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可编程彩灯控制电路的设计 PAGE \* MERGEFORMAT 14 《数字电子技术实验》课程实验报告 可编程彩灯控制电路的设计 可编程彩灯控制电路的设计 实验目的 掌握计数器、移位寄存器电路的原理及应用。 掌握比较器或译码电路的应用方法。 掌握555电路的应用方法。 设计任务与要求 分析下图所示电路功能。 完成振荡电路及分频电路的设计。 连接整体电路，测试分析实验结果。 要求： 彩灯电路循环速度肉眼可辨。 可2灯循环，3灯循环，…，8灯循环。最少6灯，可扩展成可逆循环。 要求有功能扩展。 实验原理及设计思想 可编程彩灯电路实验将传统的四个时序电路：移位寄存器、计数器、555定时器和组合实验综合为一个完整的设计型时序、组合电路综合实验。 如已知电路图所示，10线—4线优先编码器74LS147和3线—8线译码器74LS138实现对控制信号的编码、译码功能，两片单向移位寄存器74195级联实现6位信号的逻辑右移，集成定时器7555用来产生定时脉冲，通过调节电阻和电容值可改变脉冲频率，分频器部分主要功能是改变输入移位寄存器的信号的频率，实现彩灯亮灭频率的改变。 基本的设计原理和思想如上所述，但我们小组在分频器部分进行了创新设计，在老师已给的电路基础上，又加了6个芯片（三片74LS161、两片74LS151、一片74LS00），以实现对频率选择的功能。而且设计了7个逻辑电平开关和一个复位开关，以实现自动变频和手动变频的切换。 整体电路图 整体电路共分为六大模块：555振荡电路模块、编码译码模块（74LS147、74LS138）、移位寄存器模块（两片74LS195）、显示模块（25盏LED灯）、计数器模块（74LS161）、分频器模块（两片74LS161）和数据选择器模块（两片74LS151）。 单元电路分析 振荡电路模块设计 电路图 （2）555工作原理及功能表 555定时器是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，由于内部电压基准使用了3个5kΩ电阻，故名555电路。 3个5kΩ的电阻组成分压器，其内部的两个电压比较器构成一个电平触发器，上触发电平23UCC，下触发电平为13UCC，在5角控制断外接一个参考电压UC，可改变上下触发电平值，两比较器的输出端分别接R 外接控制电压时，555的逻辑功能表： 输入 比较器输出 输出 uTH uTR RD R(C1) R(C2) OUT 放电三极管T d D 0 d d 0 导通 ﹤UR1 ﹤UR2 1 1 0 1 截止 ﹤UR1 ﹥UR2 1 1 1 不变 不变 ﹥UR1 ﹥UR2 1 0 1 0 导通 不外接控制电压时，555逻辑功能表： 输入 输出 uTH uTR RD OUT 放电三极管 d d 0 0 导通 ﹤2 ﹤1 1 1 截止 ﹤2 ﹥1 1 不变 不变 ﹥2 ﹥1 0 0 导通 当接通电源时，由于电容C2两端的电压不能突变，定时器的低触发端2端为低电平，输出端3端为高电平（内部结构决定）。电源经过R1、R2给电容充电，当电容电压充到电源电压的2/3时，555内部的CMOS管导通，输出为低电平。电容通过R2和CMOS管放电，当电容两端的电压下降到低于1/3电源电压时，CMOS管截止，电容放电停止，电源通过R1、R2再次向电容充电。如此反复，形成振荡。忽略CMOS管导通电阻可得： 振荡周期为：T=0.7(R2+2R1)*C1 充电时间为：tw1=0.7(R2+R1)*C1 放电时间为：tw2=0.7R1*C1 根据实验所需，我们设计的元件参数如下： R1=5.1KΩ，R2=1KΩ，C1=1uF，C2=10nF 计算得： T=7.84×10-3 分频器及数据选择器模块设计 电路图 两片74LS161构成的分频器 74LS161的管脚图及功能表如下： 输入 输出 CP R LD CT CT D Q × 0 × × × ×××× 0 0 0 0 ↑ 1 0 × × D D × 1 1 0 × ×××× 保持 × 1 1 × 0 ×××× 保持 ↑ 1 1 1 1 ×××× 计数 由于555产生的脉冲信号的频率为128Hz，接到U11的时钟输入端，由QA口输出的为二分频64Hz，QB口输出的为四分频32Hz，再将32Hz接到U2的时钟输入端，由QA口输出二分频16Hz，QB口输出四分频8Hz，QC口输出八分频4Hz，QD口输出十六分频2Hz。 两片74LS151构成的16选1数据选择器 74LS151的功能表如下： S A A A F F 1 × × × 0 1 0 0 0 0 D D 0 0 0 1 D D 0 0 1 0 D D 0 0 1 1 D D 0 1 0 0 D D 0 1 0 1 D D 0 1 1 0 D D 0 1 1 1 D D 16选1数据选择器有16