩燈控制電路，實(shí)現(xiàn)不同的閃爍效果</p><p><b>　　2、基本要求</b></p><p>　?。?）實(shí)現(xiàn)16個

4、LED燈循環(huán)點(diǎn)亮。</p><p>　?。?）LED燈的閃爍按一定的規(guī)則變化，可通過輸入開關(guān)設(shè)置閃爍規(guī)律。</p><p>　　(3)實(shí)現(xiàn)至少三種閃爍狀態(tài)。</p><p><b>　　3、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]康華光《電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）》高等教育出版社</p><p

5、>　　[2] 陳汝全《電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊》 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[3]謝自美《電子線路設(shè)計(jì)安裝調(diào)試》 華東科技大學(xué)出版社</p><p>　　[4]包興、胡明《電子器件導(dǎo)論》 北京理工大學(xué)出版社</p><p>　　[5]閻石《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 高等教育出版社</p>

6、<p>　　實(shí)驗(yàn)時間： 年 月 日至 年 月 日</p><p>　　指導(dǎo)教師： 系（或教研室）主任： </p><p>　　山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)專用紙 成績</p><p>　　課程名稱 數(shù)電課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師

7、 </p><p>　　院 （系） 專業(yè)班級 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 設(shè)計(jì)日期 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目

8、 16路彩燈循環(huán)電路課程設(shè)計(jì) </p><p>　　一．設(shè)計(jì)要求及主要技術(shù)指標(biāo)</p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　?。?）、根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求確定電路形式，分析工作原理，計(jì)算元件參數(shù)。&

9、lt;/p><p>　?。?）、列出所用元器件清單并購買。</p><p>　?。?）、安裝調(diào)試所設(shè)計(jì)的電路，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　?。?）、記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。</p><p>　?。?）、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p>　　1.2 主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　?。?）實(shí)現(xiàn)16個LE

10、D燈循環(huán)點(diǎn)亮。</p><p>　?。?）LED燈的閃爍按一定的規(guī)則變化，可通過輸入開關(guān)設(shè)置閃爍規(guī)律。</p><p>　　(3)實(shí)現(xiàn)至少三種閃爍狀態(tài)。</p><p><b>　　1.3設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一種利用發(fā)光二極管作為彩燈指示,實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管依次點(diǎn)亮形成移動的光點(diǎn),并不斷循環(huán)的彩燈循環(huán)

11、控制電路，要求可以實(shí)現(xiàn)彩燈循環(huán)的變化規(guī)律可以調(diào)節(jié) 。</p><p>　?。?）學(xué)會分析、設(shè)計(jì)和測試用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。</p><p>　?。?）熟悉譯碼器和中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器的工作原理。</p><p>　?。?）利用譯碼器和計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)彩燈控制電路，實(shí)現(xiàn)不同的閃爍效果</p><p>　　二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)、要求及提示</p&g

12、t;<p>　　設(shè)計(jì)一個十六路彩燈循環(huán)電路，使其滿足以下要求：</p><p>　?。?）16 路彩燈輸出顯示。</p><p>　　（2）彩燈的閃爍按一定規(guī)則變化(至少三種以上)，可通過輸入開關(guān)設(shè)置彩燈閃爍的規(guī)律。</p><p>　　山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)專用紙（附頁）</p><p>　　三、設(shè)計(jì)方案的選擇和電路框圖<

13、;/p><p><b>　　3.1 題目分析</b></p><p>　　我們設(shè)計(jì)的流水燈實(shí)際上是主要使用一個74LS191，兩個74LS138，和一個555定時器這四個芯片對16個LED進(jìn)行控制，產(chǎn)生循環(huán)控制的效果。</p><p><b>　　3.2題目設(shè)計(jì)</b></p><p>　　用附加電容、

14、電阻把555定時器接成一多諧震蕩器，產(chǎn)生脈沖信號。兩個74LS138擴(kuò)展成4-16線譯碼器，與LED向接。74LS191作為計(jì)數(shù)器。</p><p><b>　　3.3 結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p><b>　　如圖1.</b></p><p><b>　　圖 1結(jié)構(gòu)框圖</b></p>

15、;<p><b>　　四、設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　設(shè)計(jì)彩燈循環(huán)控制電路，要求該電路彩燈循環(huán)顯示頻率快慢可調(diào)，控制器具有多路輸出。該電路由555定時器、74LS191計(jì)數(shù)器和138譯碼器組成。74LS191計(jì)數(shù)器的時鐘信號由555振蕩電路提供。計(jì)數(shù)器輸出信號輸人至138譯碼器，由138譯碼，根據(jù)計(jì)數(shù)器輸出不同的計(jì)數(shù)結(jié)果，即可控制138譯碼器譯碼得到不同的輸出信號，決

16、定彩燈的循環(huán)變化。顯然，不同的計(jì)數(shù)器與譯碼器電路，得到的是不同的彩燈循環(huán)控制結(jié)果。若譯碼器不變，在計(jì)數(shù)器的控制端輸入不同的控制信號，進(jìn)行不同的計(jì)數(shù)，則在輸出端可見不同的彩燈循環(huán)輸出。</p><p>　　五、各單元電路的設(shè)計(jì)、計(jì)算和說明</p><p>　　山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)專用紙（附頁）</p><p>　?。ㄒ唬?55時序電路</p><

17、p>　　在這次課程設(shè)計(jì)中，555定時器用來產(chǎn)生脈沖信號。因此把555定時器接成多諧震蕩器。</p><p>　?。ǘ?4LS191計(jì)數(shù)部分</p><p>　　因?yàn)樵谠囼?yàn)中需要一個16進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，因此采用74LS191加減計(jì)數(shù)器。我們可以改變計(jì)數(shù)器的加減來控制LED亮滅的方向。</p><p>　　置數(shù)端A、B、C、D分別置0。4腳接地，11腳為異步置數(shù)控

18、制端，地電平有效，接高電平。14腳接脈沖信號，同555定時器的OUT腳向接。通過單刀雙擲開關(guān)來控制74LS191計(jì)數(shù)器的加減。</p><p>　　圖10、74LS191計(jì)數(shù)器電路</p><p>　?。ㄈ?4LS138譯碼電路與LED顯示部分</p><p>　　74LS138為3—8線譯碼器，只有8個輸出端，而在實(shí)驗(yàn)中須驅(qū)動16個LED，所以用兩個74LS13

19、8擴(kuò)展成4—16線譯碼器。擴(kuò)展接法如上圖6。擴(kuò)展后形成的</p><p>　　山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)專用紙（附頁）</p><p>　　四個輸入端分別同74LS191計(jì)數(shù)器的QA、QB、QC、QD相接。通過改變QA、QB、QC、QD與四個輸入端的連接方法來控制LED的亮滅順序。</p><p>　　因?yàn)?4LS138譯碼器輸出端低電平有效，所以LED顯示部分采用共陽

20、極接法，負(fù)極分別接在74LS138的輸出端上。</p><p>　　74LS138譯碼電路與LED顯示部分的電路圖如圖11。</p><p>　　山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)專用紙（附頁）</p><p><b>　　六、整體電路圖</b></p><p>　　山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)專用紙（附頁）</p><

21、;p><b>　　七、所用元件及器材</b></p><p>　　1、芯片：NE555 ,1塊；74LS191,1塊；74LS138，2塊；</p><p>　　2、電阻：100Ω，16個；10KΩ，1個；1MΩ,1個；</p><p>　　3、電容：0.01μF,1個；0.47μF，1個；</p><p>　　4

22、、LED：紅色，16個；綠色，1個；</p><p>　　4、面包板：SYB-120，一塊。</p><p><b>　　八、芯片功能</b></p><p><b>　　1、NE555</b></p><p>　　NE555 (Timer IC)大約在1971年由Signetics Corpora

23、tion發(fā)布，在當(dāng)時是唯一非?？焖偾疑虡I(yè)化的Timer IC，在往后的30年來非常普遍被使用，且延伸出許多的應(yīng)用電路，盡管近年來CMOS技術(shù)版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原規(guī)格的NE555依然正常的在市場上供應(yīng)，盡管新版IC在功能上有部份的改善，但其腳位勁能并沒變化，所以到目前都可直接的代用。</p><p>　　NE555是屬于555系列的計(jì)時IC的其中的一種型號，55

24、5系列IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率的脈波訊號。 </p><p>　　555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555,用 CMOS工藝制作的稱為 7555,除單定時器外 ,還有對應(yīng)的雙定時器 556

25、 /7556。 555定時器的電源電壓范圍寬 ,可在 4. 5V～16V工作 , 7555</p><p>　　山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)專用紙（附頁）</p><p>　　可在 3～18V工作 ,輸出驅(qū)動電流約為 200mA ,因而其輸出可與 TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。</p><p>　　555定時器的各項(xiàng)參數(shù)及工作環(huán)境如表1</p>&l

26、t;p>　　表1、555定時器的各項(xiàng)參數(shù)及工作環(huán)境</p><p>　　555定時器成本低 ,性能可靠 ,只需要外接幾個電阻、容 ,就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng) 用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。</p><p>　　555定時器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖 2和圖 3所示。它內(nèi)部</p&g

27、t;<p>　　山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)專用紙（附頁）</p><p>　　包括兩個電壓比較器 ,三個等值串聯(lián)電阻 ,一個 RS觸發(fā)器 ,一個放電管 T及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓 VCC /3和 2VCC /3。555定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 SR觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。</p><p>　　在電源與地之間加上電壓 ,當(dāng) 5腳懸空時 ,則電

28、壓比較器 C1的同相輸入端的電壓為 2VCC /3, C2的反相輸入端的電壓為 VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR的電壓小于VCC /3,則比較器 C2的輸出為0,可使 SR觸發(fā)器置 1,使輸出端OUT =1。如果閾 值輸入端 TH的電壓大于 2VCC /3,同時 TR端的電壓大于 VCC /3,則C1的輸出為 0, C2的輸出為 1,可將 RS觸發(fā)器置0,使輸出端OUT=0。如表2.</p><p>　　表2、

29、555定時器功能表</p><p>　　555定時器的內(nèi)部電路框圖如下圖</p><p>　　山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)專用紙（附頁）</p><p>　　圖2 555定時器的內(nèi)部電路框圖</p><p>　　圖3、555定時器管腳圖</p><p>　　555定時器各個管腳的名稱與功能如表3</p><

30、;p>　　表3、555定時器的管腳名稱與功能</p><p>　　山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)專用紙（附頁）</p><p>　?。?）555定時器的應(yīng)用簡介</p><p>　　555定時器電路應(yīng)用非常廣泛，在應(yīng)用和工作方式上一般可歸納為 3 類。</p><p>　　1、單穩(wěn)類-----作用：定延時，消抖動，分（倍）頻，脈沖輸出，速率檢測

31、等；</p><p>　　2、雙穩(wěn)類-----作用：比較器，鎖存器，反相器，方波輸出及整形等；</p><p>　　3、無穩(wěn)類-----作用：方波輸出，電源變換，音響報(bào)警，玩具，電控測量，定時等。</p><p>　　每類工作方式又有很多個不同的電路。在實(shí)際應(yīng)用中，除了單一品種的電路外，還可組合出很多不同電路，如：多個單穩(wěn)、多個雙穩(wěn)、單穩(wěn)和無穩(wěn)，雙穩(wěn)和無穩(wěn)的組合等&

32、lt;/p><p>　　（3）555定時器的典型應(yīng)用電路 </p><p>　　1、用555定時器接成施密特觸發(fā)器</p><p>　　將555定時器的2腳與6腳兩個輸入端連在一起作為信號輸入端，即可得到施密特觸發(fā)器，如圖4。</p><p>　　由于比較器C1和C2的參考電壓不同，因而SR鎖存器的置0信號和置1信號必然發(fā)生在輸入信號Vi的不同電

33、平。因此，輸出電壓Vo由高電平變?yōu)榈碗娖胶陀筛唠娖阶優(yōu)榈碗娖剿鶎?yīng)的Vi值也不相同，這樣就行成了施密特觸發(fā)特性，圖5。</p><p>　　圖4、用555定時器接成的施密特觸發(fā)器</p><p>　　山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)專用紙（附頁）</p><p>　　圖5、施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)波形轉(zhuǎn)換</p><p>　　為提高比較器參考電壓Vr1和Vr2

34、的穩(wěn)定行，通常在Vco端接有0.01的左右的電容。</p><p>　　2、用555定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</p><p>　　以555定時器的V12端作為觸發(fā)器的信號輸入端，并將由Td和R組成的反相器輸出電壓Vod接至Vi1端，同時在對地接如電容C，構(gòu)成如圖6所示的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。</p><p>　　圖6、用555定時器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</p>&

35、lt;p>　　輸出脈沖的寬度Tw等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間取決于外界電阻R1和電容C2的大小。</p><p>　　通常R的取值在幾百歐姆到兆歐姆之間，電容的取值范圍為幾百皮法到幾百微法，Tw的范圍為幾微秒到幾分鐘。</p><p>　　3、用555定時器接成多諧振蕩器</p><p>　　因用555定時器可以很方便的接成施密特觸發(fā)器，所以我們也可

36、用555定時器接成多諧振蕩器。</p><p>　　為了減輕門G4的負(fù)載，在圖7中，將DIS與R2接成一個反相器，它的輸出Vod與</p><p>　　山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)專用紙（附頁）</p><p>　　Vo在高低電平狀態(tài)上完全相同。將Vod 經(jīng)R1和C1組成的積分電路接到施密特觸發(fā)器的輸入端同樣能夠構(gòu)成多諧振蕩器。</p><p>　

37、　圖7、用555定時器接成的多諧振蕩器</p><p>　　電容C1上的電壓Vc 將在Vt+與Vt-之間往復(fù)震蕩，Vc 與Vo的波形如圖8所示。</p><p>　　圖8、電路的電壓波形圖</p><p>　　由圖中Vc 的波形可求得電容C1的沖放電時間T1與T2。</p><p>　　可通過改變R與C的參數(shù)來改變震蕩頻率，本次課程設(shè)計(jì)用到的

38、就是這個電路。</p><p>　　山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)專用紙（附頁）</p><p>　?。ǘ?4LS138</p><p><b>　?。?）譯碼器簡介</b></p><p>　　74LS138 3-8線譯碼器,譯碼器也稱解碼器，譯碼過程實(shí)際上是一種翻譯過程,即編碼的逆過程。譯碼器的輸入是n位二值代碼，輸出是m

39、個表征代碼原意的狀態(tài)信號（或另一種代碼）。一般情況下有m小于等于2的n次方，即譯碼器輸入線比輸出線要少。</p><p>　　譯碼器按其功能可分為三大類：</p><p>　　1）變量譯碼器：將輸入的二進(jìn)制代碼還原為原始輸入信號。例如有兩位二進(jìn)制代碼（0 ，1），可經(jīng)譯碼器還原為四個信號狀態(tài)（0，0）（0，1）（1，0) (1，1)</p><p>　　2）代碼變換

40、譯碼器：用于將一個數(shù)據(jù)的不同代碼之間的相互轉(zhuǎn)換。例如二－十進(jìn)制譯碼器可將8421碼轉(zhuǎn)換為十個狀態(tài)。</p><p>　　3）顯示譯碼器：將數(shù)字、文字或符號的代碼還原成相應(yīng)的數(shù)字、文字、符號并顯示出來的電路。</p><p>　?。?）74LS138 的應(yīng)用</p><p>　　74LS138的管腳圖、如圖4。</p><p>　　圖4、74L

41、S138管腳圖</p><p>　　山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)專用紙（附頁）</p><p>　　74LS138的功能表、如圖5</p><p>　　圖5、74LS138功能表</p><p>　　用兩片74LS138接成的4線－16線譯碼器、如圖6.</p><p>　　圖74LS138的擴(kuò)展</p>&l

42、t;p>　　（三）74LS191</p><p>　?。?）74LS191 簡介</p><p>　　74LS191是4位集成二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器。集成的4位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74LS191具有同步可逆計(jì)數(shù)功能、異步并行置數(shù)功能和保持功能。74LS191</p><p>　　山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)專用紙（附頁）</p><p>　　沒

43、有專用的清零輸入端，可通過D0-D3異步并行置入數(shù)據(jù)0000來實(shí)現(xiàn)輸出清零功能。74LS191內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖7。</p><p>　?。?）74LS191應(yīng)用</p><p>　　74LS191管腳示意圖，圖8。</p><p><b>　　圖8、管腳示意圖</b></p><p>　　74LS191引腳排列圖</

44、p><p>　　山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)專用紙（附頁）</p><p>　　圖7 、74LS191內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　74LS191的狀態(tài)表</p><p>　　山東輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)專用紙（附頁）</p><p>　　13 腳RC 的作用主要在多個可逆計(jì)數(shù)器級聯(lián)時使用</p><p>

45、　　九、課程設(shè)計(jì)的心得體會</p><p>　　在剛開始的時候，很多內(nèi)容都看不明白，需要重新復(fù)習(xí)數(shù)電知識，這是一個復(fù)習(xí)的過程，也是一個深入理解的過程，我不但更加了解芯片的功能，而且也會去更加注意細(xì)節(jié)。知其然，更要知其所以然。這樣才能更好的完成數(shù)電課程設(shè)計(jì)，交出一份令人滿意的答卷。</p><p>　　在最終連接電路的時候也出現(xiàn)了許多問題，不得不停下手來，再次回頭去查看資料，翻看課本，重新學(xué)

46、習(xí)，這也是一個鞏固的階段，他使我的數(shù)電掌握得更加牢固。而在連線的過程中，更由不得一絲馬虎，任何一點(diǎn)粗心都可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗。</p><p>　　再次感謝老師的輔導(dǎo)以及同學(xué)的幫助?！凹埳系脕斫K覺淺，絕知此事要躬行”，由此看來實(shí)踐的重要，短短幾天的課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多的東西，最重要的是我自己動手把我學(xué)習(xí)的知識用于實(shí)踐，做出成功的作品，這才算真正學(xué)習(xí)到了東西?？傊@次實(shí)驗(yàn)我收獲頗多。實(shí)踐是獲得知識的一種最好的手段！

47、</p><p><b>　　十、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]康華光《電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）》高等教育出版社</p><p>　　[2]王廷才《電子線路輔助設(shè)計(jì)Protel99SE》 高等教育出版社</p><p>　　[3] 陳汝全《電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊》 機(jī)械工業(yè)出版社</p&