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1、课程设计说明书沈阳大学课程设计任务书专专 业业物联网工程班班 级级姓姓 名名设设 计计 起起 止止 日日 期期 设计题目：设计题目：数字电路循环花灯设计任务（主要技术参数）：设计任务（主要技术参数）：在课程设计中我将选用，555 定时器，74LS161 芯片，74LS194 芯片，LED灯，以及若干电阻导线，去完成数字电路循环花灯的设计。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，Q0 接灯 1，Q1 接灯
2、2，Q2 接灯 3，Q3 接灯 4，Q4 接灯 5，Q5 接灯 6，Q6 接灯 7，Q7 接灯 8，把 74LS194 接成环形计数器。如此应该就能实现基本的电路要求。指导教师评语：指导教师评语：成绩：成绩： 签字：签字：年年 月月 日日课程设计说明书沈阳大学数字电路循环花灯目录1 课程设计背景及目的.12 设计方案论证.12.1 设计思路：.12.2 设计内容：.22.2.1 555 定时器： .22.2.1 74LS161 芯片:.42.2.3 74LS194 芯片:.52.2.4 八路 LED 灯.73 设计结果与分析.83.1 仿真结果.83.2 结合仿真结果说明.104 设计体会.1
3、0课程设计说明书第 1 页1 课程设计背景及目的课程设计背景及目的本次课程设计的目的是进一步掌握数字电路课程所学的理论知识，熟悉几种常用集成数字芯片的功能和应用，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。培养认真严谨的工作态度和实事求是的工作态度。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
4、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。循环灯是一串按一定的规律像流水一样连续闪亮。循环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。循环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。2 设计方案论证设计方案论证 2.1 设计思路：设计思路：利用 555 时钟芯片产时钟脉冲，一片 74LS161 产生分频脉冲，两片74LS161 用于
5、计数，最后用两片 74LS194 寄存器实现右移。数字电路八路花样灯控制电路是利用数字逻辑电子元件连接而成，具有 8个受控制的输出端，通过输出 8 个有规律的信号以达到控制 8 个 LED 灯的目的。选择不同的芯片和不同的连接方式都会产生不同的控制信号并产生不同的花样灯。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 输出信号供给课程设计说明书第 2 页74LS194，74LS194 移位寄存器输入端置位 1000，Q0 接灯 1，Q1 接灯 2，Q2 接灯 3，Q3 接灯 4，Q4 接
6、灯 5，Q5 接灯 6，Q6 接灯 7，Q7 接灯 8，把 74LS194 接成环形计数器。就能实现基本电路要求。所需元件：图 1 主要元件表2.2 设计内容：设计内容：2.2.1 555 定时器：定时器：555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。它内部包括两个电压比较器，三个 5K 欧姆的等值串联分压电阻（555 定时器的名称也由此而得），一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压 VCC /3 和 2VCC
7、/3555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为 VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于 VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，课程设计说明书第 3 页同时 TR 端的电压大于 VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为低电平。表 1 555 定时器的功能表课程设
8、计中应用：课程设计中应用：时钟发生电路由一片 555 时钟芯片、两个电阻和两个电容组成。通过调整电阻和电容的大小可以改变时钟发生的频率，时钟输出引脚为第 3 引脚。此处设定的时钟频率为 1Hz，即一秒钟发出一个高电平脉冲。清零端高触发端 TH低触发端 TRv0放电管 T(V)功能00导通直接清零101x保持上状态保持上状态1101截止置 11001截止置 11110导通清零课程设计说明书第 4 页图 2 时钟发生电路2.2.1 74LS161 芯片芯片:74LS161 是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，它可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统中实现分频器等很多重要的功能。 图 3
9、 封装引脚图与真值表课程设计说明书第 5 页图 4 74LS161 计数器电路应用课程设计中应用：课程设计中应用：计数电路由两片 74LS161 计数器组成，每一片 74LS161 可实现 4 位二进制的计数，两片刚好可组成一个 8 位二进制计数器。图 5 技术电路2.2.3 74LS194 芯片芯片:课程设计说明书第 6 页74LS194 是一个 4 位双向移位寄存器，最高时钟脉冲为 36MHZ，其逻辑符号及引脚排列如下图所示： 图 6 74LS194 逻辑符号及引脚排列其中：D0D1 为并行输入端；Q0Q3 为并行输出端；SR-右移串引输入端；SL-左移串引输入端；S1、S0-操作模式控制
10、端； -为直接无条件清零端；CP-为时钟脉冲输入端。74LS194 模式控制及状态输出如下表所示。图 7 模式控制及状态输出74LS194 芯片可构成环形计数器：把移位寄存器的输出反馈到它的串行输入端，就可以进行循环移位，如图3 所示。设初态为 Q3Q2Q1Q0=1000，则在 CP 作用下，模式设为右移，输出状态依次为：课程设计说明书第 7 页下图电路是一个有四个有效状态的计数器，这种类型计数器通常称为环形计数器。同时输出端输出脉冲在时间上有先后顺序，因此也可以作为顺序脉冲发生器。图 8 环形计数器课程设计中应用：课程设计中应用：右移电路由两片 74LS194 组成。每一片 74LS194
11、可以实现 4 位的左移或右移。只要把两片 74LS194 之间的 RS 引脚与 Q3 引脚互相连接即可把它们组成一个 8 位的移位器，并可实现左移和右移功能。以下是 74LS194 功能表和右移电路。图 9 右移电路课程设计说明书第 8 页2.2.4 八路八路 LED 灯灯每个 LED 灯右端接一个 180 欧的电阻并接地，只要输入端为高电平即可点亮 LED 灯图 10 八路 LED 灯3 设计结果与分析设计结果与分析3.1 仿真结果仿真结果仿真总电路：课程设计说明书第 9 页图 11 仿真总电路图仿真结果：1s 时图 12 仿真结果 13s 时课程设计说明书第 10 页图 13 仿真结果 2
12、5s 时图 14 仿真结果 33.2 结合仿真结果说明结合仿真结果说明课程设计说明书第 11 页通过 Proteus 仿真软件进行仿真，发现方案的灯需要循环的条件是与逻辑门连接，可以通过彩灯亮与不亮的情况，找出所需要的逻辑门是哪一种，从而实现灯的追逐花样。在 Proteus 仿真软件中，有很多的相似的元件在库里，在型号名字上也有相似的地方，例如译码器 74LS138 与 74ALS138，而在设计电路插入有的类似的元件时，最后可能不能经仿真处理，因为有的元件是可以从库里调出来的，但是它不能用于仿真，所以在出现相应的错误信息时，应调整相应所需的元件。4 设计体会设计体会这次课程设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识，在整个实习过程中，都离不开
