课 程 设 计
学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师
年
月
日
目录
1设计意义与要求 ................................................................................................ 1
1.1设计意义 ................................................................................................. 1 1.2设计要求 ................................................................................................. 1 2方案设计 ............................................................................................................ 2
2.1设计思路 ................................................................................................. 2 2.2设计框图 ................................................................................................. 2 2.3方案设计 ................................................................................................. 3 2.4方案比较 ................................................................................................. 4 3部分电路设计 .................................................................................................... 6
3.1 74LS194移位寄存器 ............................................................................. 6 3.2脉冲数出电路 ......................................................................................... 7 3.3四输入与非门（74HC4002） ............................................................... 9 4 调试与检测 ..................................................................................................... 11
4.2 调试与运行结果 . ................................................................................ 11 结束语（体会与总结） ..................................................................................... 12 参考文献 ............................................................................................................. 13
1设计意义与要求
1.1设计意义
自动控制的出现，使静态的灯变成动态起来，增添了世界的活力。而作为现代大学生，实践动手能力尤为重要，通过本次课程设计，用利于我们运用所学知识，做到学以致用，让我们不止局限于课本理论知识。。
通过这次设计我对74系列的一些芯片的运用有了更深的理解，锻炼了自己的思维能力使自己对课本学的知识得到更深的理解与运用。
1.2设计要求
1）现有12只彩灯，红－绿－蓝－红－绿－蓝－红－绿－蓝―红－绿－蓝排成一条直线，试设计一控制电路，要求彩灯能实现如下追逐图案； 2）红绿2种灯从前往后驱动点亮闪烁，每0．5秒往前进一步； 3）蓝灯从后往前驱动点亮闪烁，每0．5秒进一步；
4）霓虹灯控制工作状态按照上述2至3步自动重复循环，另外，还可以自行编制各种彩灯追逐图案。
5）严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。
2方案设计
2.1设计思路
1. 根据课程设计要求②③：以0.5秒为一个脉冲，需要产生一个脉冲源，可以用555定时器构成多谐振荡器电路，利用合适的电阻和电容产生2HZ 的方波。
2. 根据课程设计要求②③：红绿灯从前往后依次亮，黄灯从后往前亮，并且同步发生，可以用一个芯片同时接到灯摆放的顺序为红绿黄一组，共四组的电路上。
3. 根据课程设计要求④：要实现整个电路的循环，须利用产生的信号到某一步后反馈使芯片清零使整个电路的工作状态重置。
2.2设计框图
2.3方案设计
2.3.1
设计方案一电路图
图1 个人霓虹灯控制设计电路
本电路是由555定时器组成2HZ 的脉冲信号，通过一个与门U2来控制整个电路的开关。在正常工作状态下，脉冲信号连接74LS194的CP ，使芯片在上升沿触发，构成同步时序逻辑电路。计数器工作之前应先进行置数。置成0001。S0为1，与非门74HC4002来控制S1的高低电位，以实现芯片的右移和重新置数功能。通过开关控制使能端MR 的高低电位以实现芯片的开关，MR=0时，两个触发器均被复位，寄存器内寄存的全部数据均被清零。只有MR=1时，寄存器才能正常工作。2SR 用来辅助芯片完成置数。通过芯片74LS194中的Q0，Q1，Q2，Q3分别来控制12盏以红绿黄为一组的灯的亮灭，芯片的Q0，Q1，Q2，Q3依次为高电位，使灯以红绿蓝为一组依次亮灭。这样就能完成设计要求。
2.3.2小组设计方案二电路图
本电路是由555定时器组成2HZ 的脉冲信号，在正常工作状态下，脉冲信号连接74LS194的CP ，使芯片在上升沿触发。计数器工作之前应先进行置数。置成0001。S0,MR 为1。通过开关控制使能端S1的高低电位以实现芯片的重新置数和右移。S1=1时，触发器均被复位重新置数为0001。只有S1=0时，寄存器才能正常工作, 有右移功能。2SR 做为Q3的反馈端，辅助芯片置数。通过芯片74LS194中的Q0，Q1，Q2，Q3分别来控制12盏以红绿蓝为一组的灯的亮灭，芯片的Q0，Q1，Q2，Q3依次为高电位，使灯以红绿蓝为一组依次亮灭。这样就能完成设计要求。
2.4方案比较
我设计的方案与小组设计的基础方案比较：由于开关控制的相当于一个产生低点位的装置，所以我的方案将芯片的MR 接到开关处，以实现灯的全灭和芯片的清零。与小组的直接接高位信号而导致关闭开关后灯依然会亮且打开后电路不能清零。
但小组的直接将脉冲源接到芯片上，而且少了芯片74HC4002的运用，还有器材也很少，虽然有点小缺陷，但总的来比较的话，两种方案的思路是不同的，所用的
元器件也是不相同。相对而言小组方案跟简单些用得芯片更少。有利于节省成本。
3部分电路设计
3.1 74LS194移位寄存器
74LS194是一种功能比较齐全的4位双向移位寄存器。它具有清除，保持，并行输入，右移位串行输入和左移位串行输入数据等五种功能。如表功能图。
MR 是清零端；
CLK 是脉冲输入端； S0，S1是工作状态控制端； SL 是左移时的串行输入端； SR 是右移时的串行输入端； Q0,Q1,Q2,Q3是并行输出端； D0,D1,D2,D3是并行输入端；
控制端M0，M1的四种状态，决定移位寄存器的四种工作状态:
M1=MO=0时或CLK=0，移位寄存器“禁止操作，输出端输出保持不变； M1=M0=1时，并行数据输入端D0,D1,D2,D3的数据在CLK 脉冲上升沿作用下，置入移位寄存器，并在输出端Q0,Q1,Q2,Q3显示；
M1=0，MO=1时，在CLK 脉冲上升沿作用下，移位寄存器进行右移操作；
M1=1，M0=0时，在CLK 脉冲上升沿作用下，移位寄存器进行左移操作；
此次引脚4，5，6接低点位，引脚3，9接搞电位，引脚10接反馈端，1接开关。计数器工作时的状态图如图：
输出的高电位使LED 灯亮，由于电位高低的循环，使灯的亮灭也准从一定的循环关系。
3.2脉冲数出电路
如图是555定时器构成的多谐振荡器的功能图。
555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0,输出为 0 电平。
定时器555通过外接电阻、电容与电位器构成多谐振荡器产生方波。电路图如上图
所示。
多谐振荡电路工作原理
接通电源后，电容C1放电，当VC 上升到2/3VCC时，放电三极管T 导通，此时VO 为低电压，电容C1通过R2和T 放电，使VC 下降。当VC 下降到（1/3）VCC 时，VO 翻转为高电平。电容器C 放电所需的时间为：tPL=R2Cln2可近似看成tPL=0.7R2C 当C 放
电结束时，T 截止，VCC 将通过R1、R2向电容器C1充电，VC 由（1/3）VCC 上升到（2/3）VCC 所需的时间为:tPH=(R1+R2)Cln2可近似看成tPH=0.7(R1+R2)C 而当VC 上升到（2/3VCC时，电路又翻转为低电平，如此周而复始，于是，在电路的输出端的矩形波。电路的工作波形如图2.8所示，其振荡频率为：f=1/( tPL+tPH)可近似看成f=1.43/[(R1+2R2)C]
由该公式可以算出R1=10K,R2=30K，C1=10uf时，f=2.06HZ，与给出的标准频率相近。
由于555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，故它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。并且电容C2起到抗干扰作用，提高整个电路的稳定性。
3.3四输入与非门（74HC4002）
只有输入全为1时，输出才为0。通过接受芯片输出端的信号来反馈控制是S1，能控制芯片的置数和右移。
3.4与门
由于输入有一端的输入信号是脉冲，通过控制另一端电位来控制输出，从而控制整个电路的工作与否。
当另一端输入为高电位，则输出的信号时和脉冲源的信号一致； 当另一端输入为低电位，则输出的信号为低电位，整个电路不工作。
4 调试与检测
4.1调试中的故障及解决方法
①通过PROTUES 仿真，发现555定时器并没有脉冲数出，无论怎改都不行。请同学来看，发现电源室直接放在总线旁边，导致没连接上。结果引一根线出来再连接到电源上，就成功了。
②开关接到低电位，电路暂停工作，但灯依然亮着，再打开开关后没有重新开始。经过思考后将MR 接到开关的一根导线上，通过开关能控制MR 的高低电位，从而达到理想中的结果。
③灯不亮，同样是像①中的问题，没有真正接到地，重新引一根导线接到地后正常工作。
4.2 调试与运行结果
当经过以上的调试纠错后，开关接到高电位，红绿2种灯从前往后驱动点亮闪烁，每0．5秒往前进一步，蓝灯从后往前驱动点亮闪烁，每0．5秒进一步，工作状态按照上述自动重复循环。
开关接到低电位，灯全部熄灭，并且与门输出为低电位，芯片接受不到脉冲。 开关再次接到高电位时，灯全部重新开始亮，并且其循环模式和上面的一样。 和课题要求的一致。
结束语（体会与总结）
做这个设计我从中获益很多：
1）以前对很多芯片一知半解，一些芯片的功能和作用都不是很理解。现在懂很多。而且有时是通过实践可以更加的了解自己不熟悉的东西，说明了实践的重要性。 2）在这次设计中，我明白了团队合作的重要性，大家会聚起来的智慧是伟大的。 3）在这次课程设计中，我查找很多资料，明白了以前很多未明白的地方。
4）在这次课程设计中，我学会了PROTUES 仿真软件，为以后自己做电路打下了基础。 5）在这次课程设计中，我知道并体会了课程设计的流程，在其中我们可能会遇到很多，但只要认真努力，一定会有成果的。
6）明白的东西，但我们要边学习便解决，这才是关键所在。
7）做实物时一定要细心耐心，可能会发生很多次错误，但一定要耐心检查，不可焦躁冷静对待，这样才能成功 总结
对我而言自己在这次课程设计中经历了很多，有欢笑，有痛苦。毕竟挫折也是一种财富。不管做什么事都要耐心细心。痛苦在成长过程中必不可少，但只要自己付出了，自己就一定会有收获。
参考文献
[1]周新民 《工程实践与训练教程》 武汉理工大学出版社 [2]刘可文 《数字电子电路与逻辑设计》 科学出版社 [3] 王源 《使用电路基础》 机械工业出版社
课 程 设 计
学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师
年
月
日
目录
1设计意义与要求 ................................................................................................ 1
1.1设计意义 ................................................................................................. 1 1.2设计要求 ................................................................................................. 1 2方案设计 ............................................................................................................ 2
2.1设计思路 ................................................................................................. 2 2.2设计框图 ................................................................................................. 2 2.3方案设计 ................................................................................................. 3 2.4方案比较 ................................................................................................. 4 3部分电路设计 .................................................................................................... 6
3.1 74LS194移位寄存器 ............................................................................. 6 3.2脉冲数出电路 ......................................................................................... 7 3.3四输入与非门（74HC4002） ............................................................... 9 4 调试与检测 ..................................................................................................... 11
4.2 调试与运行结果 . ................................................................................ 11 结束语（体会与总结） ..................................................................................... 12 参考文献 ............................................................................................................. 13
1设计意义与要求
1.1设计意义
自动控制的出现，使静态的灯变成动态起来，增添了世界的活力。而作为现代大学生，实践动手能力尤为重要，通过本次课程设计，用利于我们运用所学知识，做到学以致用，让我们不止局限于课本理论知识。。
通过这次设计我对74系列的一些芯片的运用有了更深的理解，锻炼了自己的思维能力使自己对课本学的知识得到更深的理解与运用。
1.2设计要求
1）现有12只彩灯，红－绿－蓝－红－绿－蓝－红－绿－蓝―红－绿－蓝排成一条直线，试设计一控制电路，要求彩灯能实现如下追逐图案； 2）红绿2种灯从前往后驱动点亮闪烁，每0．5秒往前进一步； 3）蓝灯从后往前驱动点亮闪烁，每0．5秒进一步；
4）霓虹灯控制工作状态按照上述2至3步自动重复循环，另外，还可以自行编制各种彩灯追逐图案。
5）严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。
2方案设计
2.1设计思路
1. 根据课程设计要求②③：以0.5秒为一个脉冲，需要产生一个脉冲源，可以用555定时器构成多谐振荡器电路，利用合适的电阻和电容产生2HZ 的方波。
2. 根据课程设计要求②③：红绿灯从前往后依次亮，黄灯从后往前亮，并且同步发生，可以用一个芯片同时接到灯摆放的顺序为红绿黄一组，共四组的电路上。
3. 根据课程设计要求④：要实现整个电路的循环，须利用产生的信号到某一步后反馈使芯片清零使整个电路的工作状态重置。
2.2设计框图
2.3方案设计
2.3.1
设计方案一电路图
图1 个人霓虹灯控制设计电路
本电路是由555定时器组成2HZ 的脉冲信号，通过一个与门U2来控制整个电路的开关。在正常工作状态下，脉冲信号连接74LS194的CP ，使芯片在上升沿触发，构成同步时序逻辑电路。计数器工作之前应先进行置数。置成0001。S0为1，与非门74HC4002来控制S1的高低电位，以实现芯片的右移和重新置数功能。通过开关控制使能端MR 的高低电位以实现芯片的开关，MR=0时，两个触发器均被复位，寄存器内寄存的全部数据均被清零。只有MR=1时，寄存器才能正常工作。2SR 用来辅助芯片完成置数。通过芯片74LS194中的Q0，Q1，Q2，Q3分别来控制12盏以红绿黄为一组的灯的亮灭，芯片的Q0，Q1，Q2，Q3依次为高电位，使灯以红绿蓝为一组依次亮灭。这样就能完成设计要求。
2.3.2小组设计方案二电路图
本电路是由555定时器组成2HZ 的脉冲信号，在正常工作状态下，脉冲信号连接74LS194的CP ，使芯片在上升沿触发。计数器工作之前应先进行置数。置成0001。S0,MR 为1。通过开关控制使能端S1的高低电位以实现芯片的重新置数和右移。S1=1时，触发器均被复位重新置数为0001。只有S1=0时，寄存器才能正常工作, 有右移功能。2SR 做为Q3的反馈端，辅助芯片置数。通过芯片74LS194中的Q0，Q1，Q2，Q3分别来控制12盏以红绿蓝为一组的灯的亮灭，芯片的Q0，Q1，Q2，Q3依次为高电位，使灯以红绿蓝为一组依次亮灭。这样就能完成设计要求。
2.4方案比较
我设计的方案与小组设计的基础方案比较：由于开关控制的相当于一个产生低点位的装置，所以我的方案将芯片的MR 接到开关处，以实现灯的全灭和芯片的清零。与小组的直接接高位信号而导致关闭开关后灯依然会亮且打开后电路不能清零。
但小组的直接将脉冲源接到芯片上，而且少了芯片74HC4002的运用，还有器材也很少，虽然有点小缺陷，但总的来比较的话，两种方案的思路是不同的，所用的
元器件也是不相同。相对而言小组方案跟简单些用得芯片更少。有利于节省成本。
3部分电路设计
3.1 74LS194移位寄存器
74LS194是一种功能比较齐全的4位双向移位寄存器。它具有清除，保持，并行输入，右移位串行输入和左移位串行输入数据等五种功能。如表功能图。
MR 是清零端；
CLK 是脉冲输入端； S0，S1是工作状态控制端； SL 是左移时的串行输入端； SR 是右移时的串行输入端； Q0,Q1,Q2,Q3是并行输出端； D0,D1,D2,D3是并行输入端；
控制端M0，M1的四种状态，决定移位寄存器的四种工作状态:
M1=MO=0时或CLK=0，移位寄存器“禁止操作，输出端输出保持不变； M1=M0=1时，并行数据输入端D0,D1,D2,D3的数据在CLK 脉冲上升沿作用下，置入移位寄存器，并在输出端Q0,Q1,Q2,Q3显示；
M1=0，MO=1时，在CLK 脉冲上升沿作用下，移位寄存器进行右移操作；
M1=1，M0=0时，在CLK 脉冲上升沿作用下，移位寄存器进行左移操作；
此次引脚4，5，6接低点位，引脚3，9接搞电位，引脚10接反馈端，1接开关。计数器工作时的状态图如图：
输出的高电位使LED 灯亮，由于电位高低的循环，使灯的亮灭也准从一定的循环关系。
3.2脉冲数出电路
如图是555定时器构成的多谐振荡器的功能图。
555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0,输出为 0 电平。
定时器555通过外接电阻、电容与电位器构成多谐振荡器产生方波。电路图如上图
所示。
多谐振荡电路工作原理
接通电源后，电容C1放电，当VC 上升到2/3VCC时，放电三极管T 导通，此时VO 为低电压，电容C1通过R2和T 放电，使VC 下降。当VC 下降到（1/3）VCC 时，VO 翻转为高电平。电容器C 放电所需的时间为：tPL=R2Cln2可近似看成tPL=0.7R2C 当C 放
电结束时，T 截止，VCC 将通过R1、R2向电容器C1充电，VC 由（1/3）VCC 上升到（2/3）VCC 所需的时间为:tPH=(R1+R2)Cln2可近似看成tPH=0.7(R1+R2)C 而当VC 上升到（2/3VCC时，电路又翻转为低电平，如此周而复始，于是，在电路的输出端的矩形波。电路的工作波形如图2.8所示，其振荡频率为：f=1/( tPL+tPH)可近似看成f=1.43/[(R1+2R2)C]
由该公式可以算出R1=10K,R2=30K，C1=10uf时，f=2.06HZ，与给出的标准频率相近。
由于555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，故它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。并且电容C2起到抗干扰作用，提高整个电路的稳定性。
3.3四输入与非门（74HC4002）
只有输入全为1时，输出才为0。通过接受芯片输出端的信号来反馈控制是S1，能控制芯片的置数和右移。
3.4与门
由于输入有一端的输入信号是脉冲，通过控制另一端电位来控制输出，从而控制整个电路的工作与否。
当另一端输入为高电位，则输出的信号时和脉冲源的信号一致； 当另一端输入为低电位，则输出的信号为低电位，整个电路不工作。
4 调试与检测
4.1调试中的故障及解决方法
①通过PROTUES 仿真，发现555定时器并没有脉冲数出，无论怎改都不行。请同学来看，发现电源室直接放在总线旁边，导致没连接上。结果引一根线出来再连接到电源上，就成功了。
②开关接到低电位，电路暂停工作，但灯依然亮着，再打开开关后没有重新开始。经过思考后将MR 接到开关的一根导线上，通过开关能控制MR 的高低电位，从而达到理想中的结果。
③灯不亮，同样是像①中的问题，没有真正接到地，重新引一根导线接到地后正常工作。
4.2 调试与运行结果
当经过以上的调试纠错后，开关接到高电位，红绿2种灯从前往后驱动点亮闪烁，每0．5秒往前进一步，蓝灯从后往前驱动点亮闪烁，每0．5秒进一步，工作状态按照上述自动重复循环。
开关接到低电位，灯全部熄灭，并且与门输出为低电位，芯片接受不到脉冲。 开关再次接到高电位时，灯全部重新开始亮，并且其循环模式和上面的一样。 和课题要求的一致。
结束语（体会与总结）
做这个设计我从中获益很多：
1）以前对很多芯片一知半解，一些芯片的功能和作用都不是很理解。现在懂很多。而且有时是通过实践可以更加的了解自己不熟悉的东西，说明了实践的重要性。 2）在这次设计中，我明白了团队合作的重要性，大家会聚起来的智慧是伟大的。 3）在这次课程设计中，我查找很多资料，明白了以前很多未明白的地方。
4）在这次课程设计中，我学会了PROTUES 仿真软件，为以后自己做电路打下了基础。 5）在这次课程设计中，我知道并体会了课程设计的流程，在其中我们可能会遇到很多，但只要认真努力，一定会有成果的。
6）明白的东西，但我们要边学习便解决，这才是关键所在。
7）做实物时一定要细心耐心，可能会发生很多次错误，但一定要耐心检查，不可焦躁冷静对待，这样才能成功 总结
对我而言自己在这次课程设计中经历了很多，有欢笑，有痛苦。毕竟挫折也是一种财富。不管做什么事都要耐心细心。痛苦在成长过程中必不可少，但只要自己付出了，自己就一定会有收获。
参考文献
[1]周新民 《工程实践与训练教程》 武汉理工大学出版社 [2]刘可文 《数字电子电路与逻辑设计》 科学出版社 [3] 王源 《使用电路基础》 机械工业出版社