综合型实验二流水灯

综合型实验二流水灯

一、实验目的

（1）学习流水灯的设计安装调试方法，掌握复杂电路安装与排错的一般步骤。

（2）进一步学习555定时器、JK触发器及、74LS194双向移位寄存器的使用；

二、设计任务与要求

（1）任务

1）用所提供芯片设计一个流动彩灯控制器。

2）画出电路图，进行仿真调试。

3）在面包板上插接电路，进行实际电路调试。

（2）要求

1）输出为4路LED灯。

2）要求能实现左移右移功能，左右移自动切换。

3）移动速度为每秒一位；

4）每个循环左移和右移的步数和变化规律自定。

*5）学生也可以根据自己兴趣设计不同效果的流水灯，要求在报告册中说明原理。（器件清单以外的器件自备）

二、实验原理与参考电路

图4是流水灯控制电路的参考图。在逻辑功能上是由时钟发生电路、复位电路、分频电路、控制电路及显示电路五部分组成，结构如图1所示：

时钟发生电路

复位

电路控制电路

分频

电路

显示电

路

图1 流水灯结构示意图

（1）时钟发生电路

图4中单元一为555定时器构成的时钟发生电路，为整个电路提供所需的时钟信号CP。

（2）复位电路

图4中的单元五为全电路的清零电路，它将电路中所有芯片的清零端接在一起，按下按键，直接清零，使电路恢复初始状态。

（3）分频电路

图4中的单元二为分频电路主要是由74LS161与74LS112组成。

74LS161为四位二进制计数器，可以作为分频器来使用。161的芯片资料与功能就不再列出，要求学生自己通过查找相关资料来了解其功能及扩展。

74LS112为双JK 边沿触发器，其连接成为一个两位异步二进制加法计数器，再次对送入1CLK 脚的脉冲进行了分频，具体的分频操作如下：

当74LS161的~LOAD 、~CLR 、ENT 、ENP 全取1时，161实现计数功能，当CP 出现一个上升沿，Q0记一次数，同样的可知当CP 过来8个上升沿时，Q3才从0跳变到1，就等于对CP 进行了16分频；同样的，Q3脚输出的脉冲送入到了由JK 触发器组成的两位二进制计数器中，进一步对Q3输出的脉冲进行了4分频。

所以通过分频电路完成了对CP 脉冲的64分频，CP 原周期为1S ，经过分频后，2Q 与~2Q 的脉冲周期为64Ｓ，分频电路的时序图如下：

图２ 分频电路的时序图

（4）控制电路 图4中的单元三为控制部分，控制部分的核心为74LS194，集成的双向移位寄存器，逻辑功能示意图如图3所示，功能表如表1所示：

图3 74LS194逻辑功能示意图

输入

输出

工作模式

清零

控制

串行输入

时

钟

并行输入

CLR

S1

S0

SL SR

CL

K D0 D1 D2 D3

Q0 Q1 Q2

Q3 Q3脉冲 Q3脉冲 2Q 脉冲

CP 脉冲

0 X X X X X X X X X 0 0 0 0 异步清零

1 0 0 X X X X X X X

Q 0n Q 1n Q 2n

Q 3n 保 持

1 1

0 1 0 1

X 1 X 0

↑ ↑

X X X X X X X X

1 Q 0n Q 1n

Q 2n

0 Q 0n Q 1n

Q 2n

右移，SR 为串行

输入，Q3为串行输

出

1 1

1 0 1 0

1 X 0 X

↑

↑

X X X X X X X X

Q 1n Q 2n Q 3n

1

Q 1n Q 2n Q 3n 0

左移，SL 为串行输

入，Q0为串行输出

1 1 1 X X ↑ D0 D1 D

2 D

3 D0 D1 D2 D3 并行置数

表1 74LS194功能表

74LS194的具体功能就不再累述，流水灯主要是应用了它的移位寄存功能，

其S1脚与2Q 相连接，S0与~2Q 相连接。由此我们可以看出分频电路的主要作用不是分频，而是改变S1与S0的状态，结合时序图与功能表可知分频电路使得：在前32S ，S1=0，S0=1,194实现右移；之后32S 内，S1=1，S0=0,194实现左移。

所以在控制电路的作用下，流水灯可以实现在32S 内向左流动，紧接着的32S 内向左流动的效果。 （5）显示部分

图4中的单元四为显示部分，由图可知LED1=Q0，LED2=Q1，LED3=Q2，LED4=Q3，210Q Q Q SR ⨯⨯=，321Q Q Q SL ⨯⨯=。

在初始状态或清零时，SR=1，SL=1，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0000（初状态）→1000→1100→1110，此时SR=0，结合功能表可知Q0、Q1、Q2、Q3的输出状态将变为0、Q 0n 、Q 1n 、Q 2n ，之后（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0111，SL=1，下一个脉冲到来之后，SL=0，结合功能表可知Q0、Q1、Q2、Q3的输出状态将变为Q 1n 、Q 2n 、Q 3n 、0，LED 灯将在S1、S0的控制下实现左移。