數(shù)字電路循環(huán)花燈課程設計報告

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　專 業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程班 級姓 名</p><p>　設 計 起 止 日 期</p><p>　設計題目：數(shù)字電路循環(huán)花燈</p><p>　設計任務（主要技術參數(shù)）：在課程設計中我將選用，555定時器，74LS161芯片，74LS194芯片，LED燈，以

2、及若干電阻導線，去完成數(shù)字電路循環(huán)花燈的設計。先用555定時器用來生成1s標準單位cp脈沖，把脈沖給計數(shù)器74LS161，通過74LS161形成模5加法計數(shù)器，再將74LS161輸出信號供給74LS194，74LS194移位寄存器輸入端置位1000，Q0接燈1，Q1接燈2，Q2接燈3，Q3接燈4，Q4接燈5，Q5接燈6，Q6接燈7，Q7接燈8，把74LS194接成環(huán)形計數(shù)器。如此應該就能實現(xiàn)基本的電路要求。</p><

3、;p>　指導教師評語：成績： 簽字：年 月 日</p><p>　　1 課程設計背景及目的</p><p>　　本次課程設計的目的是進一步掌握數(shù)字電路課程所學的理論知識，熟悉幾種常用集成數(shù)字芯片的功能和應用，并掌握其工作原理，進一步學會使用其進行電路設計。了解數(shù)字系統(tǒng)設計的基本思想和方法，學會科學分析和解決問題。培養(yǎng)認真嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和實事求是的工作態(tài)度。</

4、p><p>　　電子技術實驗是一門重要的實踐性技術基礎課程。開設本課程的目的在于使學生理論聯(lián)系實際，在老師的指導下完成大綱規(guī)定的實驗任務。</p><p>　　通過實驗熟悉電工.電子技術的應用中常用的設備和電子器件，熟悉常用儀器的使用方法，掌握正確記錄.處理實驗數(shù)據(jù)、繪制曲線、分析實驗結果的方法，從而開發(fā)學生分析問題或解決問題的能力，培養(yǎng)學生具有嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L，實事求是的科學態(tài)度，刻苦鉆研、勇

5、于探索和創(chuàng)新的開拓精神以及遵守紀律、團結協(xié)作的優(yōu)良品質(zhì)，為今后從事專業(yè)科研工作和工程技術工作打下良好的基礎。 </p><p>　　循環(huán)燈是一串按一定的規(guī)律像流水一樣連續(xù)閃亮。循環(huán)燈控制是可編程控制器的一個應用，其控制思想在工業(yè)控制技術領域也同樣適用。循環(huán)控制可用多種方法實現(xiàn)，但對現(xiàn)代可編程控制器而言，利用移位寄存器實現(xiàn)最為便利。通常用左移寄存器實現(xiàn)燈的單方向移動；用雙向移位寄存器實現(xiàn)燈的雙向移動。&#

6、160;</p><p><b>　　2 設計方案論證 </b></p><p><b>　　2.1 設計思路：</b></p><p>　　利用555時鐘芯片產(chǎn)時鐘脈沖，一片74LS161產(chǎn)生分頻脈沖，兩片74LS161用于計數(shù)，最后用兩片74LS194寄存器實現(xiàn)右移。</p><p>　　數(shù)字電

7、路八路花樣燈控制電路是利用數(shù)字邏輯電子元件連接而成，具有8個受控制的輸出端，通過輸出8個有規(guī)律的信號以達到控制8個LED燈的目的。 選擇不同的芯片和不同的連接方式都會產(chǎn)生不同的控制信號并產(chǎn)生不同的花樣燈。</p><p>　　先用555定時器用來生成1s標準單位cp脈沖，把脈沖給計數(shù)器74LS161，通過74LS161形成模5加法計數(shù)器，再將74LS161輸出信號供給74LS194，74LS194移位寄

8、存器輸入端置位1000，Q0接燈1，Q1接燈2，Q2接燈3，Q3接燈4，Q4接燈5，Q5接燈6，Q6接燈7，Q7接燈8，把74LS194接成環(huán)形計數(shù)器。就能實現(xiàn)基本電路要求。</p><p><b>　　所需元件：</b></p><p><b>　　圖1 主要元件表</b></p><p><b>　　2.2

9、 設計內(nèi)容：</b></p><p>　　2.2.1 555定時器：</p><p>　　555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。</p><p>　　它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個5K歐姆的等值

10、串聯(lián)分壓電阻（555定時器的名稱也由此而得），一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3</p><p>　　555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端

11、TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為低電平。</p><p>　　表1 555定時器的功能表</p><p><b>　　課程設計中應用：<

12、/b></p><p>　　時鐘發(fā)生電路由一片555時鐘芯片、兩個電阻和兩個電容組成。通過調(diào)整電阻和電容的大小可以改變時鐘發(fā)生的頻率，時鐘輸出引腳為第3引腳。此處設定的時鐘頻率為1Hz，即一秒鐘發(fā)出一個高電平脈沖。</p><p>　　圖2 時鐘發(fā)生電路</p><p>　　2.2.1 74LS161芯片:</p><p>　　74

13、LS161是常用的四位二進制可預置的同步加法計數(shù)器，它可以靈活的運用在各種數(shù)字電路，以及單片機系統(tǒng)中實現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。      </p><p>　　圖3 封裝引腳圖與真值表</p><p>　　圖4 74LS161計數(shù)器電路應用</p><p><b>　　課程設計中應用：</b></p&g

14、t;<p>　　計數(shù)電路由兩片74LS161計數(shù)器組成，每一片74LS161可實現(xiàn)4位二進制的計數(shù)，兩片剛好可組成一個8位二進制計數(shù)器。</p><p><b>　　圖5 技術電路</b></p><p>　　2.2.3 74LS194芯片:</p><p>　　74LS194是一個4位雙向移位寄存器，最高時鐘脈沖為36MHZ

15、，其邏輯符號及引腳排列如下圖所示：         </p><p>　　圖6 74LS194邏輯符號及引腳排列</p><p>　　其中：D0～D1為并行輸入端；Q0～Q3為并行輸出端；SR--右移串引輸入端；SL--左移串引輸入端；S1、S0-操作模式控制端； -為直接無條件清零端；CP-為時鐘脈沖輸入端

16、。74LS194模式控制及狀態(tài)輸出如下表所示。</p><p>　　圖7 模式控制及狀態(tài)輸出</p><p>　　74LS194芯片可構成環(huán)形計數(shù)器：</p><p>　　把移位寄存器的輸出反饋到它的串行輸入端，就可以進行循環(huán)移位，如圖3所示。設初態(tài)為Q3Q2Q1Q0=1000，則在CP作用下，模式設為右移，輸出狀態(tài)依次為：</p><p>

17、;　　下圖電路是一個有四個有效狀態(tài)的計數(shù)器，這種類型計數(shù)器通常稱為環(huán)形計數(shù)器。同時輸出端輸出脈沖在時間上有先后順序，因此也可以作為順序脈沖發(fā)生器。</p><p><b>　　圖8 環(huán)形計數(shù)器</b></p><p><b>　　課程設計中應用：</b></p><p>　　右移電路由兩片74LS194組成。每一片74L

18、S194可以實現(xiàn)4位的左移或右移。只要把兩片74LS194之間的RS 引腳與Q3引腳互相連接即可把它們組成一個8位的移位器，并可實現(xiàn)左移和右移功能。以下是74LS194功能表和右移電路。</p><p><b>　　圖9 右移電路</b></p><p>　　2.2.4 八路LED燈</p><p>　　每個LED燈右端接一個18

19、0歐的電阻并接地，只要輸入端為高電平即可點亮LED燈</p><p>　　圖10 八路LED燈</p><p><b>　　3設計結果與分析</b></p><p><b>　　3.1仿真結果</b></p><p><b>　　仿真總電路：</b></p>&

20、lt;p>　　圖11 仿真總電路圖</p><p><b>　　仿真結果：</b></p><p><b>　　1s時</b></p><p>　　圖12 仿真結果1</p><p><b>　　3s時</b></p><p>　　圖13 仿

21、真結果2</p><p><b>　　5s時</b></p><p>　　圖14 仿真結果3</p><p>　　3.2結合仿真結果說明</p><p>　　通過Proteus仿真軟件進行仿真，發(fā)現(xiàn)方案的燈需要循環(huán)的條件是與邏輯門連接，可以通過彩燈亮與不亮的情況，找出所需要的邏輯門是哪一種，從而實現(xiàn)燈的追逐花樣。在Pr

22、oteus仿真軟件中，有很多的相似的元件在庫里，在型號名字上也有相似的地方，例如譯碼器74LS138與74ALS138，而在設計電路插入有的類似的元件時，最后可能不能經(jīng)仿真處理，因為有的元件是可以從庫里調(diào)出來的，但是它不能用于仿真，所以在出現(xiàn)相應的錯誤信息時，應調(diào)整相應所需的元件。</p><p><b>　　4 設計體會</b></p><p>　　這次課程設計主要

23、是運用數(shù)字電路邏輯設計的一些相關知識，在整個實習過程中，都離不開對數(shù)字電路課程知識的再學習。我在最開始，就先將實習用到的知識通過翻閱數(shù)電書回顧了一遍（這也是對這門課的復習，給以后的復習備考減少了很多負擔），這樣的回顧讓我對知識的理解更加透徹，對后來的快速設計起了很好的鋪墊作用。而且還參考了數(shù)字電路實驗指導書，關于芯片的引腳里面有清晰的描述。學會用電路板、芯片、導線等組裝各種功能的電路；</p><p>　　通過這

24、次的課程設計，我發(fā)現(xiàn)，只有理論上的學習是遠遠不夠的，它需要更多的搭建實物或是軟件仿真，因為往往理論運用在實際中的實現(xiàn)是存在很多的問題及誤差的。 在連接實物圖時，先以為只要我們按照經(jīng)仿真過的設計原理圖一次性的把線和芯片以及其它元器件連接好，就可以實現(xiàn)課程設計的設計要求。但事實上是，實物中需要考慮的因素很多：連接前導線、芯片是否能夠正常工作；面包板上錯綜的導線的布局影響著后期的檢查的難易；面包板有些插口的好壞；導線與插孔的接觸是否

25、良好等等，這些都可能造成電路目的：不論是彩燈的亮不亮還是它們的順序循環(huán)，都無法實現(xiàn)，這與我們的數(shù)電設計實驗類似，接線的復雜等原因，使得我們在檢測和調(diào)試方面有著更多的工作，所以考察也鍛煉了我們的耐心和故障排查能力。</p><p>　　雖然這不是第一次用電路板，但當時的運用也只是插些導線和電阻電容之類的，用了電路板的很小部分。這次的實習中應用了整塊板子，實習后對電路板的組成完全了解了，并能熟練運用。實習中通過對電路

26、的連接也懂得了如何通過設計的分析對所連電路的整體布局，如何更好的放置芯片在最合適的位置。在導線的連接上，如何選擇導線走向是關鍵，我們應該盡量保證所連電路的簡捷，寧短勿長，合理布線。</p><p><b>　　5參考文獻</b></p><p>　　[1] 孫余凱主編.數(shù)字集成電路實用技術.電子工業(yè)出版社.2010.</p><p>　　[2

27、] 房旭民撰文.一種高靈敏度的金屬探測器[J].電子技術應用.1991年第9期 </p><p>　　[3] 彭介華.電子技術課程設計指導[M].高等教育出版社，1997. </p><p>　　[4] 華中科技大學電子技術課程組 電子技術基礎[M ].高等教育出版社. 2005年07月 </p><p>　　[5] 吳慎山.