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1、 目录 摘要-I1实验内容及要求-12方案比较及认证-23系统框图，原理说明-4 4硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明-54.1脉冲信号产生电路-54.1.1 1Hz 555定时器的工作原理及内部结构图-54.1.2脉冲信号发生器的设计原理图-5 4.2显示电路-6 4.3移位控制电路-7 4.3.1 74ls194管脚图及功能介绍-7 4.3.2 74ls194设计循环电路 - 8 4.4总体电路-105 组装及调试过-116收获、体会和改进设计的建议和展望-12参考文献 -13附录-14 摘要本实验主要是利用移位寄存器、发光二极管、555定时器等一些电路元件设计简单的流水灯电路。并利
2、用书上所学的知识和所使用的元器件的型号，写出各元件的功能表。在此基础上画出原理图及接线图。通过组装、调试电路，自行排除故障，最终实现流水灯功能。课程设计主要目的，是通过某一电路的综合设计，了解一般电路综合设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体的设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往的学习内容，达到灵活应用的目的。在设计完成后，还要将设计的电路进行安装、调试以加强我们的动手能力。在此过程中培养从事设计工作的整体观念。 课程设计应强调以能力培养为主，在独立完成设计及制作任务同时注意多方面能力的培养与提高，主要包括以下方面： 独立工作能力和创造力。 综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题
3、的能力。 查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力。 写技术报告和编制技术资料的能力。 实际动手能力。 关键字: 移位寄存器 555定时器 发光二极管 开关1实验内容及要求： （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。2实验方案比较及认证： 图1 彩灯原理图(方案一)方案一:如图1所示，本方案主要利用74ls194的双向移位功能和置数功能,彩灯采用共阳极接法，触发信号采用555定时器3脚产生的1HZ的矩形波信号，通过开关控制其全亮全灭以及左移和右移来满足设计要求。 图2 彩灯原理电路（方案二）方案二：如图2所示
4、，触发信号和方案一种相同都是用555定时器来设计。在灯的旁边加上的8个开关，8个开关同时合上可以使其全亮。当8个开关都断开且与E1相连的开关闭合则译码器的输出全为高电平，8个灯全部熄灭。本方案主要利用74ls192的可加减计数功能和74ls138的译码输出特点来完成左移和右移功能。当74ls192进行加计数时，彩灯进行右移，计数器记到8时，通过反馈清零法，使计数器的状态恢复到0000状态，这样就完成了彩灯的右移循环功能了。当74ls192进行减计数时，彩灯进行左移，计数器记到9时，通过反馈置数法，使计数器的状态恢复到0111状态，这样就完成了彩灯的左移循环功能了。方案一和方案二相比，显然方案一
5、的电路比较简单，所用元器件和导线更少，不需要额外加门电路，所以选用第一种方案来设计。3系统框图，原理说明如图 3 所示，彩灯循环一般都由振荡器、移位寄存器、显示电路等几部分组成。其中，振荡器构成组成1Hz信号发生器，由移位寄存器控制彩灯的左移和右移循环系统及全亮控制电路。1Hz信号送入移位寄存器，并且将此时移位寄存器的并行输出状态通过发光二极管显示出来，这就是显示电路。移位寄存器本身含有清零和置数功能，可通过反馈来实现左循环和右循环功能，这就构成了复位/置数电路。脉冲源控制电路显示电路复位/置数电路 图3 彩灯组成框图4、硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明4.1脉冲信号产生电路4.1.1
6、 555定时器的工作原理555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。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。555 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。如图（1）所示。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
7、 /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，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 0 电平。4.1.2 1Hz脉冲信号发生器的设计原理图如图4所示，其中R1、 R2为100K的电阻 C1为4.7mF、C2为0.01mF的电容，Vcc为+5V电源,GND接地。接通电源后，电容C被充电，当Vc上升到2/3Vcc时，使V0为低电平，同时放点三极管T导通，此时电容C通过R2和T放电，V0下降
8、。当Vc下降到1/3Vcc时，V0翻转为高电平。电容器放电所需时间为tpL=R2Cln2；当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R2向电容器C充电，Vc由Vcc/3上升到2/3Vcc所需时间为tpH=（R1+R2）Cln2；当Vc上升到2/3Vcc时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就可以得到一个周期性的矩形波。 图4 脉冲信号产生电路图4.2 显示电路如图5所示，四个发光二极管的阳极同时接高电平，阴极通过0.1千欧的电阻分别与移位寄存器的Q0、Q1、Q2、Q3相连，当移位寄存器对应的输出端输出为高电平时，则与之对应的二极管熄灭，反之则点亮。通过控制移位寄存器的输出高低
9、电平就可控制发光二极管的点亮与熄灭。图5 彩灯显示电路4.3 移位控制电路4.3.1 74ls194管脚图及功能介绍如图6所示为74ls194管脚图。图6 74ls194管脚图.如表1所示，74LS194是集成移位寄存器是四位可逆可并行预置的移位寄存器。由功能表可知,74LS194具有异步清零功能,端输入低电平信号,四个输出端都立即变为0。在无效时,两工作方式输入端S1S0电平决定74LS194工作方式。S1S0=11,并行预置数,在时钟上跳时刻,并行输入数据D3 D2 D1 D0预置到并行输出端；M1M0=10,左移寄存,左移输入端SL输入数据寄存到Q0,各位数据向高位移动；S1S0=01,
10、右移寄存,右移输入端SR输入数据寄存到Q3,各位数据向低位移动；S1S0=00,寄存器处于保持工作方式,寄存器状态不变。.表1 74ls194功能表功能输 入输 出S1S0CPDSLDSRD0D1D2D3Q0n+1Q1n+1Q2n+1Q3n+1清除00000保持1保 持100送数111D0D1D2D3D0D1D2D3右移10111 Q0n Q1n Q2n10100 Q0n Q1n Q2n左移1101Q1n Q2n Q3n 11100Q1n Q2n Q3n 04.3.2 74ls194设计循环电路如图7所示，Clk脚接1Hz的脉冲信号。MR接高电平。D0接低电平，D1、D2、D3接高电平。接通电源，开始s1，s2均断开，74ls194置数使得Q0输出低电平，Q1、Q2、Q3均输出高电平，第一个灯发光，其余熄灭。若上面开关闭合，下面开关打开，即s1输入低电平，s0输入高电平，此时移位寄存器将进行右移
