數電課程設計八路花樣燈

1、<p><b>　　一、設計要求</b></p><p>　　設計一個八路花樣燈，控制器，其具體要求如下：</p><p>　　基本功能：（1）有一個時鐘電路。</p><p>　　（2）有八個LED發(fā)光二極管輸出電路。</p><p>　?。?）至少16種花樣燈變化的控制。</p><p&

2、gt;　　增加功能：64種以上變化花樣燈控制。</p><p><b>　　二、實驗目的</b></p><p>　　鞏固和加深對電子電路的基本知識的理解，提高綜合運用本課程所學的知識的能力。</p><p>　　培養(yǎng)根據設計需要選學參考書籍，查閱相關手冊，圖表和文獻資料的自學能力。</p><p>　　通過電路的方案分

3、析，論證和比較，設計計算選取元件，電路組裝，調試等環(huán)節(jié)初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設計方法。</p><p>　　學會簡單電路的實驗調試和性能指標的測試方法，提高學生動手能力和進行數字電路實驗的基本技能</p><p><b>　　三、設計方案</b></p><p>　　分析題目，通過分析問題和初步的整體思考，設計出如下方案：<

4、/p><p>　　整體功能的實現需要以下三個模塊來實現：花型的演示及控制模塊，節(jié)拍控制模塊，時鐘信號的產生。時鐘信號的產生由一個555多頻振蕩器來實現，花型的演示由兩個74ls194（雙向移位寄存器）來實現，花型的控制功能由第一個74ls161（四位二進制同步計數器）產生分頻信號控制置數及左右移，所置入數有另外兩片74ls161控制。設計總框圖如圖所示：</p><p>　　四、元器件及其數量

5、及其簡介</p><p>　　4.1 74LS161簡介</p><p>　　<74ls161引腳圖></p><p>　　管腳圖介紹：時鐘CP和四個數據輸入端P0~P3（ 或D0~D3）</p><p><b>　　清零/MR</b></p><p><b>　　使能CE

6、P，CET</b></p><p><b>　　置數PE</b></p><p>　　數據輸出端Q0~Q3</p><p>　　以及進位輸出TC. (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)</p><p>　　<74LS161功能表></p>

7、<p>　　從74LS161功能表功能表中可以知道，當清零端CR=“0”，計數器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個時候為異步復位功能。當CR=“1”且LD=“0”時，在CP信號上升沿作用后，74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數據輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數功能。而只有當CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計數器加1。74LS161還有一個進位輸出端

8、CO，其邏輯關系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理應用計數器的清零功能和置數功能，一片74LS161可以組成16進制以下的任意進制分頻器。</p><p>　　4.2 74LS194簡介</p><p>　　移位寄存器是指寄存器中所存的代碼能夠在移位脈沖的作用下依次左移或右移。74LS194是一個4位雙向移位寄存器，最高時鐘脈沖為36M

9、HZ，其邏輯符號及引腳排列如圖所示：</p><p><b>　　其功能表為：</b></p><p>　　從功能表可以看出：端口SL：左移串引輸入端，SR:右移串引輸入端，S1、SO:操作模式控制端，CLEAR:直接無條件清零端，CLK:時鐘脈沖輸入端。</p><p>　　4.3 555定時器簡介</p><p>

10、　　555 定時器是一種模擬和數字功能相結合的中規(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，還有對應的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，輸出驅動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 </p><p>　　555 定時器成本低

11、，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555引腳圖如下所示：內部框圖如下圖：</p><p>　　4.4 74LS32、74LS04簡介</p><p>　　74LS32：74LS32是四2輸入或門，常用在各種數字電路以及單片機系統(tǒng)中 </p

12、><p>　　表達式為：Y=A+B </p><p>　　引腳排列圖管腳功能：</p><p>　　左下: 1--1A，2--1B，3--1Y；4--2A，5--2B，6--2Y；7--GND； </p><p>　　右上: 8--3Y，9--3A，10--3B；11--4Y，12--4A，13--4B；14--VCC </p>

13、<p>　　其中A，B為輸入端，Y為輸出端，GND為電源負極，VCC為電源正極。</p><p>　　74LS04：74LS04是6非門(反相器)他的工作電壓5V，他的內部含有6個coms反相器，74LS04的作用就是反相把1變成0，平時在使用中請注意不要芯片的管腳順序搞錯了，下面是芯片的管腳圖:</p><p><b>　　五、工作原理</b><

14、/p><p>　　圖1 脈沖產生</p><p>　　首先，花型控制電路利用555時鐘電路（如圖1所示），產生周期T=0.7(R1+2R2)C=0.739s脈沖，脈沖如圖2波形1所示</p><p>　　將脈沖輸入U3，即第一塊74LS161，利用其分頻作用從QD3產生原脈沖16分頻的脈沖</p><p>　?。ㄈ鐖D2波形14所示），<

15、;/p><p>　　將16分頻脈沖輸入由U1，U2組成的計數模塊，計數模塊的8個輸出端依次接入74LS194的置數端；同時將QD3與RCO3產生的進位信號相加后（如圖2波形41所示）輸入兩塊74LS194的S1端,將QD3取非再與RCO3相加后(如圖2波形36所示)輸入兩塊74LS194的S0端.由圖1可看到，當S1和S0都取1時，移位寄存器處于置數狀態(tài)，S1=0，S0=1時右移，S1=1，S0=0時左移，進入正常工

16、作狀態(tài)后的74LS194，應是先置數，右移8位再左移7位，當這一周期完成的同時計數部分恰好加一，使74LS194下一次輸入的數改變，如此類推，可產生次變化。</p><p>　　工作方式控制電路產生移存器所需的各種控制信號。由于控制信號的選擇與花型變換有關，本次設計花型變換如下：</p><p>　　花型1：置入10000000右移8次，左移7次。</p><p>

17、　　花型2：置入01000000右移8次，左移7次。</p><p>　　花型3：置入11000000右移8次，左移7次。</p><p>　　花型4：置入00100000右移8次，左移7次</p><p>　　.............</p><p>　　花型：置入11111111右移8次，左移7次</p><p>

18、;　　移存器輸出狀態(tài)編碼表</p><p><b>　　六、總體電路圖</b></p><p>　　七、調試過程中遇到的問題及其解決的方法</p><p>　　在電路設計中，我們嘗試了很多方案，例如：在實現LED左右移的過程中，我們起初只想用高低電平來控制S1,S0來實現，顯然這樣可以人為的控制左移、右移，而且顯示的花樣也很多，但是正因為顯示的

19、花樣多，每次都要認得控制左右移動，這樣反而顯得很凌亂，整體性不強，后來想到用 74LS161產生分頻來控制S1、S0實現LED的左右移，這樣一來，雖然減少了花樣，但是變化規(guī)律性變強，總體上也變得漂亮，電路還可以自動實現循環(huán)左右移，對于我們來說也比較好掌控，也達到了預期的效果。</p><p>　　在電路組裝過程中，也遇到了些許問題，比如：芯片分布不合理，導致出現很多特長線，橫七豎八，交錯縱橫，既不美觀，有直接影響

20、了電路的檢查，其主要原因就是起初考慮不夠周全，后來嘗試挪動幾塊芯片的位置，問題就得到了很大的改觀，不僅大大減少了特長線，而且也使整個電路板的布局看起來比較流暢。</p><p>　　在調試過程中，首先遇到的問題就是LED閃爍太快，不能很好的觀察其花樣效果，而且有1盞燈始終都不會亮，究其原因，是555時鐘電路中R1、R2選用的不合理（太?。a生的周期T只有零點幾毫秒，經過計算T=0.7(R1+2R2)C把R1、R

21、2分別換成1000ohm、51000ohm阻值的電阻，使其產生T=0.739s脈沖，這樣就解決了閃爍過快的問題。至于一盞LED燈不亮的原因，猜想可能是接觸不良或者說有些線斷開了，于是用萬用表復查某些導線是否導通，經過檢查后把斷開的線找出來重新接好，這樣這個 256鐘花樣燈的設計基本上就完成了。</p><p>　　在給老師檢查的過程中，又出現的一個新的問題：LED燈不能循環(huán)移動，也就是說右移完（左移完）不能從左邊

22、（右邊）重新移進，再次復查電路后發(fā)現是兩塊74LS194級聯(lián)問題，對兩塊74LS194重新接線：把左邊SL、SR端口分別接右邊QA、QD端，右邊SL、SR分別接左邊QA、QD端，這樣循環(huán)移的問題也就解決了，環(huán)形循環(huán)LED八路花樣燈也相應的完成了。</p><p><b>　　八、心得體會</b></p><p>　　通過此次課程設計，使我更加扎實的掌握了有關數字電路方

23、面的知識，在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。</p><p>　　課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.同時也是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上

24、的提升，更是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設計讓我感觸很深，使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設計，我掌握了常用元件的識別和測試；熟悉了常用儀器、儀表；了解了電路的連線方法；以及如何提高電路的性能等等 。</p><p>　　這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在史老師的辛勤指導下，和同學們的耐心幫助下終于游逆而解。在此，對給過我?guī)椭耐?/p>