流水灯课程设计

“比较完美

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课程设计任务书

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摘要

电子技术实验是一门重要的实践性技术基础课程。开设本课程的目的在于使学生理论联系实际，在老师的指导下完成大纲规定的实验任务。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，掌握正确记录.处理实验数据、绘制曲线、分析实验结果的方法，从而开发学生分析问题或解决问题的能力，培养学生具有严谨的工作作风，实事求是的科学态度，刻苦钻研、勇于探索和创新的开拓精神以及遵守纪律、团结协作和爱护公物的优良品质，为今后从事专业科研工作和工程技术工作打下良好的基础。

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。

流水灯控制可用多种方法实现，但对现代可编程控制器而言，利用移位寄存器实现最为便利。通常用左移寄存器实现灯的单方向移动；用双向移位寄存器实现灯的双向移动。

要求红黄绿三种颜色的灯在时钟信号作用下按以下规律转换状态。电路启动后，要求红黄绿三种颜色的灯在脉冲作用下顺序，循环点亮。红黄绿灯每次亮的时间分别为5秒，5秒，10秒。

关键词：流水灯 74LS161计数器 74LS194移位寄存器

CC7555定时器 自启动 红黄绿三种颜色的灯在脉冲作用下顺序，循环点亮。红黄绿灯每次亮的时间分别为5秒，5秒，10秒。

目录

1 概述………………………………………………………………………………2 1.1 主要功能………………………………………………………………………2

2 总体方案设计……………………………………………………………………2 2.1设计要点………………………………………………………………………2 2.2 功能图………………………………………………………………….….…2

3 单元模块设计……………………………………………………………………3 3.1 单位脉冲电路设计…………………………………………………………3 3.2 5s为单位脉冲电路设计……………………………………………………4 3.3移位寄存电路设计…………………………………………………………5

4 电路参数设置和元件选择………………………………………………………6 4．1 电路参数的设置…………………………………………………………6 4．2 元件清单…………………………………………………………………6

5主要芯片介绍

5．CC7555定时器………………………………………………………………6 5．74LS161计数器………………………………………………………………7 5． 74LS194移位寄存器………………………………………………………8

6流水灯电路图……………………………………………………………………10

7.心得体会…………………………………………………………………………11

8.参考文献…………………………………………………………………………11

10 附录……………………………………………………………………………11

1 概述

1.1设计主要功能：

要求电路开启后，红黄绿三种颜色的灯在时钟信号作用下按以下规律转换状态。电路启动后，要求红黄绿三种颜色的灯在脉冲作用下顺序，循环点亮。红黄绿灯每次亮的时间分别为5秒，5秒，10秒。

2 系统总体方案设计 2.1设计要点：

流水灯的总体框架图如下图所示，其工作过程是：接通电源时，555占空比可调振荡器产生1s单位的脉冲，脉冲送到下一个模块74LS161计数器，目的实现模5计数器，达到每五秒生成一个脉冲输向下一个芯片74LS194移位计数器。进而红黄绿三灯在脉冲的作用下依次点亮，并实现循环，完成实验要求。

2.2 功能启动图……… 开启电路

555占空比可调振荡器

74LS161计数器

74LS194移位计数器

红黄绿三灯实现循环

3 单元模块设计 单位脉冲设计电路

工作原理：

先用555定时器用来生成1s标准单位cp脉冲，把脉冲给计数器74LS161，通过74LS161形成模5加法计数器，再将74LS161输出信号供给74LS194，74LS194移位寄存器输入端置位1000，Q 0接红灯，Q1接黄灯并把Q2和Q3接一个异或门再连到一个绿灯，把74LS194接成环形计数器。就能实现基本电路要求。

1.占空比可调振荡器

VCC R1 R A8 4 7 R2 vO 3 D1 555 6 RB R3 5 vC 2 1

＋ 0.01 F D2 － C

把它接成占空比可调振荡器 VCC=,RA=714,RB=714,C=1uf

实现单位1s的脉冲cp，将它输出的脉冲加到74LS161的cp端

2.5s为单位的脉冲设计电路

74LS161

目的实现模5计数器，达到每五秒生成一个脉冲输向下一个芯片

实现模5计数器，用它的后五个状态，把D0D1D2D3预置到1011端，OC与通过非门于LD相连， CO端输出到下一个芯片74LS194的cp端。

3.移位寄存设计电路

74LS194

目的：用其输出端对三个彩灯分别进行循环循环控制

把CR接高电平，SR接到Q3端，实现环形计数器，D0D1D2D3预置1000，SL置空, Q0接红灯Q1接黄灯Q2和Q3通过一个或非门接一个绿灯，CP接上一个芯片来的脉冲，要实现开启电路时红灯亮，还要向电路送数，Q0 Q1 Q2 Q3通过同或门接到S1端，S0接高电平，当开启电源时，Q0 Q1 Q2 Q3通过同或门向S1端输入高电平，达到S1 S0都为高电平，这样就像芯片送数1000，红灯亮，这是Q0 Q1 Q2 Q3通过同或门向S1送低电平，这时芯片就会1000→0100→ 0010→ 0001→1000→0100→0010→0001实行循环，这样三个灯就会在5s为单位的脉冲控制下依次点亮并循环。

4 电路参数设置和元件介绍 4.1 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。 4.2 元件清单 电子元件清单 序号 名称 规格 数量 1 555占空比可CC7555 1 调震荡器 2 计数器 74LS161 1 3 移位寄存器 74LS194 1 4 异或门 5 同或门 6 红。黄。绿灯 7 与门 8 与非门 9 电阻 10 二极管 11 电容 12 与非门

5 .主要芯片介绍 1.555定时器

74LS86 HCC4077B LED AND NAND RES2 DIODE CAP NAND 1 3 3 2 1 2 2 2 2 单位 个 个 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 Vco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 31Vcc 31Vcc 3 TH 阈值 2>Vcc 32Vcc 3—R 复位 H DIS 放电端 导通 OUT 输出 L H 原状态 × × H 截止 H ×

2.74LS161

L 导通 L 构成16以内的任意进制加法计数器： 用S0，S1，S2…，SM…SN表示输入0，1，2，…，N个计数脉冲CP时计数器的状态。SM可以为S0，但需小于SN。

对于异步置数：在输入第N个计数脉冲CP后，通过控制电路，利用状态SN产生一个有效置数信号，送给异步置数端，使计数器立刻返回到初始的预置数状态SM，即实现了SM～SN-1计数。

对于同步置数：在输入第N－1个计数脉冲CP时，利用状态SN-1产生一个有效置数信号，送给同步置数控制端，等到输入第N个计数脉冲CP时，计数器返回到初始的预置数状态SM，从而实现SM～SN-1计数。

3.74LS194

Q0Q1Q2Q3

Cr1 CP1

RRRR1RD1RD1RD1RD

C1C1C1C1

1S1S1S1S

≥1≥1≥1≥1

&&&& 1 1 11 S0S1SRD0D1D2D3SL

(a)

CP S0 S1Cr

SR Q0Q1Q2Q3SLCS1 r74LS194D0HS0CPCPL D1SRD0D1D2D3SL D2D3 Q0 Q1(b)Q2

Q3

清送右移左移禁止清除 除数 (c)

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。

6流水灯电路图

7.心得体会

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。

8．参考文献

《数字电子技术》江晓 西安电子科技大学出版社

《数字电路与逻辑设计》 曹国清 江苏徐州 中国矿业大学

9.附录

本实验设计方法只是众多方法中的一种，比如计数器可以用74LS190，74LS169D等，如果以后学到单片机时也可以用单片机完成。