彩燈循環(huán)控制電路的設(shè)計(jì)與制作

1、武漢理工大學(xué)電子電工技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書目錄摘要I I1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2方案設(shè)計(jì)與認(rèn)定22.1方案設(shè)計(jì)22.1.1設(shè)計(jì)方案一22.1.2設(shè)計(jì)方案二32.2 方案的比較和認(rèn)定43 單元電路的設(shè)計(jì)63.1脈沖發(fā)生電路63.2 移位寄存器電路63.3 彩燈電路74 整體電路圖和工作原理95 調(diào)試記錄及結(jié)果分析115.1調(diào)試記錄115.1.1調(diào)試步驟115.1.2調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題115.2 調(diào)試結(jié)果11總結(jié)12參考文獻(xiàn)13附錄14附錄1 器件表14附錄2 芯片資料14附錄2.1 74LS194的芯片資料14附錄2.2 555的芯片資料16摘要多組彩燈按照一定的順序循環(huán)點(diǎn)亮的電路具有很高的觀賞性，在生活中

2、有著很廣泛的應(yīng)用，例如廣告牌，霓虹燈等。本次課程設(shè)計(jì)以已經(jīng)學(xué)到的專業(yè)知識(shí)為基礎(chǔ)，用簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯電路來實(shí)現(xiàn)8個(gè)彩燈的左移、右移、全亮、全滅等多種點(diǎn)亮方式。與生活中的實(shí)際應(yīng)用緊密相關(guān)。本文就本次課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)框圖、設(shè)計(jì)電路圖、單元電路圖、工作原理、所用器件、電路調(diào)試等方面來進(jìn)行介紹，最后對(duì)本次課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)。關(guān)鍵詞：彩燈 循環(huán) 數(shù)字邏輯電路 17 彩燈循環(huán)控制電路的設(shè)計(jì)與制作1. 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1）8個(gè)彩燈能夠自動(dòng)循環(huán)點(diǎn)亮。2）彩燈循環(huán)顯示且頻率快慢為1S。選作：設(shè)計(jì)具有控制彩燈左移，右移，全亮及全滅功能的電路。2方案設(shè)計(jì)與認(rèn)定2.1方案設(shè)計(jì)2.1.1 設(shè)計(jì)方案一：根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，使用計(jì)數(shù)器來

3、實(shí)現(xiàn)循環(huán)，設(shè)計(jì)電路使其可實(shí)現(xiàn)以下功能：1）彩燈右移依次點(diǎn)亮的循環(huán)：0000-0001-0010-0011-0100-0101-0110-0111；2）彩燈左移依次點(diǎn)亮的循環(huán)：1000-0111-0110-0101-0100-0011-0010-0001；3）彩燈全滅功能。本設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，根據(jù)設(shè)計(jì)框圖，各單元電路選用器件為： 1）脈沖產(chǎn)生電路：選用NE555定時(shí)器組成的多諧振蕩器可以產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖。 2）十進(jìn)制計(jì)數(shù)器：由一片74LS192來實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。3） 3-8線譯碼電路：由一片74LS138來實(shí)現(xiàn)譯碼功能，同時(shí)其輸出端通過非門和彩燈相連。 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器脈沖產(chǎn)生電路3

4、-8線譯碼電路彩燈電路 循環(huán)控制電路圖1 設(shè)計(jì)方案一的設(shè)計(jì)框圖按上述進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)圖如圖2所示：圖2 設(shè)計(jì)方案一原理圖2.1.2設(shè)計(jì)方案二據(jù)設(shè)計(jì)要求，使用移位寄存器來實(shí)現(xiàn)循環(huán)，設(shè)計(jì)電路使其可實(shí)現(xiàn)以下功能：1）彩燈右移依次點(diǎn)亮：1000000001000000001000000001000000001000000001000000001000000001；2）彩燈左移依次點(diǎn)亮：1000000000000001000000100000010000001000000100000010000001000000；3）彩燈全亮：11111111；4）彩燈全滅：00000000。本設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)框圖如圖3所

5、示，根據(jù)設(shè)計(jì)框圖，各個(gè)單元電路選用的器件為：1）脈沖發(fā)生電路：選用NE555定時(shí)器組成的多諧振蕩器可以產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖。2）移位寄存器電路：選用兩片74LS194來構(gòu)成8位的移位寄存器電路，通過CP脈沖使其實(shí)現(xiàn)左移、右移，從而使彩燈左移、右移循環(huán)點(diǎn)亮。脈沖發(fā)生電路移位寄存器電路彩燈電路圖3 設(shè)計(jì)方案二的設(shè)計(jì)框圖 按上述設(shè)計(jì)電路，設(shè)計(jì)電路圖如圖4所示：2.2 方案的比較和認(rèn)定從可實(shí)現(xiàn)功能方面考慮，經(jīng)過仿真，方案一和方案二都能完成設(shè)定的功能。但是，方案一沒有使燈全亮的功能，而方案二有該功能。從電路的耗材方面考慮，方案二的電路用的集成電路塊數(shù)較少，比較節(jié)省器件。綜合以上考慮，方案二能夠?qū)崿F(xiàn)的功

6、能多，而且電路較簡(jiǎn)單，所以決定采用設(shè)計(jì)方案二。圖4 設(shè)計(jì)方案二原理圖3單元電路的設(shè)計(jì)3.1脈沖發(fā)生電路多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源以后，不需要外加觸發(fā)信號(hào)，便能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖。555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字模擬混合電路，由于它使用靈活、方便，利用它能既方便地構(gòu)成多諧振蕩器，所以決定用NE555來構(gòu)成多諧振蕩器，來產(chǎn)生1HZ的脈沖。用555定時(shí)器接成多諧振蕩器，即將555的2、6端并聯(lián)，再與RC構(gòu)成的充放電電路的串聯(lián)點(diǎn)連接，將7端接到放電點(diǎn)。輸出信號(hào)的時(shí)間參數(shù)是： T=（R9+2R10）*C*ln2參數(shù)選擇如下：R9=600K，R10=200K,，C=1uF則得到的脈沖的頻率為f=

7、1/T=1.03Hz該頻率可滿足實(shí)驗(yàn)要求。用NE555構(gòu)成可產(chǎn)生1Hz脈沖的多諧振蕩器的原理圖如圖5所示：圖5 脈沖發(fā)生電路原理圖3.2移位寄存器電路移位寄存器除了具有存儲(chǔ)代碼的功能外，還具有移位功能。即在其內(nèi)存儲(chǔ)的代碼能在移位脈沖的作用下依次左移或右移。74ls194是4位雙向移位寄存器，它具有并行輸入、并行輸出、左移和右移的功能。利用兩片74LS194可以構(gòu)成八位的移位寄存器。用74ls194設(shè)計(jì)的移位寄存器電路的原理圖如圖6所示：圖6 移位寄存器電路原理圖將左邊一片的Q3、Q0分別作為右邊一片的、，將右邊一片的0、3分別作為左邊一片的、，可以實(shí)現(xiàn)8盞燈的左移和右移的循環(huán)。3.3彩燈電路8

8、盞燈分別與兩片74LS194的8個(gè)輸出端連接，同時(shí)考慮到放光二極管的工作電壓，所以接了8個(gè)保護(hù)電阻R1R8。當(dāng)74LS194的任意一個(gè)輸出端輸出的為高點(diǎn)平時(shí)，與其相連接的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。彩燈電路的設(shè)計(jì)原理圖如圖7所示：圖7 彩燈電路原理圖4 整體電路圖和工作原理由上述單元電路圖構(gòu)成了整體電路圖如圖8所示：圖8 整體電路原理圖工作原理： 1）左移循環(huán)點(diǎn)亮：sw6打向高電平，sw1打向高電平，sw4打向低電平，sw2、sw3均打向高電平，進(jìn)行置數(shù)，這時(shí)只有D1亮，將sw3打向低電平，彩燈開始向左循環(huán)點(diǎn)亮。2) 右移循環(huán)點(diǎn)亮：sw6打向高電平，sw1打向高電平，sw4打向低電平，sw2、sw3均打向

9、高電平，進(jìn)行置數(shù)，這時(shí)只有D1亮，將sw2打向低電平，彩燈開始向左循環(huán)點(diǎn)亮。3）全亮：sw1、sw2、sw3、sw4、sw6均打向高電平，則8盞彩燈全亮。4）全滅：sw6打向低電平；或者sw1、sw4打向低電平，sw2、sw3、sw6均打向高電平。這兩種方法均可以是8盞燈全部熄滅。5調(diào)試記錄及結(jié)果分析5.1調(diào)試記錄由于器件性能，連接電路時(shí)的人為因素，以及環(huán)境的影響等，連接好的電路往往要經(jīng)過調(diào)試才能實(shí)現(xiàn)要求的功能。5.1.1調(diào)試步驟1）檢查電路組裝好電路，然后對(duì)照原理圖，按照每個(gè)單元電路的順序逐級(jí)對(duì)電路經(jīng)行檢查，看連線是否正確。特別是要注意電源是否接錯(cuò)，是否短路，電解電容的極性是否接反等。2）通

10、電觀察在調(diào)好所需的電源電壓值，并確定電路電源端沒有短路的情況下，給電路通電。然后觀察是否有異?，F(xiàn)象，如冒煙、放電的電光等，若有，則馬上切斷電源，排除故障。然后，測(cè)量每個(gè)集成塊的電源引腳電壓是否正常，以確信集成電路是否已通電工作。3）斷開各開關(guān)進(jìn)行調(diào)試在各個(gè)工作開關(guān)斷開的情況下用一個(gè)發(fā)光二極管檢測(cè)脈沖信號(hào)的輸出,看是否正常，如果存在問題，查找出原因并解決。4）操作開關(guān)進(jìn)行調(diào)試根據(jù)電路的工作原理，通過控制各個(gè)開關(guān)的閉合和斷開來觀察顯示結(jié)果是否正確，如果存在問題繼續(xù)調(diào)試。調(diào)試結(jié)束后觀察調(diào)試后的結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。5.1.2調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)最右邊三盞燈在輸入為低電平的情況下發(fā)光，經(jīng)過檢測(cè)

11、后發(fā)現(xiàn)與其對(duì)應(yīng)的三個(gè)輸入端的線與開關(guān)的連接不牢固。經(jīng)過調(diào)節(jié)后排除了故障。5.2調(diào)試結(jié)果經(jīng)過調(diào)試后的電路可以正確實(shí)現(xiàn)8盞燈全亮、全滅、左移循環(huán)點(diǎn)亮和右移循環(huán)點(diǎn)亮等設(shè)計(jì)任務(wù)中要求實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容。電路達(dá)到了設(shè)計(jì)要求?？偨Y(jié) 本次課程設(shè)計(jì)是運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過的課程的知識(shí)，來完成一個(gè)在生活中有很高的實(shí)用價(jià)值的設(shè)計(jì)任務(wù)。通過本次課程設(shè)計(jì)，對(duì)學(xué)過的知識(shí)有了進(jìn)一步的理解，同時(shí)看到了平時(shí)所學(xué)的知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用是有很大聯(lián)系的。 在本次設(shè)計(jì)中，雖然完成了設(shè)計(jì)任務(wù)中的要求，但是因?yàn)樵O(shè)計(jì)的電路很簡(jiǎn)單，沒有一些附加的功能，降低了電路的綜合性。同時(shí)使用的集成芯片是大多數(shù)人都會(huì)選擇的，沒有對(duì)學(xué)習(xí)中不常見，但是功能更優(yōu)越的集成芯片進(jìn)行學(xué)習(xí)和

12、應(yīng)用。 通過本次課程設(shè)計(jì)，我明白了在設(shè)計(jì)的時(shí)候整體的思路是很重要的，理順自己的思路，明白自己是要用什么來設(shè)計(jì)一個(gè)什么樣的電路，將要設(shè)計(jì)的電路明確地劃分成各個(gè)單元電路，會(huì)大大的降低設(shè)計(jì)的難度，然后要將集成芯片和自己要實(shí)現(xiàn)的功能相結(jié)合。同時(shí)有些設(shè)計(jì)和仿真沒有問題的電路在制作成實(shí)物后卻不能很好地實(shí)現(xiàn)功能，說明理論和現(xiàn)實(shí)的作品是有一定差距的，在設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮方案的優(yōu)化和可行性。 通過本次課程設(shè)計(jì)，我還明白了團(tuán)隊(duì)的合作是很重要的。在做設(shè)計(jì)時(shí)，要注重組員之間的配合，大家要多討論，得到最佳的方案。同時(shí)在和他人合作時(shí)，要多學(xué)習(xí)掌握他人設(shè)計(jì)時(shí)好的思路和方法。這樣才能取長(zhǎng)補(bǔ)短，在課程設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)更多的東西。本次課

13、程設(shè)計(jì)讓我了解到，課上學(xué)習(xí)時(shí)覺得不難的東西，現(xiàn)在要付諸實(shí)踐卻是很不容易的。這也提醒我自己在以后的學(xué)習(xí)中要多和實(shí)際相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的真正目的。參考文獻(xiàn)1 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).第五版.高等教育出版社,2006.2 伍時(shí)和.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).清華大學(xué)出版社,2009.3 何希才.常用電子電路應(yīng)用365例.電子工業(yè)出版社,2006.4 梁宗善.新型集成電路的應(yīng)用電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì).華中科技大學(xué)出版社,1999.5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.2006附錄附錄1 器件表表1 器件表元件名稱數(shù)值個(gè)數(shù)備注74LS1942NE5551電阻2208200K1600K1電容0.01F11F1發(fā)光二極管8開關(guān)5面包板1導(dǎo)線若干附錄2 芯片資料附錄2.1 74LS194的芯片資料74LS194 的管腳圖如圖9所示：其中，SR為數(shù)據(jù)右移串行輸入端（先輸高位，再輸?shù)臀唬?SL為數(shù)據(jù)左移串行輸入端（先輸?shù)臀?，再輸高位）?D0D3為