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1、 目录 摘要-I1实验内容及要求-12方案比较及认证-23系统框图，原理说明-4 4硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明-54.1脉冲信号产生电路-54.1.1 1Hz 555定时器的工作原理及内部结构图-54.1.2脉冲信号发生器的设计原理图-5 4.2显示电路-6 4.3移位控制电路-7 4.3.1 74ls194管脚图及功能介绍-7 4.3.2 74ls194设计循环电路 - 8 4.4总体电路-105 组装及调试过-116收获、体会和改进设计的建议和展望-12参考文献 -13附录-14 摘要本实验主要是利用移位寄存器、发光二极管、555定时器等一些电路元件设计简单的流水灯电路。并利
2、用书上所学的知识和所使用的元器件的型号，写出各元件的功能表。在此基础上画出原理图及接线图。通过组装、调试电路，自行排除故障，最终实现流水灯功能。课程设计主要目的，是通过某一电路的综合设计，了解一般电路综合设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体的设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往的学习内容，达到灵活应用的目的。在设计完成后，还要将设计的电路进行安装、调试以加强我们的动手能力。在此过程中培养从事设计工作的整体观念。 课程设计应强调以能力培养为主，在独立完成设计及制作任务同时注意多方面能力的培养与提高，主要包括以下方面： 独立工作能力和创造力。 综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题
3、的能力。 查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力。 写技术报告和编制技术资料的能力。 实际动手能力。 关键字: 移位寄存器 555定时器 发光二极管 开关1实验内容及要求： （1）8个彩灯能够自动循环点亮。（2）彩灯循环显示且频率快慢为1S。 选作：设计具有控制彩灯左移，右移，全亮及全灭功能的电路。2实验方案比较及认证： 图1 彩灯原理图(方案一)方案一:如图1所示，本方案主要利用74ls194的双向移位功能和置数功能,彩灯采用共阳极接法，触发信号采用555定时器3脚产生的1HZ的矩形波信号，通过开关控制其全亮全灭以及左移和右移来满足设计要求。 图2 彩灯原理电路（方案二）方案二：如图2所示
4、，触发信号和方案一种相同都是用555定时器来设计。在灯的旁边加上的8个开关，8个开关同时合上可以使其全亮。当8个开关都断开且与E1相连的开关闭合则译码器的输出全为高电平，8个灯全部熄灭。本方案主要利用74ls192的可加减计数功能和74ls138的译码输出特点来完成左移和右移功能。当74ls192进行加计数时，彩灯进行右移，计数器记到8时，通过反馈清零法，使计数器的状态恢复到0000状态，这样就完成了彩灯的右移循环功能了。当74ls192进行减计数时，彩灯进行左移，计数器记到9时，通过反馈置数法，使计数器的状态恢复到0111状态，这样就完成了彩灯的左移循环功能了。方案一和方案二相比，显然方案一
5、的电路比较简单，所用元器件和导线更少，不需要额外加门电路，所以选用第一种方案来设计。3系统框图，原理说明如图 3 所示，彩灯循环一般都由振荡器、移位寄存器、显示电路等几部分组成。其中，振荡器构成组成1Hz信号发生器，由移位寄存器控制彩灯的左移和右移循环系统及全亮控制电路。1Hz信号送入移位寄存器，并且将此时移位寄存器的并行输出状态通过发光二极管显示出来，这就是显示电路。移位寄存器本身含有清零和置数功能，可通过反馈来实现左循环和右循环功能，这就构成了复位/置数电路。脉冲源控制电路显示电路复位/置数电路 图3 彩灯组成框图4、硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明4.1脉冲信号产生电路4.1.1
6、 555定时器的工作原理555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。 两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。如图（1）所示。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC
7、 /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。4.1.2 1Hz脉冲信号发生器的设计原理图如图4所示，其中R1、 R2为100K的电阻 C1为4.7mF、C2为0.01mF的电容，Vcc为+5V电源,GND接地。接通电源后，电容C被充电，当Vc上升到2/3Vcc时，使V0为低电平，同时放点三极管T导通，此时电容C通过R2和T放电，V0下降
8、。当Vc下降到1/3Vcc时，V0翻转为高电平。电容器放电所需时间为tpL=R2Cln2；当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R2向电容器C充电，Vc由Vcc/3上升到2/3Vcc所需时间为tpH=（R1+R2）Cln2；当Vc上升到2/3Vcc时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就可以得到一个周期性的矩形波。 图4 脉冲信号产生电路图4.2 显示电路如图5所示，四个发光二极管的阳极同时接高电平，阴极通过0.1千欧的电阻分别与移位寄存器的Q0、Q1、Q2、Q3相连，当移位寄存器对应的输出端输出为高电平时，则与之对应的二极管熄灭，反之则点亮。通过控制移位寄存器的输出高低
9、电平就可控制发光二极管的点亮与熄灭。图5 彩灯显示电路4.3 移位控制电路4.3.1 74ls194管脚图及功能介绍如图6所示为74ls194管脚图。图6 74ls194管脚图.如表1所示，74LS194是集成移位寄存器是四位可逆可并行预置的移位寄存器。由功能表可知,74LS194具有异步清零功能,端输入低电平信号,四个输出端都立即变为0。在无效时,两工作方式输入端S1S0电平决定74LS194工作方式。S1S0=11,并行预置数,在时钟上跳时刻,并行输入数据D3 D2 D1 D0预置到并行输出端；M1M0=10,左移寄存,左移输入端SL输入数据寄存到Q0,各位数据向高位移动；S1S0=01,
10、右移寄存,右移输入端SR输入数据寄存到Q3,各位数据向低位移动；S1S0=00,寄存器处于保持工作方式,寄存器状态不变。.表1 74ls194功能表功能输 入输 出S1S0CPDSLDSRD0D1D2D3Q0n+1Q1n+1Q2n+1Q3n+1清除00000保持1保 持100送数111D0D1D2D3D0D1D2D3右移10111 Q0n Q1n Q2n10100 Q0n Q1n Q2n左移1101Q1n Q2n Q3n 11100Q1n Q2n Q3n 04.3.2 74ls194设计循环电路如图7所示，Clk脚接1Hz的脉冲信号。MR接高电平。D0接低电平，D1、D2、D3接高电平。接通电
11、源，开始s1，s2均断开，74ls194置数使得Q0输出低电平，Q1、Q2、Q3均输出高电平，第一个灯发光，其余熄灭。若上面开关闭合，下面开关打开，即s1输入低电平，s0输入高电平，此时移位寄存器将进行右移，同时输出端Q3接到右移输入端SR，这样循环使得从左到右每隔一秒换一个灯亮。若上面开关断开，下面开关闭合，即s1输入高电平，s0输入低电平，此时移位寄存器将进行左移，同时输出端Q1接到右移输入端SL，这样循环使得灯从右到左每隔一秒换一个灯亮。 图7 74ls194构成4位循环彩灯如图8所示，接通电源后，当s2闭合，移位寄存器进行清零，所有输出为低电平，此时8个发光二极管全亮。当s2断开，s3
12、、s4断开时，移位寄存器具有置数功能，此时左边芯片的Q0输出低电平，其余输出高电平，所以只有第一个灯被点亮。 在上述置数的基础上，若将s3闭合，s4断开则进行右移位，其工作原理与4位循环彩灯类似，可以进行8位流水灯的右移循环。同理，若将s3断开，s4闭合，也可使其进行右移位循环。图8 8彩灯循环电路4.4 总体电路 如图9所示，即将前面所述的单元电路进行组装即可得到，555定时器构成频率为1Hz的脉冲源，为系统提供脉冲信号。2片74ls194构成8位循环电路。图9 总体电路图5组装及调试过程 1课程设计前期：通过阅读实验要求确定实验的方法、目的及一般步骤。画好实验电路图，并在模拟环境下设计电路
13、，排除初期的设计故障，以提高真实环境下的实验效率和器材利用率。准备并检验实验器材。 2课程设计中期：依照电路图，在实验室完成器件的连接，在连接时要注意短路、断路等故障，注意电路排布的整齐和美观，这样有助于电路的故障排查。 3课程设计后期：电路故障的排查。本次试验采用方案一。连好电路以后，进行调试，发现很多问题，像发光二极管不亮，不能左移和右移，不能循环等问题，甚至不能置数等问题，经过检查之后发现，芯片管脚电压不正常，可能是芯片已损坏。经过讨论，决定更换新芯片，再重新接线。经过认真检查最终调时成功，彩灯能顺利进行左移循环、右移循环、全亮及全灭四大功能。 接线过程中，要注意以下几点：1. 将线一定
14、要插好2. 仔细核对引脚图，不能出现接错脚的情况3. 注意芯片接线时，要先接好电源和地，再接好其他引脚，不容易出错调试过程中，有一些技巧，我总结为以下几点：（1） 在连接电路之前先要检查导线是否是好的，否则在出现问题之后就很难分析出到底那部分电路出现问题。（2） 调试过程中可在脉冲输出端接一种发光二极管，可以很直观的判断脉冲是否正常，可以节省很多时间。（3）出现问题时，不要急着拆线，要先分析出哪里出错，用万用表检查电路连接是否正常，不能盲目组装。6收获、体会和改进设计的建议和展望 在这短短的几天实训中，不仅仅让我们动了手动了脑，更让我们体会到了理论与实践相结合的重要性，凭空的理论是站不住脚跟的
15、，需要时间来验证。但我们又不得不承认理论的重要性，理论是前提，我们必须打好基础。在实验设计的过程中，让我们土会到以前从来没有过的动手能力，以及新颖的思维方式，让我从中获益非浅。实验过程中，我们在电脑仿真时可以执行，但到了真正组装后，却不能正常工作，但最后经过我和搭档一起努力，终于完成了实验设计，虽然道路艰难，但我们却也乐在其中，既锻炼了动手能力，有培养了动脑能力，更加利于我们在社会上工作。虽说设计实验经历的时间并不是很长，但感觉每一天都十分的充实，我有的时候，老犯迷糊，总用脑子空想，到最后把思路往电脑上一实践，发现行不通，这些也给我了启发，光凭空想是不能够解决任何问题的，从这次电子课程设计中，
16、让我深深的体会到这一点，与此同时，我也体会到了理论与实践的差异性很大。空想的理论没有实践的支持是站不住脚的。实验设计中，每一步，甚至每一个细节都不是想象的那么简单，那么轻而易举，555定时器的运用就让我苦想了很久，再到图书馆查资料，课程设计总算完成了，其实就我自己对这门课的认识是：态度决定一切，有一个决心就能做好事情。这次的电子课程设计不仅是对我们学生的知识的一次检验，更重要的是培养了我们想问题，做事情严谨的态度和实事求是，认真负责的为事观，更是以后我们为人处世的基础。建议以后对于相关课程如模拟电路也开设相关的课程设计，课程设计是一个从理论到实践的一次锻炼，这对我们工科学生来说很重要，如果我们以后要从事本专业或相关专业的工作，课程设计提供的是一个很重要的平台，它将会使我们在走向工作岗位前得到很切合实际的锻炼。参考文献1陈继荣.智能电子创新制作.科学出版社,20072吴友宇.模拟电子技术基础.北京:清华大学出版社，20083康华光.电子技术基础（数字部分）.高教出版社，20064康华光.电子技术基础（模拟部分）.高教出版社，20055伍时和.数字电子技术基础.清华大学出版社,2009 附录所用元器件清单名称型号数量555定时器NE5551个移位寄存器74ls1942个发光二极管8个电阻若干电容若干4位二进制同步计数器CC401611个5V直流稳压电源若干
