十六路循環(huán)心形彩燈控制

十六路循環(huán)心形彩燈控制目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 2\o"CurrentDocument"第一章系統(tǒng)組成及工作原理 3總 體 設(shè)計(jì) 思路 3\o"CurrentDocument"1.2基本原理 .31.3電路框圖 .3\o"CurrentDocument"第二章循環(huán)發(fā)光器的系統(tǒng)組成 4555定時(shí)電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈\o"CurrentDocument"沖 .52.2移位寄存器 62.3方案二74LS138及192的功能 7\o"CurrentDocument"第三章循環(huán)電路的總體設(shè)計(jì) 874LS194組成的電路 .974LS138及74LS192組成的電路 11第四章實(shí)驗(yàn)結(jié)果的調(diào)試及檢測(cè) .134.1調(diào)試使用的主要儀器 .154.2調(diào)試技巧的方法 15\o"CurrentDocument"4.3調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法 15第五章總結(jié) 17第六章附錄 18附錄一 18附錄二 18附錄三 19評(píng)分表 20摘要本次循環(huán)控制彩燈電路的制作主要采用74LS194與74LS160芯片接成心形結(jié)構(gòu)的移位寄存器、計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)，通過555定時(shí)電路組成多謝振蕩電路。整個(gè)電路主要由移位寄存器、計(jì)數(shù)器、控制電路、脈沖發(fā)生器構(gòu)成16個(gè)彩燈的循環(huán)控制，并且通過移位寄存器的控制可以組成多種花型。本次主要為全亮全滅，及對(duì)稱性移動(dòng)的功能。關(guān)鍵詞：控制、循環(huán)、555定時(shí)電路第一章系統(tǒng)組成及工作原理1.1總體設(shè)計(jì)思路根據(jù)課程設(shè)計(jì)課題要求，要實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)，需要設(shè)計(jì)時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路，循環(huán)控制電路和彩燈對(duì)稱移動(dòng)，及全滅全亮功能輸出電路。時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路由555定時(shí)電路組成多諧振蕩觸發(fā)器產(chǎn)生連續(xù)始終脈沖，循環(huán)控制電路采用74LS194與74LS160實(shí)現(xiàn)，其中74LS160為整個(gè)循環(huán)控制電路提供驅(qū)動(dòng)作用。1.2基本原理本次實(shí)驗(yàn)主要是通過兩片雙向移位寄存器74LS194與74LS160來實(shí)現(xiàn)彩燈電路的循環(huán)控制，通過555定時(shí)電路來產(chǎn)生連續(xù)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行信號(hào)的輸入，由外圍開關(guān)控制信號(hào)的不同閃爍，實(shí)現(xiàn)對(duì)稱閃爍及全滅全亮功能。1.3框圖移位寄存器 電源輸入圖1-1設(shè)計(jì)框圖第二章循環(huán)發(fā)光器的系統(tǒng)組成2.1555定時(shí)電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖555集成時(shí)基電路是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，可連接成多諧振蕩電路，產(chǎn)生單位脈沖，用于觸發(fā)計(jì)數(shù)器。在延時(shí)操作中，脈沖由一個(gè)電阻和一個(gè)電容控制。用于穩(wěn)定工作的振蕩器時(shí)，頻率由兩個(gè)電阻和一個(gè)電容控制。NE555會(huì)在下降延觸發(fā)和清零，此時(shí)輸出端產(chǎn)生200mA的電流。NE555的工作溫度為0C?70C。如圖2-1,2-2分別是引腳圖和管腳圖。VccDTHCO555GNDVCCTRIDIS0U7THRRESCON8 7 6 5NE55512 3 4GNDTROUTK圖2-1555引腳圖 圖2-2555管腳圖各管腳說明：1接地2觸發(fā)3輸出4復(fù)位5控制電壓6門限（閾值）7放電8電源電壓Vcc。其功能主要用來產(chǎn)生時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)（脈沖信號(hào)）。因?yàn)檠h(huán)彩燈對(duì)頻率的要求不高，只要能產(chǎn)生高低電平就可以了，且脈沖信號(hào)的頻率可調(diào)，所以采用555定時(shí)器組成的振蕩器，其輸出的脈沖作為下一級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)。圖2-3為多諧振蕩電路波形圖。圖2-4為多諧振蕩器實(shí)驗(yàn)連接圖。AuiU0J圖2-3 555多諧振蕩波形圖

R251kohmVCCLR251kohmVCCL圖2-4多諧振蕩實(shí)驗(yàn)連線圖用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，電路輸出便得到一個(gè)周期性的矩形脈沖，其周期為：T=0.7(R1+2R2)2.2移位寄存器74LS194移位寄存器除了具有存儲(chǔ)功能以外，還具有移動(dòng)的功能。所謂移位功能，是指寄存器里存儲(chǔ)的代碼能在移位脈沖的作用下，依次位，右移位。74LS194是4位雙向移位寄存器，它具有并行輸入，并行輸出，左右移動(dòng)的功能。74LS194的操作主要由兩個(gè)工作方式控制端S1,S0來決定。當(dāng)S1S0=00時(shí)，為保持狀態(tài)。當(dāng)S1S0=01時(shí)，進(jìn)行右移位操作。當(dāng)S1S0=10時(shí)，進(jìn)行左移位操作。當(dāng)S1S0=11時(shí)，進(jìn)行送數(shù)操作。在后三種操作中，都是同步的，即必須有時(shí)鐘信號(hào)，在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿到來時(shí)，進(jìn)行左右移動(dòng)和送數(shù)操作。圖2-5為4位雙向寄存器管腳圖，2-6為74LS194的功能表

2—*35mRRJJLR」zLJ-S心石C-.口-scll151-41=31_2Fl3圖151-41=31_2Fl3腳圖74LS194功能表入輸 出/CRMlM0CPDSDSRDODID2D3QDQIQ2Q3功能DXXXXXXXXX0 0 0 0清零1拭X0XXXXXXQOOQ10Q20Q30保持111XXdedld2d3dodld2d3注數(shù)101X1XXXX1QOnQinQ2n右瞥101XDXXXX0QOnQinQ2n右移1101XXXXXQinQ2nQ3n1左移110T0XXXXXQinQ^nQ3n0左程1□aXXXXXXXQOOQ10Q20Q30保持圖2-6移位寄存器74LS194功能表其中DIR（2腳）為數(shù)據(jù)右移位串行輸入端（先輸入高位，再輸入低位DIL為數(shù)據(jù)左移位串行輸入端D0,D1,D2,D3為數(shù)據(jù)并行輸入端Q0,Q1,Q2,Q3為數(shù)據(jù)并行輸出端S1,S0為控制端

RD為復(fù)位端（異步清零）。它的具體功能如下：1） 清零：當(dāng)RD=0時(shí)，不管其它輸入為何種狀態(tài)，輸入為全零2） 保持:當(dāng)CP=0，RD=1時(shí),其它輸入為任意狀態(tài)，輸入狀態(tài)保持?；蛘逺D=1,S1,S0均為0，其它輸入為任意狀態(tài)，輸出狀態(tài)也將保持3） 置數(shù)：RD=1,S1=S0=1,在CP脈沖上升沿時(shí)，將數(shù)據(jù)輸入端數(shù)據(jù)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脈沖上升沿時(shí)，實(shí)現(xiàn)右移操作，此時(shí)，若DIR=0，則0向Q0移位，若DIL=1，則向Q0移位。5） 左移：RD=1，S1=1,S0=0,在CP脈沖上升沿時(shí)，實(shí)現(xiàn)左移操作，此時(shí)，若DIR=0，則0向Q3移位，若DIL=1，則向Q3移位。2.3計(jì)數(shù)器74LS60這種同步可預(yù)置十進(jìn)計(jì)數(shù)器是由四個(gè)D型觸發(fā)器和若干個(gè)門電路構(gòu)成，內(nèi)部有超前進(jìn)位，具有計(jì)數(shù)、置數(shù)、禁止、直接（異步）清零等功能。對(duì)所有觸發(fā)器同時(shí)加上時(shí)鐘，使得當(dāng)計(jì)數(shù)使能輸入和內(nèi)部門發(fā)出指令時(shí)輸出變化彼此協(xié)調(diào)一致而實(shí)現(xiàn)同步工作。這種工作方式消除了非同步（脈沖時(shí)鐘）計(jì)數(shù)器中常有的輸出計(jì)數(shù)尖峰。緩沖時(shí)鐘輸入將在時(shí)鐘輸入上升沿觸發(fā)四個(gè)觸發(fā)器。這種計(jì)數(shù)器是可全編程的，即輸出可預(yù)置到任何電平。當(dāng)預(yù)置是同步時(shí)，在置數(shù)輸入上將建立一低電平，禁止計(jì)數(shù)，并在下一個(gè)時(shí)鐘之后不管使能輸入是何電平，輸出都與建立數(shù)據(jù)一致。清除是異步的（直接清零），不管時(shí)鐘輸入、置數(shù)輸入、使能輸入為何電平，清除輸入端的低電平把所有四個(gè)觸發(fā)器的輸出直接置為低電平。超前進(jìn)位電路無須另加門，即可級(jí)聯(lián)出n位同步應(yīng)用的計(jì)數(shù)器。它是借助于兩個(gè)計(jì)數(shù)使能輸入和一個(gè)動(dòng)態(tài)進(jìn)位輸出來實(shí)現(xiàn)的。兩個(gè)計(jì)數(shù)使能輸入（ENP和ENT）計(jì)數(shù)時(shí)必須是高電平，且輸入ENT必須正反饋，以便使能動(dòng)態(tài)進(jìn)位輸出。因而被使能的動(dòng)態(tài)進(jìn)位輸出將產(chǎn)生一個(gè)高電平輸出脈沖，其寬度近似等于QA輸出高電平。此高電平溢出進(jìn)位脈沖可用來使能其后的各個(gè)串聯(lián)級(jí)。使能ENP和ENT輸入的跳變不受時(shí)鐘輸入的影響。電路有全獨(dú)立的時(shí)鐘電路。改變工作模式的控制輸入（使能ENP、ENT或清零）縱使發(fā)生變化，直到時(shí)鐘發(fā)生為止，都沒有什么影響。計(jì)數(shù)器的功能（不管使能、不使能、置數(shù)或計(jì)數(shù)）完全由穩(wěn)態(tài)建立時(shí)間和保持時(shí)間所要求的條件來決定。VCCTCGoQ]□? 03GETPEsitTheHataok'jaraianhas!hesame=noutsj （CannectionOioQram）ssJ 1|1首du前IiHjrb,招Rfar國化皿andLS1心4_J*ERforLS162AandLEIS3ALdLdLdLd叵IhJLdLiJ*E1OfPoP〔P2FqGE?SND圖2-7計(jì)數(shù)器引腳圖陪入輸 出CPCR-LDP TDj口皂D,鞏_ .仍Q2QiQoxOxxxxxxx0 0 0 01 1 0 x xd e b Jd a h fl--X 1 1 0 x X X X X保持X | 1 X 0 X X X X保持（仁=0）11 ] 1 X ＞； X X計(jì)數(shù)封口dq.ctj由圖2-8計(jì)數(shù)器狀態(tài)表第三章循電路的總體設(shè)計(jì)3.1由74LS194組成的功能圖圖3-1為在仿真軟件Proteus中進(jìn)行仿真的示意圖，脈沖信號(hào)為時(shí)鐘脈沖信號(hào)。如圖S1為高電平，S0為低電平時(shí)實(shí)現(xiàn)右循環(huán)。圖中實(shí)現(xiàn)單個(gè)移位寄存器的功能。有撥動(dòng)開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)，全滅，全亮及置數(shù)的功能。

DOTXD4；；LED-0BYqTE石>DOTXD4；；LED-0BYqTE石>.-^TEXT>.圖3-1單個(gè)移位寄存器仿真圖555定時(shí)電路組成的多諧振蕩電路后的示意圖圖3-3所示為555定時(shí)電路產(chǎn)生連續(xù)時(shí)鐘脈沖信號(hào)圖3-3555定時(shí)定路下的總設(shè)計(jì)電路第四章實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測(cè)試結(jié)果分析4.1調(diào)試使用的主要儀器：數(shù)字萬用表直流穩(wěn)壓電源示波器4.2測(cè)試電路的方法和技巧:先檢查各芯片的電源和地是否接上，檢查線路是否連好；前面的檢查無問題后，再根據(jù)彩燈的變化情況，確定可能的原因，分析是哪個(gè)功能模塊出了問題，用數(shù)字萬用表檢查各模塊的功能，發(fā)現(xiàn)并改正錯(cuò)誤，直到符合要求為止4.3調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法：（1）彩燈只有一種花樣變化，沒有其它的花樣：可能是移位計(jì)數(shù)器的S0，S1端控制出現(xiàn)問題，應(yīng)該檢查循環(huán)控制邏輯電路。還可能是芯片74LS194移位寄存器沒有正常工作，檢查是否正確接線，芯片是否功能完好。特別注意不能把非門的輸入與輸出接反了。（2）彩燈無規(guī)律變化:原因可能是由555定時(shí)電路產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖信號(hào)不穩(wěn)定，或者是在555電路中沒有標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算各電阻的阻值，電解電容，陶瓷電容的使用是否正確。彩燈在移動(dòng)過程中是兩個(gè)燈一起跳可能是是芯片74LS192在面包板上面沒有接穩(wěn)定，應(yīng)該檢查芯片是否通電，各高低電平是否正常工作。應(yīng)該檢查導(dǎo)線是否有問題。實(shí)驗(yàn)過程中燈一會(huì)亮一會(huì)不亮最后可能是導(dǎo)線的接觸不良問題，應(yīng)該首先從電源是否良好的接入電路開始檢查，再檢查555定時(shí)電路時(shí)候正常工作，最后檢查芯片管腳電壓。第五章總結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會(huì)課程設(shè)計(jì)共耗時(shí)兩個(gè)星期，終于到了結(jié)尾總結(jié)的時(shí)刻了。感覺在這段時(shí)間中自己學(xué)會(huì)了很多東西，如設(shè)計(jì)電路最重要的是思路要清晰，一旦有了自己的思路就應(yīng)該有層次有條理的探索下去，只要堅(jiān)持自己的觀點(diǎn)和判斷，就一定能實(shí)現(xiàn)，即便最后發(fā)現(xiàn)走進(jìn)了死胡同，但是探索設(shè)想與求證的過程卻是通往另一條道路必不可少的環(huán)節(jié)。在完成這次設(shè)計(jì)的過程中，我也有參考相關(guān)的設(shè)計(jì)課題，甚至還花了很長的時(shí)間去弄清楚別人的設(shè)計(jì)，以至于后來被束縛住，對(duì)自己的設(shè)計(jì)沒有了頭緒。學(xué)習(xí)吸收別人的長處是應(yīng)該的，但是不能完全沉浸進(jìn)去，要有自己的思路和觀點(diǎn)，并且努力去實(shí)現(xiàn)。這就是快樂的最大源泉。在完成本次課設(shè)的過程中開始的頭幾天一直在糾結(jié)于用74LS194實(shí)現(xiàn)移位寄存器，因?yàn)樗脑硎呛芎唵蔚模墒窃趯?shí)際連電路的過程中，一下子遇到了很大的困難，因?yàn)橥饨绲母蓴_因素實(shí)在太多了，稍不注意就碰到某個(gè)導(dǎo)線了，結(jié)果發(fā)光二極管就不亮，于是自己得檢查到底哪里出現(xiàn)了問題，有得費(fèi)很長時(shí)間去檢查管腳是否連錯(cuò)，導(dǎo)線是否松動(dòng)，或者導(dǎo)線是否壞掉等等