数字电路实验可编程彩灯电路实验报告.docx
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数字电路实验可编程彩灯电路实验报告
《数字电子技术基础》
课程实验报告
实验名称:
班级:
小组成员:
一、实验目的
1、掌握计数器、移位寄存器电路的原理及应用。
2、掌握比较器或译码器电路的应用方法。
3、掌握555电路的应用方法。
二、设计任务和要求
1、分析图示电路功能。
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。
要求:
1、彩灯电路循环速度肉眼可辨。
2、可2灯循环,3灯循环,……,8等循环。
最少6灯,可扩张成可逆循环。
3、要求有功能扩展。
三、电路原理图:
1.彩灯电路框图:
2.电路总实验图:
开关设置及实现功能:
(1)选择拨码开关2到8开关中的一个实现2到8灯的循环。
(2)J2、J3接高电平时,实现预置功能,预置的值为01111111,可以看到LED13亮,其余灯灭。
(3)J3接高电平、J2接与非门时,实现LED灯右移的功能。
(4)J2接高电平、J3接与非门时,实现LED灯左移的功能。
(5)J2、J3接与非门时,实现暂停功能
四、实验原件分析:
1.集成555定时器:
集成555定时器的管脚图、内部结构图所示:
555定时电路由2个比较器、1个基本RS触发器、1个反相缓冲器、1个漏极开路的NMOS管和3个5K的电阻组成分压器组成,功能表见下:
TH(6)
TR
(2)
R(4)
OUT(3)
T管
D(7)
×
×
L
L
导通
L
>2/3UDD
×
H
L
导通
L
<2/3UDD
>1/3UDD
H
不变
不变
不变
<2/3UDD
<1/3UDD
H
H
截止
H
2.74LS161
从74LS161功能表功能表中可以知道,当清零端CR=0,计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全0,这个时候为异步复位功能。
当CR=1且LD=0时,在CP信号上升沿作用后,74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3,D2,D1,D0的状态一样,为同步置数功能。
而只有当CR=LD=EP=ET=1、CP脉冲上升沿作用后,计数器加1。
74LS161还有一个进位输出端CO,其逻辑关系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。
合理应用计数器的清零功能和置数功能,一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。
74LS161功能表
输入
输出
CR
CP
LD
EP
ET
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
0
×
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
1
↑
0
×
×
d
c
b
a
d
c
b
a
1
↑
1
0
×
×
×
×
×
Q3
Q2
Q1
Q0
1
↑
1
×
0
×
×
×
×
Q3
Q2
Q1
Q0
1
↑
1
1
1
×
×
×
×
计数
74LS161管脚图如下图所示:
3.74LS148优先编码器:
(右图为74LS148的管脚图)
74LS148是一种优先编码器,优先编码器是一种允许同时输入两个以上的有效输入信号的编码器,优先编码器给所有的输入信号规定了优先顺序,当多个输入信号同时有效时,只对其中优先级最高的一个信号进行编码。
74LS148是常用的8线-3线优先编码器,其功能表如上图,其中I0~I7为编码输入端,低电平有效。
F0~F7是编码输出端,也是低电平有效。
EX为优先扩展输出端,级联应用时可作为输出位的扩展端。
74LS148功能表如下图所示:
4.
74LS138为3线-8线译码器:
当一个选通端(E1)为高电平,另两个选通端((/E2))和/(E3))为低电平时,可将地址端(A0、A1、A2)的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。
比如:
A2A1A0=110时,则Y6输出端输出低电平信号。
74LS138的功能表如下图所示:
5.74LS194双向移位寄存器:
这里我们采用74LS195,由于74LS195只能实现单向移位,功能相对受到了一些限制,所以我们选用74LS194实现双向移位。
74194管脚及功能如下:
当CLR=0时,清零。
当模式为0时,寄存器执行保持功能。
当模式为3时,寄存器为并行送数工作方式,在CP的上升沿作用下,将A、B、C、D送入Q0、Q1、Q2、Q3。
当模式为1时,在CP的上升沿作用下,寄存器执行右移操作。
右移操作数据从SR串行输入。
当模式为2时,在CP的上升沿作用下,寄存器执行左移操作。
右移操作数据从SL串行输入。
74LS00与非门:
五、各模块设计及仿真:
1.555分频电路:
当接通电源时,由于电容C1两端的电压不能突变,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R2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:
T=0.7(R1+2R2)*C1;
充电时间为:
tw1=0.7(R1+R2)*C1;
放电时间为:
tw2=0.7R2*C1。
由此根据实验所需,采用将555输出10分频,大约为1Hz。
则555选用R1=R2=47K,C1=1UF,振荡周期为T=0.7(R1+2R2)*C1=0.7*47K*3*1=0.098,约为0.1秒。
示波器显示:
2.分频电路:
我们采用74ls161预置的方法产生10分频,电路图如下:
3.编码译码电路:
我们采用74LS148优先编码器,和74LS138译码器来实现,其电路图如下所显示:
4.移位寄存及彩灯显示电路:
这里我们采用74LS195,由于74LS195只能实现单向移位,功能相对受到了一些限制,所以我们选用74LS194实现双向移位。
六、测试结果分析,调试过程中所遇故障的分析:
七、实验总结:
本实验之前我们对老师要求进行了分析,之后我们决定在本实验实现彩灯六、五、四、三、二个灯的左循环和右循环。
在这次实验中,考察了我们选择芯片和设计电路的能力。
使我对移位寄存器有了更加深刻的理解,也加强了我在实验设计上的能力。
我们是在充分比较了74194和74195的功能才作出选择74194左右移位寄存器的。
通过本实验使我更加熟练的掌握了编码器的功能和用法。
对于二级管也有了更深的认识,原来不同颜色的二级管电阻差别也是很大的,因此在并联时一定要考虑到这个问题。
另外,在这次实验中也收获了很多,合作的力量是伟大的。
三个人的智慧是会创造出奇迹的。
无论什么时候,心多不要慌张,这没有任何意义,更不要抱怨和责备,继续加油,坚持,一切都可以实现!
八、元件清单:
元件型号或名称
数目
74LS148
1
74LS138
1
555
1
74LS161
1
74LS194
2
74LS00
1
发光二极管
8
芯片座
7
电阻
若干
按键
4
电容
若干
导线
若干
拨码开关
1
九、参考文献
1.候建军.数字电子技术基础[M].北京:
高等教育出版,2003.
2.候建军.数字电路实验一体化教程[M].北京:
清华大学出版社,北京交通大学出版社,2005.
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