实验三旋转灯光电路与追逐闪光灯电路一、实验目的1.熟悉集成电路CD4029、CD4017、74LS138的逻辑功能。
2.学会用74LS04、CD4029、74LS138组装旋转灯光电路。
3. 学会用CD4069、CD4017组装追逐闪光灯电路。
二、实验电路与原理1.旋转灯光电路:图3-1 旋转灯光电路将16只发光二极管排成一个圆形图案,按照顺序每次点亮一只发光二极管,形成旋转灯光。
实现旋转灯光的电路如图3-1所示,图中IC1、R1、C1组成时钟脉冲发生器。
IC2为16进制计数器,输出为4位二进制数,在每一个时钟脉冲作用下输出的二进制数加“1”。
计数器计满后自动回“0”,重新开始计数,如此不断重复。
输入数据的低三位同时接到两个译码器的数据输入端,但是否能有译码器输出取决于使能端的状态。
输入数据的第四位“D”接到IC3的低有效使能端G2和IC4的高有效使能端G1,当4位二进制数的高位D为“0”时,IC4的G1为“0”,IC4的使能端无效,IC4无译码输出,而IC3的G2为“0”,IC3使能端全部有效,低3位的CBA数据由IC3译码,输出D=0时的8个输出,即低8位输出(Y0~Y7)。
当D为“1”时IC3的使能端处于无效状态,IC3无译码输出;IC4的使能端有效,低3位CBA数据由IC4译码,输出D=1时的8个输出,即高8位输出(Y8~Y15)。
由于输入二进制数不断加“1”,被点亮的发光二极管也不断地改变位置,形成灯光地“移动”。
改变振荡器的振荡频率,就能改变灯光的“移动速度”。
注意:74LS138驱动灌电流的能力为8mA,只能直接驱动工作电流为5mA的超高亮发光二极管。
若需驱动其他发光二极管或其他显示器件则需要增加驱动电路。
2. 追逐闪光灯电路图3-2追逐闪光灯电路(1).CD4017的管脚功能CD4017集成电路是十进制计数/时序译码器,又称十进制计数/脉冲分频器。
它是4000系列CMOS数字集成电路中应用最广泛的电路之一,其结构简单,造价低廉,性能稳定可靠,工艺成熟,使用方便。
它与时基集成电路555一样,深受广大电子科技工作者和电子爱好者的喜爱。
目前世界各大通用数字集成电路厂家都生产40171C,在国外的产品典型型号为CD4017,在我国,早期产品的型号为C217、C187、CC4017等。
(2)CD4017C管脚功能CMOSCD40171C采用标准的双列直插式16脚塑封,它的引脚排列如图3-3(a)所示。
CC4017是国标型号,它与国外同类产品CD4017在逻辑功能、引出端和电参数等方面完全相同,可以直接互换。
本书均以CD40171C为例进行介绍,其引脚功能如下:①脚(Y5),第5输出端;②脚(Y1),第1输出端,⑧脚(Yo),第0输出端,电路清零时,该端为高电平,④脚(Y2),第2输出端;⑤脚(Y6),第6输出端;⑥脚(Y7),第7输出端;⑦脚(Y3),第3输出端;⑧脚(Vss),电源负端;⑨脚(Y8),第8输出端,⑩脚(Y4),第4输出端;11脚(Y9),第9输出端,12脚(Qco),级联进位输出端,每输入10个时钟脉冲,就可得一个进位输出脉冲,因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。
13脚(EN),时钟输入端,脉冲下降沿有效;14脚(CP),时钟输入端,脉冲上升沿有效;⒂脚(R),清零输入端,在“R ”端加高电平或正脉冲时,CD40171C 计数器中各计数单元输出低电平“0”,在译码器中只有对应“0”状态的输出端Y0为高电平,⒃脚(V DD ),电源正端,3~18V 直流电压。
下图是CD4017管脚排列图,采用16脚双列直插式塑料封装形式。
(a )CD4017 (b) CD4069 图3-3 CD4017 和CD 4069 管 脚 排 列 图(3)追逐闪光电路原理图3-2是CD4017构成的追逐闪光电路,电路中,CD4069中非门F1、F2及R1、C1,组成自激多谐振荡器,振荡频率由R1、C1的时间常数决定。
CD4017在输入振荡脉冲作用下,Q0~Q9依次为高电平,经相应晶体管VTl ~VT10放大,驱动发光二极管依次发光。
CD4069的管脚功能如图3-3(b )所示。
三、仪器、元器件清单仪器:直流稳压电源 1台 万用表 1只元器件清单:(1)旋转灯光电路 表3-1序号 名 称 与 规 格代 号 数 量 备 注 1 电阻器 RJ-1/4W-510Ω±5%R 2 1只2 -4.7M Ω±5%R 1 1只 3 电容器 CC-63V-0.01μ C 1 1只 45 集成电路 CD4069 IC 1 1只6 74LS138 IC 3、 IC 4 2只7 CD4029 IC2 1只 89 万能印制板 180×150mm 2 1块 10 跨接线 J 若干根 11(2)追逐闪光电路表3-2序号名称与规格代号数量备注1 电阻器 RT-1/4W-4.7M±5% R11只2 -470±5% R12—R2110只3 -10K±5% R2—R1110只4 电容器 CC-63V-0.01µC11只5 发光二极管(红色)H1—H4040只6 晶体三极管 9013 VT1—VT1010只7 集成电路 CD4017 IC11只8 CD4069 IC11只9 万能印制板1块10 跨接线J 若干根11四、电路的组装与调试1、电路的组装方法和步骤(1)筛选元器件。
对所有的元器件进行检测,注意它们的型号、规格、极性,应该保证质量。
(2)电路元器件的布局、布线。
首先在草稿纸上按1:1的比例进行元器件的布局并画好连接线。
要求:布局合理,疏密一致且使连接导线最少最短,并尽量减少导线交叉。
如无法避免交叉,可适当采用跨接线。
旋转灯光电路的发光二极管尽量排成圆形;追逐闪光电路的发光二极管可自己设计成各种不同的形状。
(3)按草图在万能板上组装并焊接(如果能自己制作电路印制板则更好)。
要求:①元器件布局整齐、美观,同类型元器件高度一致;②焊接良好,无虚焊、错焊、连焊等缺陷。
2、电路调试与故障排除(1)旋转灯光电路本电路无需多少调试,只要检查电路有无插错元器件,检查元器件的极性、管脚有无接错,电路连接是否正确,焊接是否良好,无虚焊等缺陷,然后接通电源+5V,观察灯闪是否按照从第1只到第16只灯顺序依次点亮成旋转状即可。
如有问题,先用万用表电压档测量信号源74LS04的6脚是否有振荡电压,然后测量CD4029的输出端D、C、B、A也有否8421输出,如有,则是74LS138的问题。
(2)追逐闪光电路观察灯闪是否按照从第1组到第10组灯顺序依次点亮成流水状即可。
如有问题,先用万用表电压档测量IC (CD4017)的(14)脚的时钟信号是否正常。
如正常,则是CD4017及其后面的电路问题,需检查元器件是否插错,电路连接是否正确,焊接是否到位等。
如不正常,则是该振荡器没有产生振荡,说明IC(CD4069)及其外围电路有问题,需检查相应元器件及其电路。
注:彩灯的流水排列方式有很多种,同学们可自己设计不同的方式。
五、安全注意事项1..正确连接电路,注意元器件的极性和方向。
2..注意电烙铁安全,防止烫伤人员和仪器、设备。
六.思考题1.如何改变灯闪的速度?2. 如想多增加一些彩灯,怎么调整电路元器件?实验四 时间优先鉴别电路(抢答器)一、实验目的1.熟悉三路时间优先鉴别电路的电路结构及工作原理。
2.了解555时基电路作多谐振荡器的应用。
3. 正确布局布线、焊接组装并实现其功能。
二、实验电路与原理1.在自动控制中,常存在这样的问题:当多个用户申请同一项服务时,如果用户设有优先级约定,则服务设备应该响应最先提出申请的用户。
时间优先鉴别电路正是用来判断谁是第一个提出申请的用户的电路。
本实验介绍一种用于智力竞赛抢答的实用电路。
其基本功能是:有抢答者按抢答键时,发出抢答声响,鉴别并指示最先抢答者。
其电路原理如图4-1所示。
图4-1 三路智力竞赛抢答器实际抢答器可有多路抢答者,为简单起见,图4-1只画出三路抢答输入。
每一 路抢答输入由一个与非门和一个触发器、一个抢答器按键、一只470Ω电阻组成。
电路只利用了触发器的清零和置位功能,故触发器的类型不限。
与非门G 5为选通 门,当无人抢答时,G 4=O ,G 5被封锁,三极管V T 截止;当有人抢答时,G 4=l ,G 5打 开,由555时基电路构成的多谐振荡器输出的方波使三极管V T 间歇导通,扬声器发 出声响。
抢答过程为:主持人先按动按钮S ,所有触发器清零,于是1321===Q Q Q ,指 示灯均不亮,且G 4=0、G 6=0,V T 截止。
抢答开始后,如A 参赛者先按动按钮,则G 1向触发器FF1S D ¯端提供一个置位脉冲,使触发器FF1的输出端01=Q ,LED 1亮,G 4=1, G 5打开,555电路组成的振荡器输出的方波通过G 6送到三极管V T ,使V T 间歇导通,扬声器发出声响。
同时,由Q 1引至G 2与G 3的低电平使G 2与G 3的输出保持1,这时,即 使B 或C 继A 后被按动,FF Q 2和FF Q 3的状态也不会改变(这种方式叫互锁),实现了 指示先抢答者的目的。
2.IC 管脚功能图(见本书附录)三、仪器、设备及元器件清单仪器、设备: 直流电源 1台 示波器 1台 万用表 1只 元器件清单:表4-1四、组装与调试1.按图4-1在万能板上组装电路。
(1)因元器件较多,首先应在草稿纸上进行元器件的布局、布线。
(2)通过一次布局、布线可能还不行,需进行多次改进,使布局合理,连线最短。
(3)为避免连线太长或无法连线,可采用“跳线”的办法,但不宜太多。
(4)按草稿上最合理的方案在电路板上进行焊接组装。
2.仔细检查无误后再通电试验。
先按一下S 健,所有发光二极管不亮,喇叭不响, 然后按下SA 、SB 、SC 中任意一个健,相应的发光二极管应亮且喇叭发出响声, 这时如按其它任何健均应不起作用,则说明电路组装成功。
3.如有问题,则要检查电路元器件是否插错,连线是否连错,焊接是否有虚焊等焊接序号 名 称 与 规 格代 号 数 量 备 注 1 电阻器 RT-1/4W-220Ω±5% R 2—R4 3只 2 -470Ω±5% R 5—R 7 3只 3 -2K Ω±5% R 10 1只 4 -5.1K Ω±5% R 8—R 9 2只 5 -10K ±5%R 1 1只 6 电容器 CC-63V-0.01µC 1 1只 7 -0.1µC 21只 8 发光二极管(红色) LED1-LED3 3只 9 晶体三极管 3DG12 VT 1只 10 集成电路 74LS00IC 5 1只 11 74LS10 IC 3-4 2只12 74LS74 IC 1-2 1只 双D 触发器 13 NE555 IC 6 1只 14 万能印制板(150×100mm 2)1块 15 跨接线J 若干根 16 扬声器 8Ω/0.5WB1只 17 按钮开关S 、SA-SC 4只问题。