河南理工大学电子技术课程设计报告心形流水灯姓名：明*学号：************专业班级：电气10-7班指导老师：**所在学院：电气工程与自动化学院、目录摘要 (3)一、设计指标(要求) (4)二、系统框图 (4)三、各单元电路设计、参数计算和元器件选择3.1 脉冲产生电路 (5)3.2 复位电路 (8)3.3 分频电路 (8)3.4 移位控制电路 (10)3.5 显示部分 (11)四、电路图及工作原理 (12)五、元器件清单 (12)六、实际PCB图或布线 (13)七、设计总结7.1 电路的特点和方案的优缺点 (13)7.2 心得体会 (14)八、参考文献 (15)摘要随着时代的进步，人们审美方式的提高，流水灯在都市生活中扮演着愈加不可或缺的角色。

酒店，婚庆，酒吧，ＫＴＶ，广场，商场，招牌等场所的流星雨灯条、流水瀑布灯、月花灯等，给人以繁星闪耀，流水似瀑的感觉。

而彩色LED闹钟，手机外壳的跑马灯的应用点缀了我们的日常生活。

流水灯的控制方法可通过多种方法实现，但相对现代可编程控制器而言，利用移位寄存器实现最为便利。

通常用左移寄存器实现灯的单方向移动，通过双向移位寄存器实现灯的双向移动。

此次课程设计，是通过制作四路流水灯来实现18个LED心形灯的控制。

关键词：双向移位寄存器，NE555脉冲电路，LED灯。

一、 设计指标（1）输出为4路（18个）LED 灯；（2）要求能实现左移右移功能，左右移自动切换； （3）移动速度可调节（4）每个循环左移和右移的步数和变化规律自定。

二、系统框图三、各单元电路设计及参数计算3.1脉冲产生电路由555定时器组成时钟发生电路，为整个电路提供所需的时钟信号CP 。

（1）NE555内部结构555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路,其内部结构如图（A ） 及管脚排列如图（B ）所示。

它由分压器、比较器、基本R--S 触发器和放电三极管等部分组成。

分压器由三个5K 的等值电阻串联而成。

分压器为比较器1A 、2A 提供参考电压，比较器1A 的参考电压为23cc V ，加在同相输入端，比较器2A 的参考电压为13cc V，加在反相输入端。

比较器由两个结构相同的集成运放1A 、2A 组成。

高电平触发信号加在1A 的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R--S 触发器_D R 端的输入信号；低电平触发信号加在2A 的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R —S 触发器_D S 端的输入信号。

基本R--S 触发器的输出状态受比较器1A 、2A 的输出端控制。

（2）NE555构成的多谐振荡器工作原理由555定时器组成的多谐振荡器如图(C)所示，其中R1、R2和电容C 为外接元件。

其工作波如图(D)所示。

设电容的初始电压c U ＝０，t ＝０时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端TH V ＝TL V ＝０<13ＶＣＣ，比较器Ａ1输出为高电平，Ａ２输出为低电平，即_1D R =，_D S =（1表示高电位，0表示低电位），R S -触发器置１，定时器输出01u =此时_0Q =，定时器内部放电三极管截止，电源cc V 经1R ，2R 向电容Ｃ充电，c u 逐渐升高。

当c u 上升到13cc V 时，2A 输出由０翻转为１，这时__1D D R S ==，R S -触发顺保持状态不变。

所以0<t<1t 期间，定时器输出0u 为高电平１。

1t t =时刻，c u 上升到23cc V ，比较器1A 的输出由１变为０，这时_0D R =，_1D S =，R S -触发器复０，定时器输出00u =。

12t t t <<期间，_1Q =，放电三极管Ｔ导通，电容Ｃ通过2R 放电。

c u 按指数规律下降，当c u <23cc V 时比较器1A 输出由０变为１，Ｒ－Ｓ触发器的_D R =_1D S =，Ｑ的状态不变，0u 的状态仍为低电平。

2t t =时刻，c u 下降到13cc V ，比较器2A 输出由1变为0，R---S 触发器的_D R =1，_D S =0，触发器处于1，定时器输出01u =。

此时电源再次向电容C 放电，重复上述过程。

通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出01u =，电容放电时，0u =0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。

多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。

⑶ 振荡周期由图（D ）可知，振荡周期12T T T =+。

1T 为电容充电时间，2T 为电容放电时间。

充电时间 11212()ln 20.7()T R R C R R C =+≈+ 放电时间 222ln 20.7T R C R C =≈矩形波的振荡周期121212ln 2(2)0.7(2)T T T R R C R R C =+=+≈+ 因此改变1R 、2R 和电容C 的值，便可改变矩形波的周期和频率。

对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数：占空比q ，q=（脉宽w t ）/8（周期T ），w t 指输出一个周期内高电平所占的时间。

图（C ）所示电路输出矩形波的占空比111212122T T R R q T T T R R +===++。

本设计中NE555的元器件及参数选择、计算如下：矩形波的振荡周期T=0.7×（1000+2×75000）×0.00001≈1 S3.2复位电路按钮开关启动全电路的清零电路。

电路中所有芯片的清零端接在一起，当按钮动作，直接清零，使电路回复初始状态。

3.3分频电路分频电路有74LS161与74LS112组成。

74LS161对脉冲进行十六分屏；74LS112再分别进行一次二分频；(1)74LS112 双JK触发器74LS112引脚图(2)74LS161可予制四位二进制异步清除计数器74LS161引脚图输入输出C R CP LD EP ET D3D2D1D0Q3 Q2Q1Q00 Ф Ф Ф Ф Ф Ф Ф Ф 0 0 0 01 ↑ 0 Ф Ф d c b a d c b a1 ↑ 1 0 Ф Ф Ф Ф Ф Q3 Q2Q1Q01 ↑ 1 Ф 0 Ф Ф Ф Ф Q3 Q2Q1Q01 ↑ 1 1 1 Ф Ф Ф Ф 状态码加174LS161功能表从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。

3.4移位控制电路74LS194 双向移位寄存器移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下一次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广。

74LS194引脚图D0~D3：并行输入端； Q0~Q3：并行输出端；S0、S1：操作模式控制端；：为直接无条件清零端；S R：右移串行输入端 S L：左移串行输入端； CP：时钟脉冲输入端；74LS194的模式控制和状态控制表利用移位寄存器可构成环形和扭环形计数器。

可先使S0=S1=1，并行输入预置数值，再改变S0和S1的电平，实现左移或右移状态。

若把移位寄存器的输出以一定方式反馈到串行输入D SR端或D SL端，就可以构成移位寄存器型计数器。

例如，将74LS194的Q3接到D SR端，可得到模4的环形计数器（不可自启动）；将Q3端通过一个非门接到D SR端，则可得到模8的扭环形计数器（不可自启动）。

用一片74LS194及门电路构成一个课实现7分频或8分频器。

7分频器的分频信号由Q2输出，同时将Q2、Q3输出通过与非门后接入D SR端，S0S1=10。

8分频器的分频信号由Q3取非后输出，同时将该信号送入D SR端，S0S1=10。

3.5显示部分现实电路中，LED1=QA,LED2=QB,LED3=QC,LED4=QD，SR=NOT（QA·QB·QC），SL=NOT（QB·QC·QD）。

在初始状态或清零时，SR=0，SL=0,S1=0,S0=1,74LS194实现对数字右移输入，所以在CP 脉冲的作用下，四个LED灯的状态由1111（初状态）→0111→0011→0001。

此时SR=1，结合功能表克制、、可知QA、QB、QC、QD的输出状态将变为1、QAn、QBn、QCn。

在S1、S0状态没有改变之前，LED灯将在S1、S0的控制下实现右移；在32S时（从上电的那一刻开始计时），S1=1,S0=0,LED灯的状态刚好为1000（此时SL=1），下一个脉冲到来之后SL=0，结合功能表可知QA、QB、QC、QD的输出状态将变为QBn、QCn、QDn、1，LED灯将在S1、S0的控制下实现左移。

四、电路图及工作原理五、元器件清单⑴+5V直流稳压电源⑵红色LED灯，18个；⑶按钮开关，1个；⑷NE555芯片，1块；⑸74LS20, 1块；⑹74LS161,1块；⑺74LS191,1块；⑻74LS112,1块；⑼10uf电解质电容，2个；⑽电阻：1K-2个、75K-1个、510-4个。

六、实物图七、设计总结7.1 电路的特点和方案的优缺点优点1：电路的四个LED灯可以通过并联拓展出更多的LED灯，由于LED灯是并联，故不用担心分压的问题。

优点2：NE555脉冲产生电路将75K电阻两端并联一个100K的电位器，可以通过调节电位器进而调节脉冲周期，最终实现调节流水灯快慢的功能。

缺点1：在布局的时候没有预先合理布局，只追求了正面排布的规则，导致后面的线过纷乱复杂。

缺点2：在焊接导线的选择上，选了偏硬的网线中的导线，而没有选择排线，虽然一定程度上降低焊接难度，但是却导致了后面线出现了蓬乱的情况。

7.2 心得体会通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关数字电路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。

实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。