圈式流水灯电路的设计.doc
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1、武汉理工大学专业课程设计(二)课程设计说明书目录1.技术指标12.设计方案及比较12.1方案一22.2方案二22.3方案三32.4方案比较43.实现方案43.1方案的实现53.2 NE555定时器53.3 多谐振荡器63.4 74LS161芯片73.5 74LS138芯片83.6 LED灯93.7 圈式流水灯的实现方案原理图94. 调试过程及结论105. 心得体会116. 参考文献12圈式流水灯电路的设计1.技术指标设计一种利用发光二极管作为流水灯指示,实现连接成圆圈式的发光二极管依次循环点亮形成移动的光点,要求可以实现流水灯的循环时间可以调节。2.设计方案及比较圈式流水灯是使用电子集成芯片组
2、成的数字电路,使连接的LED等依次循环点亮。圈式流水灯的实现主要是靠NE555芯片产生的脉冲信号,八位二进制计数器芯片,译码器芯片和LED灯连接产生的电路。2.1方案一连接NE555计数器构成多谐振荡器,直流电压通过多谐振荡器产生矩形脉冲信号,信号输入到74LS161计数器芯片的CP端,产生一次循环的输出信号,经过74LS138译码器芯片后,每输出一次信号再经过非门与LED灯正极相连LED灯就会点亮,到输出下一个信号时下一个LED灯点亮,依次点亮构成圈式流水灯。 图2.1 方案一的电路连接图2.2方案二通过连接NE555计数器和电阻,电容构成多谐振荡器,当直流电压通过输入端时,多谐振荡器的输出
3、端产生矩形脉冲信号,当矩形脉冲信号输入到74LS161芯片构成的八进制计数器的CP脉冲端时,产生一次循环的输出信号。经过74LS138译码器芯片后,不用经过与非门而是直接和LED灯的负极相连,每次输入一次信号LED灯就会依次被点亮,从而形成圈式流水灯,达到实验目的和要求。可以通过改变电阻和电容来改变亮的时间。图2,2 方案二的电路连接图2.3方案三NE555定时器连接的多谐振荡器产生矩形脉冲信号,输出的信号通过和脉冲端相连,可以使圈式的LED灯依次点亮。而74LS161计数器芯片和74LS138译码器芯片可由集成程度更高的IC4017芯片代替,两个芯片可以由一片代替在实验方面实现了便利的条件。
4、IC4017芯片既能实现计数功能,又能达到译码的效果,使电路连接更加简单,有利于我们在实物上的连线。 图2,3 方案三的电路连接图2.4方案比较上面一共提出了三种方案,方案都主要集中在脉冲信号产生源电路、8位二进制的计数器电路和译码器电路上。方案一,在译码器实现电路上使用的原件过多,比其他方案多用了8个非门,增加了电路的连接难度和在检查电路时的复杂度。方案二,与方案一比较操作简单,电路图中少用了8个非门和7个电阻,电路连接更简洁容易,仿真时也相对比较容易。其设计原理在实验中也得到了体验。 方案三,使用IC4017芯片来替代了译码器74LS138芯片和计数器74LS161芯片,与实验二相比操作更
5、加简单,但因为其封装性导致原理不能在实验设计中得到很好的反应。因此在此次试验中我们选用方案二,因为方案二更加可以体现出实验原理,操作也相对比较简单。3.实现方案通过上述的方案比较,根据方案二来画出电路图,根据电路图在面包板上实现圈式流水灯的电路。经过检查连接电源观察LED灯的现象和仿真的结果。3.1方案的实现在圈式流水灯电路的方案中,选用方案二为实现方案。该方案包括NE555定时器构成的多谐振荡器电路、74LS161连接的八进制的计数器电路、74LS138芯片的译码器电路和由8个LED灯构成的显示电路。3.2 NE555定时器NE555定时器由3个电阻构成的分压器,两个电压比较器c1和c2,基
6、本RS触发器,放点三极管和缓冲反向器组成。NE555定时器的电源电压范围很宽,可在 4.5V16V工作,输出驱动电流约为200mA,因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路的电平兼容。NE555定时器通过外接电阻和电容可以构成多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器。555 定时器的内部电路如下图所示。 图3.1 NE555芯片的内部框图NE555电路的内部电路方框图如图3.1所示。当电压的输入信号输入并超过+2VCC/3时,触发器复位,NE555的输出端3脚输出低电平,同时放电,开关导通;当输入信号自2脚输入并低于+VCC/3时,触发器置位,NE555的3脚输出高电平,同时放电开关管截止
7、。3.3 多谐振荡器多谐振荡器是一种不需要外加输入信号的自激振荡器,它不存在稳态,因此被称为“无稳态电路”。多谐振荡器的频率与与它相连的两个电阻和一个电容的参数有关,输出信号是由电路内部的电容充放电所产生的。NE555芯片组成的多谐振荡器电路中R1、R2和C是外接元件。接通电源后,VCC经过R1, R2给电容C充电。电源刚接通时555芯片内部比较器A1输出高电平,A2输出低电平,即RD=1,SD=0,基本RS触发器置1,输出端Q为高电平。Q=O,使内部放电管截止。当 UC上升到大于VCC/3时,RD=1,SD=1,基本RS触发器不变,即输出端Q仍为高电平,当VC上升到略大于2VCC/3时,Rn
8、=0,SD=1,基本RS触发器置0,输出端Q为低电平。Q=1,使内部放电管饱合导通。于是电容C经R2和内部放电管放电,c按指数规律减小。当UC下降略小于VCC/3时,内部比较器A1输出高电平,A2输出低电平,基本RS触发器置1,输出高电平。,Q=0,内部放电管截止。于是C结束放电并重新开始充电。如此循环不止,输出端就得到一系列矩形脉冲,如图所示。 图3.2 多谐振荡器 图3.3多谐振荡器的波形图 由NE555定时器构成的多谐振荡器,输入直流电压信号后,在电容C的反复充、放电过程中,矩形脉冲信号就会在输出3端。如上右图所示的波形图。UC的波形表示电容的充放电时UC的变化,UO表示输出的矩形脉冲信
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