数电实验报告可编程彩灯.doc

北京交通大学 电子电工教学基地 实验课程：　 数字电子技术基础实验 实验名称： 可编程彩灯电路 实验人员: 报告撰写： 指导老师： 完成日期： 1. 实验目的： 3 2. 设计要求： 3 3. 总电路框图及原理图： 3 4. 设计思想及基本原理分析： 4 5. 元件介绍和元件参数： 4 1) 555多谐振荡电路： 5 2) 4060分频器： 6 3) 编码译码电路： 7 4) 移位电路： 7 5) 彩灯部分： 8 6. 电路调试及测试结果： 9 7. 调试过程中所遇故障的分析： 9 8. 个人电路调试遇到的问题及个人感想与收获： 9 9. 元件清单： 10 10. 参考文献： 11 可编程彩灯电路 ——时序电路综合设计 一．实验目的： 1、掌握计数器，移位存储器电路的原理及应用； 2、掌握比较其后译码器电路的应用方法； 3、掌握555电路的应用方法。 二．设计要求： 1、分析所给电路功能； 2、完成振荡电路及分频电路的设计； 3、连接整体电路，测试分析实验结果。 三．总电路框图及原理图： 可编程彩灯电路是将时序电路移位寄存器，分频器，555定时电路和组合电路综合为一个完整的设计型的时序、组合电路。实验总体框图如下： 这个电路可以实现的功能是驱动发光二极管显示电路的各路发光二极管，让它按照一定的规律点亮，从而实现彩灯的功能。 左移和右移的电路图如下： 四．设计思想及基本原理分析： 彩灯的循环主要通过对移位寄存器74LS194的控制来实现。移位寄存器需要有时钟输入，该时钟由NE555产生的震荡电路经过的分频来实现。 8灯—1灯的逐个点亮。该循环实现的核心是重新置位。例如，要实现五灯循环，则送数时将0电平信号送到3（通过编码译码实现），从第三个灯开始点亮，0电平移位置第八个灯时，重新置位，此时0电平信号又送到3，重新开始移位，从而实现五灯循环。 五．元件介绍和元件参数计算： 1.555多谐振荡电路： 555定时电路是模拟-数字混合式集成电路。555定时电路分为双极型和CMOS两种，其结构和原理基本相同。555定时电路外引脚线排列如下所示： 从结构上看， 555定时电路由2个比较器、1个基本RS触发器、1个反向缓冲器、1个漏极开路的NMOS管和3个5k电阻组成分压器组成，因此命名555定时电路。 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2/3Ucc，下触发电平为1/3Ucc，在5脚控制端外接一个参考电压Uc，可改变上下触发电平值，两比较器的输出端分别接R-S触发器，由于两个或非门组成的R-S触发器必须用负性信号才能触发，因此只有同相端的电位高于反相端电位时，R-S触发器才翻转。 555定时器功能表 输 入 输 出 阈值输入(vI1) 触发输入(vI2) 复位() 输出() 放电管T × × 0 0 导通 1 1 截止 1 0 导通 1 不变 不变 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NMOS管导通，输出为低电平。电容通过R1和NMOS管放电，当电容两端的电压下降到低于1/3电源电压时，NMOS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NMOS管导通电阻可得： 振荡周期为：； 充电时间为：； 放电时间为：。 2.4060分频器 CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路，CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。所有的计数器位均为主从触发器。在CP1(和CP0)的下降沿计数器以二进制进行计数。在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。 此部分电路主要为了配合实现编程的功能，控制彩灯循环的个数，电路图如下： 最开始148的各输入管脚均与地断开，依次将I0—I7与地连接（即置零），可逐个实现一灯常亮、两灯循环、三灯循环，直到八灯循环点亮。 4.移位电路 移位电路的主体为移位寄存器，我们选用74LS194. 74LS194是四位双向移位寄存器，具有左移、右移、并行输入数据、保持以及清除五种功能。逻辑符号及引脚图如图所示。 74LS194功能表 5.彩灯部分： 由于我们采用74LS148与74LS138配合进行彩灯的预置，138输出为低电平有效，所以彩灯部分我们也采用低电平有效，即让所有发光二极管的阳极一起接电