課程設(shè)計(jì)多功能流水燈-畢業(yè)論文

數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)——多功能流水燈學(xué)院：電子信息工程系專業(yè)、班級(jí)：自動(dòng)化132602班目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 2二、總體框圖 2三、選擇器件： 3四、功能模塊 12五、總體設(shè)計(jì)電路圖： 15六．課程設(shè)計(jì)心得體會(huì) 16七、出現(xiàn)的問(wèn)題 16八、參考文獻(xiàn) 17多功能流水燈一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求要求彩燈有單向流水效果。彩燈的流向可以改變?？梢哉蛄魉部梢阅嫦蛄魉?。燈流動(dòng)的方向可以手控，也可以自控，自控往返變換時(shí)間為5秒鐘。彩燈可以間歇流動(dòng)，10秒鐘間歇一次，間歇時(shí)間為一秒。4.彩燈的流速以人眼看清為準(zhǔn)。二、總體框圖（一）設(shè)計(jì)思路：彩燈流水控制電路，其主要部分是實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，即在預(yù)定的時(shí)間到來(lái)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)來(lái)控制彩燈的流向,間歇等,可利用中規(guī)模集成器件可逆計(jì)數(shù)器和譯碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)正,逆流水功能,利用組合電路實(shí)現(xiàn)自控,手控方向控制等.利用555定時(shí)器組成一個(gè)多諧振蕩器，發(fā)出連續(xù)脈沖，作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖源。彩燈流向可以改變，應(yīng)該選用加減計(jì)數(shù)器，但考慮到加減計(jì)數(shù)器無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)間間歇，所以不考慮。計(jì)數(shù)器的輸出接寄存器以實(shí)現(xiàn)流水的效果。如圖（1－1）所示：振蕩器計(jì)數(shù)器寄存器驅(qū)動(dòng)電路振蕩器計(jì)數(shù)器寄存器驅(qū)動(dòng)電路用74LS161N芯片16進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器及非門(mén)、四輸入與門(mén)實(shí)現(xiàn)8個(gè)彩燈間歇1秒的功能，用74LS194N雙向移位寄存器。來(lái)實(shí)現(xiàn)正向逆向流水的功效。三、選擇器件器件名稱數(shù)量功能說(shuō)明74LS161一片計(jì)數(shù)器數(shù)碼顯示管一個(gè)顯示74LS161N的輸出結(jié)果555定時(shí)器一片構(gòu)成多諧振蕩器74LS04五片非門(mén)74LS20一片雙四輸入與非門(mén)燈泡九個(gè)顯示輸出信號(hào)D觸發(fā)器一個(gè)反轉(zhuǎn)信號(hào)(一)555定時(shí)器（1）555內(nèi)部簡(jiǎn)介：國(guó)產(chǎn)雙極型定時(shí)器CB555電路結(jié)構(gòu)圖。它是由比較器C1和C2，基本RS觸發(fā)器和集電極開(kāi)路的放電三極管TD三部分組成。VH是比較器C1的輸入端V12是比較器C2的輸入端。C1和C2的參考電壓VR1和VR2由VCC經(jīng)三個(gè)五千歐電阻分壓給出。在控制電壓輸入端VCO懸空時(shí)，VR1=2/3VCC,VR2=1/3VCC。如果VCO外接固定電壓，則VR1=VCO,VR2=1/2VCO.RD是置零輸入端。只要在RD端加上低電平，輸出端v0便立即被置成低電平，不受其他輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時(shí)必須使RD處于高電平。圖(1－2)中的數(shù)碼1—8為器件引腳的編號(hào)。圖（1－2）555定時(shí)器邏輯符號(hào)555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，只要在外部配上適當(dāng)阻容元件，就可以方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生和整形電路。圖（1－3）555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(2)基本功能當(dāng)時(shí)，，輸出電壓為低電平，VT飽和導(dǎo)通。當(dāng)時(shí)，時(shí)，時(shí)，C1輸出低電平，C2輸出高電平，，Q＝0，，飽和導(dǎo)通。當(dāng)、、時(shí)，C1、C2輸出均為高電平，基本RS觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài)不變，因此、VT也保持原來(lái)狀態(tài)不變。當(dāng)、、時(shí)，C1輸出高電平，C2輸出低電平，，Q＝1，，VT截止。555定時(shí)器功能表輸入輸出閾值輸入(vI1)觸發(fā)輸入(vI2)復(fù)位()輸出()放電管T××00導(dǎo)通11截止10導(dǎo)通1不變不變表（1）555定時(shí)器邏輯功能表（二）74LS04D：當(dāng)輸入為高電平時(shí)輸出等于低電平，而輸入為低電平時(shí)輸出等于高電平。因此輸出與輸入的電平之間是反向關(guān)系，它實(shí)際上就是一個(gè)非門(mén)。（亦稱反向器）。在一些實(shí)用的反向器電路中，為了保證在輸入低電平時(shí)三極管可靠地截止，常將電路接成圖2-1的形式。由于接入了電阻R2和負(fù)電源VEE,即使輸入的低電平信號(hào)稍大于零，也能使三極管的基極為負(fù)電位，從而使三極管能可靠地截止，輸出為高電平。當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)，應(yīng)保證三極管工作在深度飽和狀態(tài)，以使輸出電平接近于零。為此，電路參數(shù)的配合必須合適，保證提供給三極的基極電流大于深度飽和的基極電流。74LS04為六反相器，輸入是A，輸出是Y，6個(gè)相互獨(dú)立倒相。供電電壓5V，電壓范圍在4.75~5.25V內(nèi)可以正常工作。門(mén)數(shù)6，每門(mén)輸入輸出均為T(mén)TL電平（<0.8V低電平

>2v高電平）,低電平輸出電流-0.4mA,高電平輸出電流8mA。其邏輯符號(hào)、邏輯功能表、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳圖分別如下：圖1-11：74LS04的內(nèi)部結(jié)構(gòu)表（4）：74LS04功能表圖1-12：74LS04的邏輯符號(hào)圖1-13：74LS04的管腳圖（三）74LS20為雙四輸入與非門(mén)，其邏輯符號(hào)，邏輯功能表，管腳圖，內(nèi)部原理圖如下圖：74LS20是常用的雙4輸入與非門(mén)集成電路，常用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)中，他的cmos版本是74hc20,下面我給大家介紹一下這個(gè)芯片的相關(guān)資料，下面是管腳圖：

<74HC20,74ls20引腳圖>這個(gè)74LS20芯片的功能很簡(jiǎn)單，就是包含兩個(gè)4輸入與非門(mén)，內(nèi)含兩組4與非門(mén)第一組：1,2,4,5輸入6輸出。第2組：9,10,12,13輸入8輸出。74LS20功能表

ABCDY

11110

0XXX1

X0XX1

XX0X1

XXX01

<74LS20真值表>74HC20,74LS20測(cè)試:只要通過(guò)對(duì)輸入1111,0111,1011,1101,1110五項(xiàng)進(jìn)行檢測(cè)就可判斷其邏輯功能是否正常.（四）74LS161N： 構(gòu)成16以內(nèi)的任意進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器：用S0，S1，S2…，SM…SN表示輸入0，1，2，…，N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP時(shí)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。SM可以為S0，但需小于SN。對(duì)于異步置數(shù)：在輸入第N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP后，通過(guò)控制電路，利用狀態(tài)SN產(chǎn)生一個(gè)有效置數(shù)信號(hào)，送給異步置數(shù)端，使計(jì)數(shù)器立刻返回到初始的預(yù)置數(shù)狀態(tài)SM，即實(shí)現(xiàn)了SM～SN-1計(jì)數(shù)。對(duì)于同步置數(shù)：在輸入第N－1個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP時(shí)，利用狀態(tài)SN-1產(chǎn)生一個(gè)有效置數(shù)信號(hào)，送給同步置數(shù)控制端，等到輸入第N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP時(shí)，計(jì)數(shù)器返回到初始的預(yù)置數(shù)狀態(tài)SM，從而實(shí)現(xiàn)SM～SN-1計(jì)數(shù)。在TTL電路中，比較典型的D觸發(fā)器電路有74LS74。74LS74是一個(gè)邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路器件，每個(gè)器件中包含兩個(gè)相同的、相互獨(dú)立的邊沿觸發(fā)D觸發(fā)器電路。邏輯符號(hào)如右圖：（五）、D觸發(fā)器在TTL電路中，比較典型的D觸發(fā)器電路有74LS74。74LS74是一個(gè)邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路器件，每個(gè)器件中包含兩個(gè)相同的、相互獨(dú)立的邊沿觸發(fā)D觸發(fā)器電路。74LS74邏輯圖與引腳排列圖如下圖：邏輯符號(hào)真值表：DQnQn+1000010101111（六）、74LS194N：74LS194是四位通用移存器，具有左移、右移、并行置數(shù)、保持、清除等多種功能，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與邏輯符號(hào)分別如圖7-19(a)、(b)所示，功能表如表7-16所示。74LS194各引出端功能如下：D0~D3:并行數(shù)碼輸入端。Cr:異步清0端，低電平有效。SR、SL：右移、左移串行數(shù)碼輸入端。S1、S0：工作方式控制端。從其功能表和圖7-19(c)時(shí)序圖可以看出，只要Cr=0，移存器無(wú)條件清0。只有當(dāng)Cr=1，CP上升沿到達(dá)時(shí)，電路才可能按S1S0設(shè)置的方式執(zhí)行移位或置數(shù)操作：S1S0=11為并行置數(shù)，S1S0=01為右移，S1S0=10為左移，時(shí)鐘無(wú)效或雖然時(shí)鐘有效，但S1S0=00則電路保持原態(tài)。四、功能模塊(一)555多諧振蕩電路：利用555定時(shí)器組成的振蕩器去觸發(fā)計(jì)數(shù)器進(jìn)行加減計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)彩燈的往返流動(dòng)，同時(shí)同時(shí)為分頻電路提供時(shí)基信號(hào)。555多諧振蕩器時(shí)基電路圖把定時(shí)器555接成施密特觸發(fā)器后，很容易組成振蕩器。通過(guò)電阻R1和R2向電容C1充放電，循環(huán)產(chǎn)生振蕩。為了實(shí)現(xiàn)人眼分辨的燈光流水效果,必須使時(shí)鐘脈沖的周期大于人眼視覺(jué)暫留時(shí)間，即取T大于等于0.01s。取T=0.277s,R=4.7KΩ，C=4.7uF。則由式t1=0.7(R1′+2R2)C，得：R2≈47.8KΩ其產(chǎn)生的周期信號(hào)可用示波器顯示如圖：圖（2－2）：多諧振蕩器仿真波形從圖中測(cè)得輸出信號(hào)周期為0.277s，頻率為3.6HZ，可為計(jì)數(shù)器提供脈沖。(二)間歇計(jì)數(shù)電路：采用74LS161D同步加法計(jì)數(shù)器，利用555振蕩電路脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)彩燈流水基本功能，再采用74LS20與非門(mén)電路每16個(gè)狀態(tài)輸出一個(gè)高電平。模塊電路圖如下：四個(gè)輸出通過(guò)非門(mén)和AND4將輸出信號(hào)給移位寄存器SL端，工作電路：由計(jì)數(shù)器給出的信號(hào)啟動(dòng)雙向移位寄存器，使得燈泡亮起。由仿真結(jié)果可知，兩個(gè)移位寄存器可以正常工作。顯示模塊由八個(gè)燈泡的變換顯示移位寄存器的輸出結(jié)果的變換情況。五、總體設(shè)計(jì)電路圖：注：見(jiàn)大圖圖（2－8）多功能流水燈總電路圖用555定時(shí)器提供振蕩脈沖，計(jì)數(shù)器74LS161通過(guò)計(jì)數(shù)，由74LS194雙向移位寄存器，實(shí)現(xiàn)彩燈流水效果。本次試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了彩燈的流水，彩燈流水正逆向自動(dòng)變換，彩燈的間歇流動(dòng)，10秒鐘間歇一次，間歇時(shí)間為一秒，但沒(méi)有實(shí)現(xiàn)手控效果。六．課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)軟件仿真因?yàn)橹R(shí)不夠，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，未能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制流向。同時(shí)，用555計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)比較繁瑣，可用函數(shù)發(fā)生器代替。說(shuō)實(shí)話，課程設(shè)計(jì)這幾天學(xué)到的東西還真不少。以前不清楚的現(xiàn)在都暴露出來(lái)了。以前認(rèn)為學(xué)了沒(méi)用的課程現(xiàn)在也用到了。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，電子技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今世界空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說(shuō)得是無(wú)處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來(lái)說(shuō)掌握電子的開(kāi)發(fā)技術(shù)是十分重要的?；仡櫰鸫舜坞娮蛹夹g(shù)課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整五天的日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，比如有時(shí)候被一些小的，細(xì)的問(wèn)題擋住前進(jìn)的步伐，讓我總是為了解決一個(gè)小問(wèn)題而花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。最后還要查