多功能流水灯数字电子技术基础课程设计.doc

课程设计报告 ——多功能流水灯 设计目的 掌握555多谐振荡器、译码器、加/减计数器的工作原理，设计分析与设计时序控制电路。画出的整机逻辑电路图，掌握工作原理及其设计方法，并对各种元器件的功能和应用有所了解。并能对其在电路中的作用进行分析。另外要分析电路设计流程每个电路的设计都要有完整的设计流程。这样才能在分析电路是有良好的思路，便于查找出错的原因。 1、设计一个彩灯控制电路、能使彩灯的流向可以变化。可以正向流水，也可以逆向流水。灯流动的方向可以手控也可以自控，自控往返变换时间为8秒。 2、彩灯流速可以改变。 彩灯可以间歇流动，10秒间歇1次，间歇时间为1秒。 总体方案 本设计采取的方案是：用555多谐振荡器两个、74LS161两片、CD4510一片、74LS42一片、D触发器一个、电位器、电阻、电容、发光二极管和门电路若干。由555多谐振荡器提供稳定脉冲，74LS161构成加法计数器与十一进制加法计数器，CD4510构成加/减计数器。CD4510计数器用来计数和输出信号通过译码器直接输出控制彩灯、74LS161构成加加 电路原理 本电路共包含一下几个模块： 1、555多谐振荡器产生的脉冲电路 本设计由多谐振荡器产生不同频率的脉冲替代分频电路的作用，1号引脚接地，4号引脚直接接电源，其余按图接入，R7为电位器，R2电阻设置为25kΩ，电容分别设为22uf和0.01uf这样就能产生一个可变频率的稳定脉冲，调节电位器，频率的变化范围为0.29~2.6Hz，都能使流水灯的变化清晰可辨。 555功能表： 2、计数器 本设计的根本任务是将稳定脉冲变成时间信号，实现这一功能可用触发器、计数器等。本设计采用计数器将稳定的脉冲信号转变成数字信号输出给译码器。因要使流水灯流向可控，所以选用十进制同步加/减计数器CD4510（74LS193也可以实现加/减计数功能，但需控制两个输入端的电压，不如CD4510简便）。将1、9号引脚接地使其能正常工作； 10号引脚接高低不同电平时，控制加/减计数，用来控制流水灯的流水方向；输出端为Q1、Q2、Q3、Q4号引脚，在整体设计图中接到译码器的输入端； 15号引脚为脉冲输入端接555多谐振荡器的输出，5号引脚接低电平时计数器可正常工作，接高电平时保持。功能表如下表： 输 入 输 出 CP U/ LD CR D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 × × × 1 0 ｄ0 ｄ1 ｄ2 ｄ3 ｄ0 ｄ1 ｄ2 ｄ3 × × × × 1 × × × × 0 0 0 0 × 1 × 0 0 × × × × 保 持 ↑ 0 1 0 0 × × × × 加 计 数 ↓ 0 0 0 0 × × × × 减 计 数 计数器的电路图如下图所示： 3、10秒间歇控制电路 用一个555多谐振荡器控制输出一个稳定的1HZ脉冲接管脚2，一个74LS161芯片构成11进制计数器，管脚7、10、9接高电平，11、13、14号管脚接与非门，与非门输出接，形成模11计数器。当计数至“1010”时，11与13管脚通过与门（实物连接为两个与非门）输出高电平给CD4510的5号管脚（CI），停止计数，保持一秒，实现计数10秒、间歇1秒的功能。电路如下图所示： 74LS161功能表： 4、8秒往返控制电路 由一个555多谐振荡器输出稳定脉冲1Hz，一片74LS161实现计数功能。计数器的1、7、9、10管脚接高电平，处于计数工作方式；12管脚接D触发器的时钟，D触发器的端接回D，使等于；Q端接CD4510的U/D端，控制加/减计数，从而改变流水灯的流向。12管脚的输出电压每8秒出现一次0→1的变化；D触发器的输出在时钟上升沿时变化，产生每8秒变换一次的0-1信号，以此达到8秒往返的控制电路效果。（实际效果流水灯第一次反向是在第4秒时，因为Qc输出为0、0、0、0、1，在第4秒产生一个上升沿，使D触发器输出翻转，但上升沿的出现是8秒为一个周期，即为8秒往返变换。）电路图如下图所示： Q端输出波形： 5、译码器电路 此电路的作用是将输入的信号转换成另一种信号控制LED灯的开关。此电路用74LS42二―十进制译码器，因为前面用的十进制加/减计数器所以这里用到的也用十个输出，将到10个输出端直接连接彩灯起控制彩灯的作用（实物连接图中串联一个阻值合适的电阻限流），A、B、C、D四个输入接计数器的四个输出，达到控制彩灯流水的效果。电路图如下： 完整电路图 仿真过程 （注：因Muiltisim仿真速度太慢，所以在具体的仿真过程中用100HZ的方波信号源代替555产生的1HZ振荡电路进行仿真，提高仿真速度。） 1.通过改变滑动变阻器的阻值来改变输入信号的频率，从而达到控制彩灯流速的目的。（即：在仿真过程中通过改变第一个5