1、電工電子設計 學 號： 課 程 設 計學 院專 業班 級姓 名指導教師年月日目錄1設計意義與要求11.1設計意義11.2設計要求12方案設計22.1設計思路22.2設計框圖22.3方案設計32.4方案比較43部分電路設計63.1 74LS194移位寄存器63.2脈沖數出電路73.3四輸入與非門（74HC4002）94 調試與檢測114.2 調試與運行結果11結束語（體會與總結）12參考文獻131設計意義與要求1.1設計意義 自動控制的出現，使靜態的燈變成動態起來，增添了世界的活力。而作為現代大學生，實踐動手能力尤為重要，通過本次課程設計，用利于我們運用所學知識，做到學以致用，讓我們不止局限于課

2、本理論知識。通過這次設計我對74系列的一些芯片的運用有了更深的理解，鍛煉了自己的思維能力使自己對課本學的知識得到更深的理解與運用。1.2設計要求1）現有12只彩燈，紅綠藍紅綠藍紅綠藍紅綠藍排成一條直線，試設計一控制電路，要求彩燈能實現如下追逐圖案；2）紅綠2種燈從前往后驅動點亮閃爍，每05秒往前進一步；3）藍燈從后往前驅動點亮閃爍，每05秒進一步； 4）霓虹燈控制工作狀態按照上述2至3步自動重復循環，另外，還可以自行編制各種彩燈追逐圖案。5）嚴格按照課程設計說明書要求撰寫課程設計說明書。2方案設計2.1設計思路1. 根據課程設計要求：以0.5秒為一個脈沖，需要產生一個脈沖源，可以用555定時器

3、構成多諧振蕩器電路，利用合適的電阻和電容產生2HZ的方波。2. 根據課程設計要求：紅綠燈從前往后依次亮，黃燈從后往前亮，并且同步發生，可以用一個芯片同時接到燈擺放的順序為紅綠黃一組，共四組的電路上。3. 根據課程設計要求：要實現整個電路的循環，須利用產生的信號到某一步后反饋使芯片清零使整個電路的工作狀態重置。2.2設計框圖控制燈的熄滅4位環形計數器方波脈沖發生器控制輸入恒定為0001字符串信號接收脈沖信號，上升沿觸發，使信號右移信號為1000時反饋清零，電路重置2.3方案設計2.3.1 設計方案一電路圖 圖1 個人霓虹燈控制設計電路 本電路是由555定時器組成2HZ的脈沖信號，通過一個與門U2

4、來控制整個電路的開關。在正常工作狀態下，脈沖信號連接74LS194的CP，使芯片在上升沿觸發，構成同步時序邏輯電路。計數器工作之前應先進行置數。置成0001。S0為1，與非門74HC4002來控制S1的高低電位，以實現芯片的右移和重新置數功能。通過開關控制使能端MR的高低電位以實現芯片的開關，MR=0時，兩個觸發器均被復位，寄存器內寄存的全部數據均被清零。只有MR=1時，寄存器才能正常工作。2SR用來輔助芯片完成置數。通過芯片74LS194中的Q0，Q1，Q2，Q3分別來控制12盞以紅綠黃為一組的燈的亮滅，芯片的Q0，Q1，Q2，Q3依次為高電位，使燈以紅綠藍為一組依次亮滅。這樣就能完成設計要

5、求。2.3.2小組設計方案二電路圖本電路是由555定時器組成2HZ的脈沖信號，在正常工作狀態下，脈沖信號連接74LS194的CP，使芯片在上升沿觸發。計數器工作之前應先進行置數。置成0001。S0,MR為1。通過開關控制使能端S1的高低電位以實現芯片的重新置數和右移。S1=1時，觸發器均被復位重新置數為0001。只有S1=0時，寄存器才能正常工作,有右移功能。2SR做為Q3的反饋端，輔助芯片置數。通過芯片74LS194中的Q0，Q1，Q2，Q3分別來控制12盞以紅綠藍為一組的燈的亮滅，芯片的Q0，Q1，Q2，Q3依次為高電位，使燈以紅綠藍為一組依次亮滅。這樣就能完成設計要求。2.4方案比較 我

6、設計的方案與小組設計的基礎方案比較：由于開關控制的相當于一個產生低點位的裝置，所以我的方案將芯片的MR接到開關處，以實現燈的全滅和芯片的清零。與小組的直接接高位信號而導致關閉開關后燈依然會亮且打開后電路不能清零。但小組的直接將脈沖源接到芯片上，而且少了芯片74HC4002的運用，還有器材也很少，雖然有點小缺陷，但總的來比較的話，兩種方案的思路是不同的，所用的元器件也是不相同。相對而言小組方案跟簡單些用得芯片更少。有利于節省成本。123部分電路設計3.1 74LS194移位寄存器74LS194是一種功能比較齊全的4位雙向移位寄存器。它具有清除，保持，并行輸入，右移位串行輸入和左移位串行輸入數據等

7、五種功能。如表功能圖。74LS194功能表功能輸 入輸 出MRS1S0CLKSLSRD0D1D2D3Q0Q1Q2Q3清除0×××××××××0000保持1×××××××××保 持100×××××××置數111××d0d1d2d3d0d1d2d3右移101×1××××1Q0nQ1n

8、Q2n101×0××××0Q0nQ1nQ2n左移1101×××××Q1nQ2nQ3n11100×××××Q1nQ2nQ3n0 MR是清零端； CLK是脈沖輸入端； S0，S1是工作狀態控制端； SL是左移時的串行輸入端； SR是右移時的串行輸入端； Q0,Q1,Q2,Q3是并行輸出端； D0,D1,D2,D3是并行輸入端； 控制端M0，M1的四種狀態，決定移位寄存器的四種工作狀態:M1=MO=0時或CLK=0，移位寄存器“禁止操作，輸出端輸出保持

9、不變；M1=M0=1時，并行數據輸入端D0,D1,D2,D3的數據在CLK脈沖上升沿作用下，置入移位寄存器，并在輸出端Q0,Q1,Q2,Q3顯示；M1=0，MO=1時，在CLK脈沖上升沿作用下，移位寄存器進行右移操作；M1=1，M0=0時，在CLK脈沖上升沿作用下，移位寄存器進行左移操作；此次引腳4，5，6接低點位，引腳3，9接搞電位，引腳10接反饋端，1接開關。計數器工作時的狀態圖如圖：10000100001000010000 輸出的高電位使LED燈亮，由于電位高低的循環，使燈的亮滅也準從一定的循環關系。3.2脈沖數出電路如圖是555定時器構成的多諧振蕩器的功能圖。清零端高觸發端低觸發端Q放

10、電管T功能0XX0導通直接清零101X保持保持110X保持保持10010110導通截止置1清零555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發器和放電管的狀態。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，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。若觸發輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 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 觸發器

11、置 0,輸出為 0 電平。 定時器555通過外接電阻、電容與電位器構成多諧振蕩器產生方波。電路圖如上圖所示。多諧振蕩電路工作原理接通電源后，電容C1放電，當VC上升到2/3VCC時，放電三極管T導通，此時VO為低電壓，電容C1通過R2和T放電，使VC下降。當VC下降到（1/3）VCC時，VO翻轉為高電平。電容器C放電所需的時間為：tPL=R2Cln2可近似看成tPL=0.7R2C 當C放電結束時，T截止，VCC將通過R1、R2向電容器C1充電，VC由（1/3）VCC上升到（2/3）VCC所需的時間為:tPH=(R1+R2)Cln2可近似看成tPH=0.7(R1+R2)C 而當VC上升到（2/3

12、VCC時，電路又翻轉為低電平，如此周而復始，于是，在電路的輸出端的矩形波。電路的工作波形如圖2.8所示，其振蕩頻率為：f=1/( tPL+tPH)可近似看成f=1.43/(R1+2R2)C由該公式可以算出R1=10K,R2=30K，C1=10uf時，f=2.06HZ，與給出的標準頻率相近。由于555內部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，故它的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。并且電容C2起到抗干擾作用，提高整個電路的穩定性。3.3四輸入與非門（74HC4002） 輸 入輸 出ABCDY11110××××1 只有輸入全為1時，輸出才為0。通過

13、接受芯片輸出端的信號來反饋控制是S1，能控制芯片的置數和右移。3.4與門 輸入輸出ABY000010100111由于輸入有一端的輸入信號是脈沖，通過控制另一端電位來控制輸出，從而控制整個電路的工作與否。當另一端輸入為高電位，則輸出的信號時和脈沖源的信號一致；當另一端輸入為低電位，則輸出的信號為低電位，整個電路不工作。4 調試與檢測 4.1調試中的故障及解決方法 通過PROTUES仿真，發現555定時器并沒有脈沖數出，無論怎改都不行。請同學來看，發現電源室直接放在總線旁邊，導致沒連接上。結果引一根線出來再連接到電源上，就成功了。 開關接到低電位，電路暫停工作，但燈依然亮著，再打開開關后沒有重新開

14、始。經過思考后將MR接到開關的一根導線上，通過開關能控制MR的高低電位，從而達到理想中的結果。 燈不亮，同樣是像中的問題，沒有真正接到地，重新引一根導線接到地后正常工作。4.2 調試與運行結果當經過以上的調試糾錯后，開關接到高電位，紅綠2種燈從前往后驅動點亮閃爍，每05秒往前進一步，藍燈從后往前驅動點亮閃爍，每05秒進一步，工作狀態按照上述自動重復循環。開關接到低電位，燈全部熄滅，并且與門輸出為低電位，芯片接受不到脈沖。開關再次接到高電位時，燈全部重新開始亮，并且其循環模式和上面的一樣。和課題要求的一致。結束語（體會與總結）做這個設計我從中獲益很多：1）以前對很多芯片一知半解，一些芯片的功能和作用都不是很理解。現在懂很多。而且有時是通過實踐可以更加的了解自己不熟悉的東西，說明了實踐的重要性。2）在這次設計中，我明白了團隊合作的重要性，大家會聚起來的智慧是偉大的。3）在這次課程設計中，我查找很多資料，明白了以前很多未明白的地方。4）在這次課程設計中，我學會了PROTUES仿真軟件，為以后自己做電路打下了基礎。5）在這次課程設計中，我知道并體會了課程設計的流程，在其中我們可能會遇到很多，但只要認真努力，一定會有成果的。6）明白的