數(shù)字電路循環(huán)花燈課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　專 業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程班 級(jí)姓 名</p><p>　設(shè) 計(jì) 起 止 日 期</p><p>　設(shè)計(jì)題目：數(shù)字電路循環(huán)花燈</p><p>　設(shè)計(jì)任務(wù)（主要技術(shù)參數(shù)）：在課程設(shè)計(jì)中我將選用，555定時(shí)器，74LS161芯片，74LS194芯片，LED燈，以

2、及若干電阻導(dǎo)線，去完成數(shù)字電路循環(huán)花燈的設(shè)計(jì)。先用555定時(shí)器用來生成1s標(biāo)準(zhǔn)單位cp脈沖，把脈沖給計(jì)數(shù)器74LS161，通過74LS161形成模5加法計(jì)數(shù)器，再將74LS161輸出信號(hào)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(jì)數(shù)器。如此應(yīng)該就能實(shí)現(xiàn)基本的電路要求。</p><

3、;p>　指導(dǎo)教師評(píng)語：成績： 簽字：年 月 日</p><p>　　1 課程設(shè)計(jì)背景及目的</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)的目的是進(jìn)一步掌握數(shù)字電路課程所學(xué)的理論知識(shí)，熟悉幾種常用集成數(shù)字芯片的功能和應(yīng)用，并掌握其工作原理，進(jìn)一步學(xué)會(huì)使用其進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，學(xué)會(huì)科學(xué)分析和解決問題。培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和實(shí)事求是的工作態(tài)度。</

4、p><p>　　電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是一門重要的實(shí)踐性技術(shù)基礎(chǔ)課程。開設(shè)本課程的目的在于使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，在老師的指導(dǎo)下完成大綱規(guī)定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。</p><p>　　通過實(shí)驗(yàn)熟悉電工.電子技術(shù)的應(yīng)用中常用的設(shè)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、繪制曲線、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方法，從而開發(fā)學(xué)生分析問題或解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，實(shí)事求是的科學(xué)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(jì)律、團(tuán)結(jié)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(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。 </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(gè)應(yīng)用，其控制思想在工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域也同樣適用。循環(huán)控制可用多種方法實(shí)現(xiàn)，但對(duì)現(xiàn)代可編程控制器而言，利用移位寄存器實(shí)現(xiàn)最為便利。通常用左移寄存器實(shí)現(xiàn)燈的單方向移動(dòng)；用雙向移位寄存器實(shí)現(xiàn)燈的雙向移動(dòng)。&#

6、160;</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)方案論證 </b></p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)思路：</b></p><p>　　利用555時(shí)鐘芯片產(chǎn)時(shí)鐘脈沖，一片74LS161產(chǎn)生分頻脈沖，兩片74LS161用于計(jì)數(shù)，最后用兩片74LS194寄存器實(shí)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(gè)受控制的輸出端，通過輸出8個(gè)有規(guī)律的信號(hào)以達(dá)到控制8個(gè)LED燈的目的。 選擇不同的芯片和不同的連接方式都會(huì)產(chǎn)生不同的控制信號(hào)并產(chǎn)生不同的花樣燈。</p><p>　　先用555定時(shí)器用來生成1s標(biāo)準(zhǔn)單位cp脈沖，把脈沖給計(jì)數(shù)器74LS161，通過74LS161形成模5加法計(jì)數(shù)器，再將74LS161輸出信號(hào)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(jì)數(shù)器。就能實(shí)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(shè)計(jì)內(nèi)容：</b></p><p>　　2.2.1 555定時(shí)器：</p><p>　　555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)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(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。</p><p>　　它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)5K歐姆的等值

10、串聯(lián)分壓電阻（555定時(shí)器的名稱也由此而得），一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3</p><p>　　555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)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(dāng) 5 腳懸空時(shí)，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(shí) 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(shí)器的功能表</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)中應(yīng)用：<

12、/b></p><p>　　時(shí)鐘發(fā)生電路由一片555時(shí)鐘芯片、兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容組成。通過調(diào)整電阻和電容的大小可以改變時(shí)鐘發(fā)生的頻率，時(shí)鐘輸出引腳為第3引腳。此處設(shè)定的時(shí)鐘頻率為1Hz，即一秒鐘發(fā)出一個(gè)高電平脈沖。</p><p>　　圖2 時(shí)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(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，它可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)中實(shí)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(jì)數(shù)器電路應(yīng)用</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)中應(yīng)用：</b></p&g

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

15、，其邏輯符號(hào)及引腳排列如下圖所示：         </p><p>　　圖6 74LS194邏輯符號(hào)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(shí)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(gòu)成環(huán)形計(jì)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(jìn)行循環(huán)移位，如圖3所示。設(shè)初態(tài)為Q3Q2Q1Q0=1000，則在CP作用下，模式設(shè)為右移，輸出狀態(tài)依次為：</p><p>

17、;　　下圖電路是一個(gè)有四個(gè)有效狀態(tài)的計(jì)數(shù)器，這種類型計(jì)數(shù)器通常稱為環(huán)形計(jì)數(shù)器。同時(shí)輸出端輸出脈沖在時(shí)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(jì)數(shù)器</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)中應(yīng)用：</b></p><p>　　右移電路由兩片74LS194組成。每一片74L

18、S194可以實(shí)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(gè)8位的移位器，并可實(shí)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(gè)LED燈右端接一個(gè)18

19、0歐的電阻并接地，只要輸入端為高電平即可點(diǎn)亮LED燈</p><p>　　圖10 八路LED燈</p><p><b>　　3設(shè)計(jì)結(jié)果與分析</b></p><p><b>　　3.1仿真結(jié)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(jié)果：</b></p><p><b>　　1s時(shí)</b></p><p>　　圖12 仿真結(jié)果1</p><p><b>　　3s時(shí)</b></p><p>　　圖13 仿

21、真結(jié)果2</p><p><b>　　5s時(shí)</b></p><p>　　圖14 仿真結(jié)果3</p><p>　　3.2結(jié)合仿真結(jié)果說明</p><p>　　通過Proteus仿真軟件進(jìn)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(shí)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(hào)名字上也有相似的地方，例如譯碼器74LS138與74ALS138，而在設(shè)計(jì)電路插入有的類似的元件時(shí)，最后可能不能經(jīng)仿真處理，因?yàn)橛械脑强梢詮膸炖镎{(diào)出來的，但是它不能用于仿真，所以在出現(xiàn)相應(yīng)的錯(cuò)誤信息時(shí)，應(yīng)調(diào)整相應(yīng)所需的元件。</p><p><b>　　4 設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)主要

23、是運(yùn)用數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)的一些相關(guān)知識(shí)，在整個(gè)實(shí)習(xí)過程中，都離不開對(duì)數(shù)字電路課程知識(shí)的再學(xué)習(xí)。我在最開始，就先將實(shí)習(xí)用到的知識(shí)通過翻閱數(shù)電書回顧了一遍（這也是對(duì)這門課的復(fù)習(xí)，給以后的復(fù)習(xí)備考減少了很多負(fù)擔(dān)），這樣的回顧讓我對(duì)知識(shí)的理解更加透徹，對(duì)后來的快速設(shè)計(jì)起了很好的鋪墊作用。而且還參考了數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，關(guān)于芯片的引腳里面有清晰的描述。學(xué)會(huì)用電路板、芯片、導(dǎo)線等組裝各種功能的電路；</p><p>　　通過這

24、次的課程設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)，只有理論上的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，它需要更多的搭建實(shí)物或是軟件仿真，因?yàn)橥碚撨\(yùn)用在實(shí)際中的實(shí)現(xiàn)是存在很多的問題及誤差的。 在連接實(shí)物圖時(shí)，先以為只要我們按照經(jīng)仿真過的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求。但事實(shí)上是，實(shí)物中需要考慮的因素很多：連接前導(dǎo)線、芯片是否能夠正常工作；面包板上錯(cuò)綜的導(dǎo)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(dǎo)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(shí)現(xiàn)，這與我們的數(shù)電設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)類似，接線的復(fù)雜等原因，使得我們?cè)跈z測(cè)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(dāng)時(shí)的運(yùn)用也只是插些導(dǎo)線和電阻電容之類的，用了電路板的很小部分。這次的實(shí)習(xí)中應(yīng)用了整塊板子，實(shí)習(xí)后對(duì)電路板的組成完全了解了，并能熟練運(yùn)用。實(shí)習(xí)中通過對(duì)電路

26、的連接也懂得了如何通過設(shè)計(jì)的分析對(duì)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(dǎo)線的連接上，如何選擇導(dǎo)線走向是關(guān)鍵，我們應(yīng)該盡量保證所連電路的簡(jiǎn)捷，寧短勿長，合理布線。</p><p><b>　　5參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 孫余凱主編.數(shù)字集成電路實(shí)用技術(shù).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(cè)器[J].電子技術(shù)應(yīng)用.1991年第9期 </p><p>　　[3] 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].高等教育出版社，1997. </p><p>　　[4] 華中科技大學(xué)電子技術(shù)課程組 電子技術(shù)基礎(chǔ)[M ].高等教育出版社. 2005年07月 </p><p>　　[5] 吳慎山.