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1、数字电路课程设计路花样灯控制设计 摘要 数字电路八路花样灯控制电路是利用数字逻辑电子元件连接而成，具有8个受控制的输出端，通过输出8个有规律的信号以达到控制8个LED灯的目的。 选择不同的芯片和不同的连接方式都会产生不同的控制信号并产生不同的花样灯。 本次课题设计要求8个LED灯最少要实现16种具有一定规律的花样灯。其实现方法有两种：第一种是最常见的，即由数字逻辑电路元件组成控制电路；第二种则是利用51单片机，通过编程控制输出电路。由于实验室不能提供单片机并且本学期数电课程与单片机关系不大，因此本次设计决定弃用第二种方法，使用第一种方法。最终实现方案是：利用555时钟芯片产时钟脉冲，一片74L
2、S161产生分频脉冲，两片74LS161用于计数，最后用两片74LS194寄存器实现右移。 第 1 页 共 10 页 一、 课题要求 1、设计目的 巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。 培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力。 通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路组装、调试和检测等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。 学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高学生动手能力和进行数字电子电路实验的基本技能。 2、设计课题及其技术要求 基本功能 有一个时钟电路。 有八个LED发光二极管输出电
3、路。 至少16种变化的花样控制。 增加功能： 64种以上变化的花样控制。 3、给定条件及元器件 要求电路主要选用中规模TTL集成电路74系列。 本设计要求在数字电路实验箱上完成。 电源电压为5V。 二、方案论证 经过分析，要实现以上功能并符合课题设计的要求一共有两种方案可供选择，其主要差别是使用的芯片不同，以下是两种方案的简要介绍。 方案一： 电路使用的芯片有：555时钟芯片1个、74LS161芯片3个、74LS194芯片2第 2 页 共 10 页 个、74LS32芯片1个。 为测试其是否能正常工作，我们使用Proteus模拟软件画出了模拟电路图，经软件测试，电路能正常工作，并实现256种花样
4、灯。以下是方案一模拟电路图。 方案一模拟电路图： 方案二： 电路使用的芯片有：555时钟芯片1个、74LS161芯片3个、74LS194芯片2个、74LS165芯片1个。 方案二与方案一在芯片使用上的差别是把方案一中的74LS32芯片换成了74LS165芯片，但其工作原理有较大的差别。 同样的，为测试其是否能正常工作，我们也使用Proteus模拟软件画出了模拟电路图，经软件测试，电路能正常工作，并实现256种花样灯。以下是方案二模拟电路图： 第 3 页 共 10 页 方案二模拟电路图： 经摸拟得出的结果是两种方案都可实现课题要求的功能，但后来在实验室寻找芯片时发现，实验室并未提供方案二中的74
5、LS165芯片，而方案一中所使用的芯片都有提供，所以我们不得不放弃方案二。最终我们采用的是方案一。 第 4 页 共 10 页 三、单元电路设计 1、时钟发生电路 时钟发生电路如右图所示： 由一片555时钟芯片、两个电阻和两个电组成。通过调整电阻 和电容的大小可以改变时钟发生的频率，时钟输出引脚为第3引脚。此处设定的时钟频率为1Hz，即一秒钟发出一个高电平脉冲。 2、时钟分频电路 时钟分频电路如右图所示： 本方案采用一片74LS164计数芯片做分时钟分频电路，实现时钟脉冲8分频。 由于从555时钟芯片发出的时钟频率为1Hz，所以右移电路每8秒为一个右移周期。也就是说，每经过8秒钟必须给移位寄存器
6、74LS194芯片的移位控制引脚S1第 5 页 共 10 页 一个高电平脉冲。此时钟分频电路中74LS161计数器的11和15引脚每隔8秒钟交替输出一个高电平脉冲。 3、8位二进制计数器电路 计数电路由两片74LS161计数器组成，每一片74LS161可实现4位二进制的计数，两片刚好可组成一个8位二进制计数器，可实现从0-255的计数，并最终经右移电路实现256种花样灯。 8位二进制计数器电路图： 第 6 页 共 10 页 4、右移电路 右移电路由两片74LS194组成。每一片74LS194可以实现4位的左移或右移。只要把两片74LS194之间的RS引脚与Q3引脚互相连接即可把它们组成一个8位
7、的移位器，并可实现左移和右移功能。以下是74LS194功能表和右移电路。 74LS194功能表 RD 0 1 1 1 1 右移电路 S1 X 0 0 1 1 S0 X 0 1 0 1 工作状态 置零 保持 右移 左移 并行输入 第 7 页 共 10 页 5、八路LED灯 八路LED灯电路图如右图所示： 每个LED灯右端接 一个180欧的电阻并接地。 只要输入端为高电平即可点亮LED灯。 第 8 页 共 10 页 6、总电路图 四、电路组装、调试过程中发生的问题及解决的方法 1、由于实验室的设备已经老化，在组装电路过程中，经常会有部分电路是断路的而导致调试失败。 解决方法：用万用表测定每一根电线
8、，确认电线正常才用于实验。 2、面包板上经常有一些坏格子，导致线接进去或者芯片插上后接触不良。 解决方法：改变布线，使整个电路都接触良好。 3、在时钟信号发生电路和161计数部分组装完成后就已经进行了调试，没有问题；到完全组装完成后，加上电源，却没有成功。 解决方法：检查时钟信号发生电路。用万用表测量各个芯片的电源电压和地，发现很多管脚都出现了2.2V左右的电压，后来发现原来面包板地和电源不是完全导通的，用导线从中间接上后，发光二极管开始有花形变化。 4、前几种花形是完全正确的，但是后面的花形逐渐变得混乱。 解决方法：仔细检查电路，查出连接错误。 第 9 页 共 10 页 五、心得体会 本次课
9、程设计难度相对较大，本来我对于51单片机和单片机编程比较熟悉，用51单片机可以实现多个课题的设计，但实验要求里并不准许使用单片机，只好放弃。 在领到课题后开始查阅设计相关的芯片资料，关开始用Proteus模拟软件设计电路。花了三天后总算设计出了一个可以实现256种花样灯的电路，即方案二。可是第二天去实验室做实验时却发现实验室里并没有我设计的方案里要用到的74LS165芯片，无奈只好放弃已做好的设计方案。 过后再次重新设计，用了不同的芯片，其中的电路逻辑也改变了，虽然花了大量的时间，最终设计出了一种新的方案，即方案一。 在设计过程中，要不断的翻阅数字电子技术基础，不但更加熟悉书本内容，也掌握了设计中所用芯片的实际运用。 总体来说，对本次课程设计很满意，既掌握了理论知识，又学会了实际操作。 六、考文献 第五版 第 10 页 共 10 页
