彩灯循环控制电路的设计与制作

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

目录

摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I I 1设计任务及要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１ 2方案设计与认定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

2.1方案设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

2.1.1设计方案一．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 2.1.2设计方案二．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 2.2 方案的比较和认定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 3 单元电路的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

3.1脉冲发生电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 3.2 移位寄存器电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 3.3 彩灯电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 4 整体电路图和工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 5 调试记录及结果分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

5.1调试记录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

5.1.1调试步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 5.1.2调试中发现的问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 5.2 调试结果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 附录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

附录1 器件表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 附录2 芯片资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

附录2.1 74LS194的芯片资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 附录2.2 555的芯片资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

I

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

摘要

多组彩灯按照一定的顺序循环点亮的电路具有很高的观赏性，在生活中有着很广泛的应用，例如广告牌，霓虹灯等。

本次课程设计以已经学到的专业知识为基础，用简单的数字逻辑电路来实现8个彩灯的左移、右移、全亮、全灭等多种点亮方式。与生活中的实际应用紧密相关。

本文就本次课程设计的设计框图、设计电路图、单元电路图、工作原理、所用器件、电路调试等方面来进行介绍，最后对本次课程设计进行了总结。

关键词：彩灯 循环 数字逻辑电路

II

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

彩灯循环控制电路的设计与制作

1. 设计任务及要求

1）8个彩灯能够自动循环点亮。 2）彩灯循环显示且频率快慢为1S。

选作：设计具有控制彩灯左移，右移，全亮及全灭功能的电路。

1

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

2方案设计与认定

2.1方案设计

2.1.1 设计方案一：

根据实验要求，使用计数器来实现循环，设计电路使其可实现以下功能： 1）彩灯右移依次点亮的循环：0000-0001-0010-0011-0100-0101-0110-0111； 2）彩灯左移依次点亮的循环：1000-0111-0110-0101-0100-0011-0010-0001； 3）彩灯全灭功能。

本设计方案的设计框图如图1所示，根据设计框图，各单元电路选用器件为： 1）脉冲产生电路：选用NE555定时器组成的多谐振荡器可以产生频率为1Hz的脉冲。 2）十进制计数器：由一片74LS192来实现计数功能。

3） 3-8线译码电路：由一片74LS138来实现译码功能，同时其输出端通过非门和彩灯相连。

图1 设计方案一的设计框图

按上述进行设计，设计图如图2所示：

循环控制电路 脉 冲 产 生 电 路 十进制计数器 彩灯电路 3-8线译码电路 2

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

图2 设计方案一原理图

2.1.2设计方案二

据设计要求，使用移位寄存器来实现循环，设计电路使其可实现以下功能： 1）彩灯右移依次点亮：10000000－01000000－00100000－00010000－00001000－00000100－00000010－00000001；

2）彩灯左移依次点亮：10000000－00000001－00000010－00000100－00001000－00010000－00100000－01000000；

3

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

3）彩灯全亮：11111111； 4）彩灯全灭：00000000。

本设计方案的设计框图如图3所示，根据设计框图，各个单元电路选用的器件为： 1）脉冲发生电路：选用NE555定时器组成的多谐振荡器可以产生频率为1Hz的脉冲。 2）移位寄存器电路：选用两片74LS194来构成8位的移位寄存器电路，通过CP脉冲使其实现左移、右移，从而使彩灯左移、右移循环点亮。

脉冲发生电路 移位寄存器电路 彩灯电路

图3 设计方案二的设计框图

按上述设计电路，设计电路图如图4所示：

2.2 方案的比较和认定

从可实现功能方面考虑，经过仿真，方案一和方案二都能完成设定的功能。但是，方案一没有使灯全亮的功能，而方案二有该功能。

从电路的耗材方面考虑，方案二的电路用的集成电路块数较少，比较节省器件。 综合以上考虑，方案二能够实现的功能多，而且电路较简单，所以决定采用设计方案二。

4

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

图4 设计方案二原理图

5

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

3单元电路的设计

3.1脉冲发生电路

多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源以后，不需要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲。

555定时器是一种多用途的数字——模拟混合电路，由于它使用灵活、方便，利用它能既方便地构成多谐振荡器，所以决定用NE555来构成多谐振荡器，来产生1HZ的脉冲。

用555定时器接成多谐振荡器，即将555的2、6端并联，再与RC构成的充放电电路的串联点连接，将7端接到放电点。

输出信号的时间参数是： T=（R9+2R10）*C*ln2 参数选择如下：R9=600K，R10=200K,，C=1uF 则得到的脉冲的频率为f=1/T=1.03Hz 该频率可满足实验要求。

用NE555构成可产生1Hz脉冲的多谐振荡器的原理图如图5所示：

图5 脉冲发生电路原理图

3.2移位寄存器电路

移位寄存器除了具有存储代码的功能外，还具有移位功能。即在其内存储的代码能在移位脉冲的作用下依次左移或右移。

74ls194是4位双向移位寄存器，它具有并行输入、并行输出、左移和右移的功能。利用两片74LS194可以构成八位的移位寄存器。

用74ls194设计的移位寄存器电路的原理图如图6所示：

6

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

图6 移位寄存器电路原理图

将左边一片的Q3、Q0分别作为右边一片的ＳＲ、ＳＬ，将右边一片的Ｑ0、Ｑ3分别作为左边一片的ＳＬ、ＳＲ，可以实现8盏灯的左移和右移的循环。

3.3彩灯电路

8盏灯分别与两片74LS194的8个输出端连接，同时考虑到放光二极管的工作电压，所以接了8个保护电阻R1~R8。当74LS194的任意一个输出端输出的为高点平时，与其相连接的发光二极管点亮。

彩灯电路的设计原理图如图7所示：

7

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

图7 彩灯电路原理图

8

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

4 整体电路图和工作原理

由上述单元电路图构成了整体电路图如图8所示：

图8 整体电路原理图

9

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

工作原理：

1）左移循环点亮：sw6打向高电平，sw1打向高电平，sw4打向低电平，sw2、sw3均打向高电平，进行置数，这时只有D1亮，将sw3打向低电平，彩灯开始向左循环点亮。

2) 右移循环点亮：sw6打向高电平，sw1打向高电平，sw4打向低电平，sw2、sw3均打向高电平，进行置数，这时只有D1亮，将sw2打向低电平，彩灯开始向左循环点亮。

3）全亮：sw1、sw2、sw3、sw4、sw6均打向高电平，则8盏彩灯全亮。

4）全灭：sw6打向低电平；或者sw1、sw4打向低电平，sw2、sw3、sw6均打向高电平。这两种方法均可以是8盏灯全部熄灭。

10

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

5调试记录及结果分析

5.1调试记录

由于器件性能，连接电路时的人为因素，以及环境的影响等，连接好的电路往往要经过调试才能实现要求的功能。

5.1.1调试步骤

1）检查电路

组装好电路，然后对照原理图，按照每个单元电路的顺序逐级对电路经行检查，看连线是否正确。特别是要注意电源是否接错，是否短路，电解电容的极性是否接反等。

2）通电观察

在调好所需的电源电压值，并确定电路电源端没有短路的情况下，给电路通电。然后观察是否有异常现象，如冒烟、放电的电光等，若有，则马上切断电源，排除故障。然后，测量每个集成块的电源引脚电压是否正常，以确信集成电路是否已通电工作。

3）断开各开关进行调试

在各个工作开关断开的情况下用一个发光二极管检测脉冲信号的输出,看是否正常，如果存在问题，查找出原因并解决。

4）操作开关进行调试

根据电路的工作原理，通过控制各个开关的闭合和断开来观察显示结果是否正确，如果存在问题继续调试。调试结束后观察调试后的结果是否符合设计要求。

5.1.2调试中发现的问题

在调试中发现最右边三盏灯在输入为低电平的情况下发光，经过检测后发现与其对应的三个输入端的线与开关的连接不牢固。经过调节后排除了故障。

5.2调试结果

经过调试后的电路可以正确实现8盏灯全亮、全灭、左移循环点亮和右移循环点亮等设计任务中要求实现的内容。电路达到了设计要求。

11

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

总结

本次课程设计是运用已经学过的课程的知识，来完成一个在生活中有很高的实用价值

的设计任务。通过本次课程设计，对学过的知识有了进一步的理解，同时看到了平时所学的知识和实际应用是有很大联系的。

在本次设计中，虽然完成了设计任务中的要求，但是因为设计的电路很简单，没有一些附加的功能，降低了电路的综合性。同时使用的集成芯片是大多数人都会选择的，没有对学习中不常见，但是功能更优越的集成芯片进行学习和应用。

通过本次课程设计，我明白了在设计的时候整体的思路是很重要的，理顺自己的思路，明白自己是要用什么来设计一个什么样的电路，将要设计的电路明确地划分成各个单元电路，会大大的降低设计的难度，然后要将集成芯片和自己要实现的功能相结合。同时有些设计和仿真没有问题的电路在制作成实物后却不能很好地实现功能，说明理论和现实的作品是有一定差距的，在设计的时候要考虑方案的优化和可行性。

通过本次课程设计，我还明白了团队的合作是很重要的。在做设计时，要注重组员之间的配合，大家要多讨论，得到最佳的方案。同时在和他人合作时，要多学习掌握他人设计时好的思路和方法。这样才能取长补短，在课程设计中学习更多的东西。

本次课程设计让我了解到，课上学习时觉得不难的东西，现在要付诸实践却是很不容易的。这也提醒我自己在以后的学习中要多和实际相结合，实现学习的真正目的。

12

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

参考文献

[1] 阎石.数字电子技术基础.第五版.高等教育出版社,2006. [2] 伍时和.数字电子技术基础.清华大学出版社,2009. [3] 何希才.常用电子电路应用365例.电子工业出版社,2006.

[4] 梁宗善.新型集成电路的应用――电子技术基础课程设计.华中科技大学出版社,1999.

[5]康华光.电子技术基础.数字部分(第五版).高等教育出版社.2006

13

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

附录

附录1 器件表

表1 器件表

元件名称 74LS194 NE555 数值 220Ω 电阻 200KΩ 600KΩ 电容 发光二极管 开关 面包板 导线 0.01μF 1μF 1 1 1 1 8 5 1 若干

个数 2 1 8 备注

附录2 芯片资料

附录2.1 74LS194的芯片资料

74LS194 的管脚图如图9所示：

其中，SR为数据右移串行输入端（先输高位，再输低位）； SL为数据左移串行输入端（先输低位，再输高位）； D0~D3为数据并行输入端； Q0~Q3为数据并行输出端； S0、S1为控制端；

CR＇为复位端（异步清零）。

14

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

图9 74LS194管脚排列图

74LS194的功能表如表2所示:

表2 74LS194的功能表

15

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

附录2.2 555定时器的芯片资料

555定时器的内部结构图如图10所示：

图10 555集成电路内部结构图

555定时器的符号图如图11所示：

图11 555集成电路的符号图

16

武汉理工大学《电子电工技术》课程设计说明书

555定时器的功能表如表3所示：

表3 555集成电路的逻辑功能表为

17

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