流水灯课程设计

K3置右

数电课程设计

作品名称：流水灯 姓名： 学号： 专业班级：

系别：

摘要

电子技术实验是一门重要的实践性技术基础课程。学习本课程的目的在于能够理论联系实际，完成一定的设计任务。通过实验熟悉电工.电子技术的应用中常用的设备和电子器件，熟悉常用仪器的使用方法，培养设计集成电路的思想，同时也为今后的工作打下基础，所以作为一位大学生更要认真学好电子技术，学会学习，学会电路设计。

流水灯控制器在我们日常生活中有重要的运用，如广告牌的设计和节日彩灯的设计都能运用到它的原理。流水灯

是一串按一定的规律像流水一样连续闪亮。流水灯控制是可编程控制器的一个应用，其控制思想在工业控制技术领域也同样适用，其有很大的使用性，所以要认真学习。

目录

1 概述

1.1 设计及要求 1.2 参考电路 2 总体方案设计

2.1电路工作原理概述及相关原理图 2.2具体电路分析

3. 电路参数设置和元件选择

3.1 电路参数的设置 3.2 元件清单 4主要芯片介绍 4.1．555定时器

4.2． 74LS194移位寄存器 5 流水灯电路图 6.心得体会

7.参考文献

1 概述

1.1 设计课题及要求 （一） 题目：流水灯控制器

（二） 基本要求：1、输出纬四路LED灯；

2、要求能实现左移右移功能，左右移动可以自动切换； 3、移动速度为每秒一位；

1.2 参考电路

图1是电子流水灯控制电路的原理框图。在逻辑功能上由直流电源提东电源，由脉冲产生电路、复位电路、分频电路、以为控制电路，以及显示电路等六部分组成。

显示电路 控制电路 分频 时钟发 电源 复位 电路 生电路 电路 电路

2 主要设计思路; 电路工作原理概述：

先用555定时器用来生成时钟信号输出给两片74LS194双向移位寄存器的CLK脚，使得两芯片开始工作记时。期中74LS194为双向移位寄存器用来控制LED灯的亮与灭以及左右移动，其中LED灯在74LS194的QA,QB,QC,QD脚是

V 高电平时才导通，通过控制开关K1,K2,K3的状态来改变灯的亮与灭以及左右移CC动。

2.1.占空比可调振荡器

R1 RA 8 4 7 R2 vO 3 D 1

555 6

RB R3

5 vC 2 1

＋ 0.01? F D2 － C

四位双向移位寄存器74LS194

2.2具体电路分析

1234DDD1D2D3D4LEDLEDLEDLEDD6D7D8D9LEDLEDLEDLEDR51kR61kR71kR81kR91kR10R11R121k1k1kVCCR11KU14815141312151413CR21K7R3100K12RESETDISCHGVCC3VCCCS0SQA1CRL KSSERABL SERQDSCDS0S1QACLKSR SEROUT62THOLDCVOLTTRIGGNDCLR5R141K555C1103119011CLRR131k119011234567R4100KE1E_1uF/50VB1234567VCCABL SERQDSCDD5LEDQBQCQBQCU274LS194U374LS194B0K1KEYK2SW-SPDT0K3SW-SPDTMOM1C122OCATitleANumberRevisionSizeA4Date:File:12320-Nov-2012Sheet of C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\流水灯D - raw副本n .Bddby:4

根据上图，从555定时器的VCC输入电源，进过R2，R3,电位器R4，对电解电容E1进行充电，当充电结束后，该电容放电，通过电位器R4,R3经过555的7脚，由3脚OUT输出脉冲电流，其中：充电时间为;T1=(R2+R3+R4下半部分) ×Ce1×㏑[ (VCC－VT-)/(VCC－VT+)]=(R2+R3+R4下半部分) ×Ce1×㏑2 放电时间:T2=(R3＋R4下半部分) ×Ce1×㏑(0－VT+)/(0－VT-)=(R3＋R4下半部分) ×Ce1×㏑2.所以，电路的振荡周期为：T=T1+T2=(R2+2R3+2R4下半部分) ×Ce1×㏑2，振荡频率为f=1/T。输出脉冲的占空比为q=T1/T=﹙R2+R3+R4下半部分﹚/(R2+2R3+2R4下半部分)其中，T与q可以通过调节电位器R4来改变脉冲周期，占空比等。进而用来调节LED灯的转移速度，人眼睛对变化太快，比如时间间隔为20到30ms无法辨认，所以脉冲周期T不能太小，也不能太大。 对于555定时器，1脚接地，8脚接电源vcc，3脚为输出端，输出脉冲电流，第

6脚为高触发端，在电位接近于1/3vcc时触发，第2脚为低触发端，在小于1/3vcc时开始触发。第5脚接外部电压。第7脚在大于2/3vcc时开始工作起作用。第4脚为直接置零端，低电平有效。电解电容用于充放电，产生时间脉冲，时间延迟。

当接通电源时，vcc通过电流，流向D5，LED管，高电平工作，开始一闪一闪地亮，555定时器3脚输出时钟信号经过传输,送到74LS194的CLK脚，高电平有效，使74LS194芯片开始工作。

对于74LS194，四位双向寄存器：SR为右移串行输入，SL为 左移串行输入。A~D为并行数据输入，QA~QD为并行数据输出。SIS0为00时保持，SIS0为01时右移，SIS0为10时左移。一为高电平，一般大于3.7v，0为低电平，低于3.7v。 工作状态 CLR- SI S0 0 1 1 1 1 × × 0 0 0 1 1 0 1 1 置零 保持 右移 左移 并行输入 当U2的QA输出高电平时，送给U3的SL，开始准备左移，当U2的QD为高电平时，送给U3的SR，准备右移。当U3的QA为高电平时，送给U2的SL准备左移，当U3的QD为高电平时，送给U2的SR准备右移。

其中74LS194及U2，U3中得A,B,C,D为输入端，预置LED灯的亮灭状态，高电平时亮，低电平时灭，接地时为低电平。U2的ABCD脚都接地，所以开始工作时，灯的起始状态为灭，而U3的CD脚接电源，开始工作时，灯的起始状态为亮。

对于开关;K1,闭合时为低电平，使U2的CLR脚有效，开始清零，工作。

K2按下时为低电平使U2，U3的S0为0，K2弹出时，移向右边时，S0为高电平，当K3按下时，使U2,U3的S1置零，为低电平。S1S0为00时74LS194保持状态。当K3弹出时，移向右边时，U2，U3的S1为1，高电平，此时S1=1，当S1S0为10左移。

开关的开始状态为：K1闭合，K2闭合移向左侧，K3按下移向右侧，此时CLR与S1，S0及工作状态变化情况如下表： 开关状态 工作状态 CLR- S1 S0 K1断开 K2置左 K3置左 置零 0 0 0 K2置左 K3置右 0 0 1 K2置右 K3置左 0 1 0 K2置右 K3置左 0 1 1 K1闭合 K2置左 K3置左 保持 1 0 0 K2置左 K3置右 右移 1 0 1 K2置右 K3置左 左移 1 1 0 K2置右 K3置左 并行输入 1 1 1 当K1按下时CLR-为0，开始工作，当K1弹出时CLR-为1，U2和U3全部置零。当K2按下时，循环灯开始工作循环，当K2弹出时，循环灯暂停循环。K3为总开关，只有K3按下时灯才能开始循环流动。

3电路参数设置和元件介绍 3.1 电路参数的设置

电阻设置情况和器件的设置都跟原器件提供一致。 3.2 元件清单 电子元件清单 序号 名称 规格 数量 1 555占空比可555 1 调震荡器 2 移位寄存器 74LS194 2 3 灯管 4 电阻 5 电阻 6 电位器 7 瓷片电容 8 电解电容 9 电位开关 10 电位开关

4 .主要芯片介绍 1.555定时器

LED 100k 1k 100k 103 1uf/50v SW-SPDT key 8 1 12 1 1 1 2 1 单位 个 个 个 个 个 个 个 个 个 个

其工作原理：

它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和

21低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为Vcc和Vcc。C1和C2的输出端

332控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过Vcc时，触发器

3复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2

1脚输入并低于Vcc时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关

3管截止。

RD是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接Vcc。

2 Vcc是控制电压端（5脚），平时输出Vcc作为比较器A1的参考电平，当5

3脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控

制，在不接外加电压时，通常接一个0.01?F的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路. 555电路的引脚功能

——TR 触发 1?Vcc 3 TH 阈值 2>Vcc 3—R 复位 DIS 放电端 OUT 输出 H 导通 L 1?Vcc 32?Vcc 3H 原状态 1?Vcc 3 × H 截止 H × × L 导通 L

2..74LS194

1

S0

CrCP11R1RDC11S≥1&1Q0Q1Q2Q3R1RDC11S≥1&≥1&R1RDC11S≥1&R1RDC11S11S1SRD0D1(a)CPS0S1CrQ0Q1Q2Q3CrS174LS194S0CPSRD0D1D2D3SLSRSLD0D1D2D3Q0Q1Q2Q3D2D3SLCPHL(b)清送除数右移(c)左移禁止清除

74LS194是四位通用移存器，具有左移、右移、并行置数、保持、清除等多种功能，其内部结构与逻辑符号分别如图 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: 并行数码输入端。 Cr: 异步清 0 端，低电平有效。

SR、SL：右移、左移串行数码输入端。 S1、 S0： 工作方式控制端。

从其功能表和图7-19(c)时序图可以看出，只要Cr=0，移存器无条件清 0。只有当Cr=1，CP上升沿到达时，电路才可能按S1S0设置的方式执行移位或置数操作：S1S0=11为并行置数，S1S0=01为右移，S1S0=10为左移，时钟无效或虽然时钟有效，但S1S0=00 则电路保持原态。

5.流水灯电路图

1234DDD1D2D3D4LEDLEDLEDLEDD6D7D8D9LEDLEDLEDLEDR51kR61kR71kR81kR91kR10R11R121k1k1kVCCR11KU14815141312151413CR21K7R3100K12RESETDISCHGVCC3VCCCS0SQA1CRL KSSERABL SERQDSCDS0S1QACLKSR SEROUT62THOLDCVOLTTRIGGNDCLR5R141K555C1103119011CLRR131k119011234567R4100KE1E_1uF/50VB1234567VCCABL SERQDSCDD5LEDQBQCQBQCU274LS194U374LS194B0K1KEYK2SW-SPDT0K3SW-SPDTMOM1C122OCATitleANumberRevisionSizeA4Date:File:12320-Nov-2012Sheet of C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\流水灯D - raw副本n .Bddby:4

6.心得体会

设计实验时要弄清楚原理，各种运放的工作原理及管脚的作用及工作条件，调试时，根据理论与实验电路板的工作状态来判断设计思路是否错误，如有错误将反复进行调试，通过万用表观察电位的高低变化，高电平为一，一般大于3.7V，低电平为0，一般低于3.7v。适当条件时更换电阻及电容或电位器的阻值来达到最好的电路效果，实验前要复习好模电，数电还有protel以及仿真软件的知识，使实验设计更加完好，正确。通过对本课件的制作，清楚地看到了自己的知识薄弱的方面，各个知识点没有联会贯穿，有些芯片的掌握不够准确。

在做此课件的过程中，充分体会到了实际操作的重要性。如果没有同学的指点，可能自己会在一些地方打转弯，浪费掉很多时间。通过这次课程设计，可以很好的把各个章节的模块融合到一起，对以后的学习，设计很有帮助。 接下来要认真复习相关的专业书，认真学好电路的设计，学好电子这个专业。谢谢同学们和老师的帮助与指点，我会更加努力，刻苦学习的。

7．参考文献

《数字电子技术基础》第五版阎石 《模拟电子技术基础》第四版童诗白

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3wk3.html