八路循环彩灯的设计方案.docx
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八路循环彩灯的设计方案
摘要…………………………………………………………………2
第一章系统组成及工作原理…………………………………………3
总体设计思路…………………………………………………3
基本原理……………………………………………………….3
电路框图……………………………………………………….3
第二章循环发光器的系统组成………………………………………4
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555定时电路产生时钟脉冲………………………………….5
移位寄存器……………………………………………………6
方案二74LS138及192的功能………………………………7
第三章循环电路的总体设计…………………………………………8
74LS194组成的电路……………………………………….9
74LS138及74LS192组成的电路……………………………11
第四章实验结果的调试及检测…………………………………….13
调试使用的主要仪器………………………………………….15
!
调试技巧的方法………………………………………………15
调试中出现的故障、原因及排除方法……………………15
第五章总结………………………………………………………17
第六章附录………………………………………………………18
附录一……………………………………………………………18
附录二……………………………………………………………18
附录三……………………………………………………………19
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摘要
本次循环控制彩灯电路的制作主要采用74LS194芯片接成扭环形结构的移位寄存器来实现,通过555定时电路组成多谢振荡电路。
整个电路主要由移位寄存器、控制电路、脉冲发生器构成8个彩灯的循环控制,并且可以组成多种花型。
本次主要为全亮全灭,及左右移动的功能。
关键词:
控制、循环、555定时电路
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彩灯循环控制电路的设计与制作
第一章系统组成及工作原理
总体设计思路
根据课程设计课题要求,要实现本系统,需要设计时钟脉冲产生电路,循环控制电路和彩灯左右移,及全灭全亮功能输出电路。
时钟脉冲产生电路由555定时电路组成多谐振荡触发器产生连续始终脉冲,循环控制电路采用74LS194实现。
方案二中,主要是采用二进制译码器74LS138及中规模集成电路74LS192实现彩灯的循环控制。
基本原理
本次实验主要是通过两片双向移位寄存器74LS194来实现彩灯电路的循环控制,通过555定时电路来产生连续时钟脉冲进行信号的输入,由外围开关控制信号的移动方向,实现左移,右移,及全灭全亮功能。
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框图
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图1-1设计框图
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第二章循环发光器的系统组成
555定时电路产生时钟脉冲
555集成时基电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路,可连接成多谐振荡电路,产生单位脉冲,用于触发计数器。
在延时操作中,脉冲由一个电阻和一个电容控制。
用于稳定工作的振荡器时,频率由两个电阻和一个电容控制。
NE555会在下降延触发和清零,此时输出端产生200mA的电流。
NE555的工作温度为0℃~70℃。
如图2-1,2-2分别是引脚图和管脚图。
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图2-1555引脚图图2-2555管脚图
各管脚说明:
1接地2触发3输出4复位5控制电压6门限(阈值)7放电8电源电压Vcc。
其功能主要用来产生时间基准信号(脉冲信号)。
因为循环彩灯对频率的要求不高,只要能产生高低电平就可以了,且脉冲信号的频率可调,所以采用555定时器组成的振荡器,其输出的脉冲作为下一级的时钟信号。
图2-3为多谐振荡电路波形图。
图2-4为多谐振荡器实验连接图。
图2-3555多谐振荡波形图
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图2-4多谢振荡器实验连线图
用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为:
T=(R1+2R2)
移位寄存器74LS194
移位寄存器除了具有存储功能以外,还具有移动的功能。
所谓移位功能,是指寄存器里存储的代码能在移位脉冲的作用下,依次位,右移位。
74LS194是4位双向移位寄存器,它具有并行输入,并行输出,左右移动的功能。
74LS194的操作主要由两个工作方式控制端S1,S0来决定。
当S1S0=00时,为保持状态。
当S1S0=01时,进行右移位操作。
当S1S0=10时,进行左移位操作。
当S1S0=11时,进行送数操作。
在后三种操作中,都是同步的,即必须有时钟信号,在时钟信号的上升沿到来时,进行左右移动和送数操作。
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图2-5为4位双向寄存器管脚图,2-6为74LS194的功能表
图2-5移位寄存器74LS194管脚图
图2-6移位寄存器74LS194功能表
其中DIR(2脚)为数据右移位串行输入端(先输入高位,再输入低位
DIL为数据左移位串行输入端
D0,D1,D2,D3为数据并行输入端
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Q0,Q1,Q2,Q3为数据并行输出端
S1,S0为控制端
RD为复位端(异步清零)。
它的具体功能如下:
1)清零:
当RD=0时,不管其它输入为何种状态,输入为全零
2)保持:
当CP=0,RD=1时,其它输入为任意状态,输入状态保持。
或者RD=1,S1,S0均为0,其它输入为任意状态,输出状态也将保持
3)置数:
RD=1,S1=S0=1,在CP脉冲上升沿时,将数据输入端数据D0,D1,D2,D3置入Q0,Q1,Q2,Q3中并寄存。
4)右移:
RD=1,S1=0,S0=1,在CP脉冲上升沿时,实现右移操作,此时,若DIR=0,则0向Q0移位,若DIL=1,则向Q0移位。
!
5)左移:
RD=1,S1=1,S0=0,在CP脉冲上升沿时,实现左移操作,此时,若DIR=0,则0向Q3移位,若DIL=1,则向Q3移位。
方案二:
74LS138及74LS192的使用
使用74LS138和74LS192来实现加减计数功能,从而实现全亮,全灭,左移位,右移位的功能。
(1)74LS138工作原理及管脚图如下:
当一个选通端(G1)为高电平,另两个选通端(/(G2A)和/(G2B))为低电平时,可将地址端(A、B、C)的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
(2)74LS138功能:
利用G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成24线译码器;若外接一个反相器还可级联扩展成32线译码器。
^
若将选通端中的一个作为数据输入端时,74LS138还可作数据分配器.
如图2-7二进制译码器74LS138的管脚图,图2-8为其功能表。
图2-7二级制译码器74LS138管脚图
图2-83线-8线译码器74LS138功能表
(3)计数器74LS192管脚图如图2-9所示,功能表如图2-10所示
;
图2-9计数器74LS192管脚图
图2-10计数器74LS192功能表
◆C2PU为加计数时钟输入端,CPD为减计数时钟输入端。
◆LD为预置输入控制端,异步预置。
◆CR为复位输入端,高电平有效,异步清除。
◆CO为进位输出:
1001状态后负脉冲输出,
◆BO为借位输出:
0000状态后负脉冲输出。
;
第三章循电路的总体设计
由74LS194组成的功能图
图3-1为在仿真软件Proteus中进行仿真的示意图,脉冲信号为时钟脉冲信号。
如图S1为高电平,S0为低电平时实现右循环。
图中实现单个移位寄存器的功能。
有拨动开关可以实现左右移动,全灭,全亮及置数的功能。
图3-1单个移位寄存器仿真图
.
图3-2为在仿真软件Proteus中进行仿真的示意图,脉冲信号为时钟脉冲信号。
如图S1S0都为低电平时处于保持状态。
图3-2时钟脉冲信号下的总电路图
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S1S0=01实现右移位
S1S0=10实现左移位
S1S0=00实现保持功能
S1S0=11实现置数功能
555定时电路组成的多谐振荡电路后的示意图
图3-3所示为555定时电路产生连续时钟脉冲信号
—
图3-3555定时定路下的总设计电路
S1S0=01实现右移位
S1S0=10实现左移位
S1S0=00实现保持功能
S1S0=11实现置数功能
—
方案二:
由74LS138及74LS192组成的移位寄存器电路,可以实现循环彩灯的控制功能。
如图3-4所示组成的移位寄存电路。
图3-4由74138及74192组成的移位寄存电路
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SW1=1,SW2=0时实现彩灯的左移位功能
SW1=1SW2=1时实现彩灯的保持功能
SW1=0SW2=0时实现彩灯的暂定功能
SW1=0SW2=1时实现彩灯的右移位功能
第四章实验、调试及测试结果分析
调试使用的主要仪器:
数字万用表直流稳压电源示波器
测试电路的方法和技巧:
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先检查各芯片的电源和地是否接上,检查线路是否连好;前面的检查无问题后,再根据彩灯的变化情况,确定可能的原因,分析是哪个功能模块出了问题,用数字万用表检查各模块的功能,发现并改正错误,直到符合要求为止
调试中出现的故障、原因及排除方法:
(1)彩灯只有一种花样变化,没有其它的花样:
可能是移位计数器的S0,S1端控制出现问题,应该检查循环控制逻辑电路。
还可能是芯片74LS194移位寄存器没有正常工作,检查是否正确接线,芯片是否功能完好。
特别注意不能把非门的输入与输出接反了。
(2)彩灯无规律变化:
原因可能是由555定时电路产生的时钟脉冲信号不稳定,或者是在555电路中没有标准的计算各电阻的阻值,电解电容,陶瓷电容的使用是否正确。
(3)彩灯在移动过程中是两个灯一起跳
可能是是芯片74LS192在面包板上面没有接稳定,应该检查芯片是否通电,各高低电平是否正常工作。
应该检查导线是否有问题。
—
(4)实验过程中灯一会亮一会不亮
最后可能是导线的接触不良问题,应该首先从电源是否良好的接入电路开始检查,再检查555定时电路时候正常工作,最后检查芯片管脚电压。
第五章 总结与设计调试体会
课程设计共耗时两个星期,终于到了结尾总结的时刻了。
感觉在这段时间中自己学会了很多东西,如设计电路最重要的是思路要清晰,一旦有了自己的思路就应该有层次有条理的探索下去,只要坚持自己的观点和判断,就一定能实现,即便最后发现走进了死胡同,但是探索设想与求证的过程却是通往另一条道路必不可少的环节。
在完成这次设计的过程中,我也有参考相关的设计课题,甚至还花了很长的时间去弄清楚别人的设计,以至于后来被束缚住,对自己的设计没有了头绪。
学习吸收别人的长处是应该的,但是不能完全沉浸进去,要有自己的思路和观点,并且努力去实现。
这就是快乐的最大源泉。
在完成本次课设的过程中开始的头几天一直在纠结于用74LS194实现移位寄存器,因为它的原理是很简单的,可是在实际连电路的过程中,一下子遇到了很大的困难,因为外界的干扰因素实在太多了,稍不注意就碰到某个导线了,结果发光二极管就不亮,于是自己得检查到底哪里出现了问题,有得费很长时间去检查管脚是否连错,导线是否松动,或者导线是否坏掉等等情况。
经过这次试验,终于感觉到了理论与实际的差别有多大了,当然这个过程也是非常的考验人的,不仅仅是考察你的理论知识,动手能力,以及检查问题并解决问题的能力,更是在考验一个人的耐心,细心。
在连接电路的过程中,丝毫不得马虎,必须清楚的了解每个芯片的管脚分布图,功能表。
说实话,在实验过程中出现问题并不可怕,可怕的是在反复的受挫中没有革新,不能改进自己的方法和思路。
因此自己应该具有创新思维。
通过这次课程设计,我对电子技术中的诸多知识有了更深层次的理解,也初步学会了如何将理论知识有机地与实际结合加以运用。
这是一次获益匪浅的实习。
附录一:
实验器件列表
附录二:
参考资料
[1]历雅萍电子技术课程设计.武汉:
武汉工业大学出版社,1999
[2]彭介华.电子技术课程设计指导.高等教育出版社.1998
[3]谢自美.电子线路设计、实验、测试.华中科技大学,1988
[8]附录三
74LS192管脚图
74LS138管脚图
74LS194管脚图
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