哈工大电工自主设计实验-彩灯控制

姓名班级学号

实验日期节次教师签字成绩

实验名称：循环彩灯控制电路设计

一.实验目的

1.巩固和加深所学电子技术课程的基础知识，提高综合运用所学知识的能力；

2.培养学生的自主学习能力、实践能力和创新能力；

3.通过对设计方案的分析、元件的选择及对电路的调试等环节，培养自主进行科学实验的能力。

二.总体设计方案或技术路线

1.整体设计方案

(1)目标功能：

控制及输出元件设置：左移按钮A、右移按钮B、复位按钮C，彩灯L0~L7，数码管一个，实验箱提供的1Hz方波作为时钟脉冲。

功能要求：

1、按下复位按钮C，八位彩灯全灭，数码管显示数字清零。

2、复位后，按住左移按钮A一段时间，则从彩灯行的右端开始亮起并随时钟脉冲左移，亮起彩灯的个数视按住按钮A的时长而定，松开按钮A后亮起的灯的总个数不变，且在彩灯行中一直环状循环移动。

3、复位后，按下右移按钮B，变化方式与按下A时对称。

4、数码管显示当次操作所点亮的彩灯个数。

(2)技术路线：八位彩灯通过两个74LS194芯片的输出口控制亮灭，因74LS194有移位操作故容易实现流水灯的移动方式。按钮A和B既通过DSL/R控制彩灯亮起，又与时钟脉冲通过与非门处理送入计数器74LS161，再通过集成数码显示管显示出亮起彩灯的个数（0~8)。三个主要芯片统一使用按钮C进行复位。再将A、B给出的信号接至J-K触发器的J、K端，输出Q与-Q用于控制74LS194的左移/右移，接至S1/S0端。对于未经复位按下A/B键或同时按下A、B键的情况不予考虑。

2.设计原理

电路主要分为两部分：以74LS194为主的彩灯控制部分；以74LS161为主的计数部分。

彩灯控制部分：彩灯L0~L3分别由74LS194<1>的Q0~Q3控制，彩灯L4~L7分别由74LS194<2>的Q0~Q3控制。将74LS194<2>的右移输入端DSR<2>与74LS194<1>的Q3相连，再将74LS194<1>的左移输入端DSL<1>与74LS194<2>的Q0相连，这样左移和右移时信号都能在芯片间传递，完成两部分彩灯的接续。同理若将DSL<2>与74LS194<1>的Q0相连、DSR<1>与74LS194<2>的Q3相连，则彩灯链闭合，但因DSR<1>、DSL<2>还要与开关电平信号相连，为避免开关电平信号影响彩灯L0与L7，故用或门隔开，使得L7和信号B均能对DSR<1>作用,L0和信号A均能对DSL<2>作用。然后是左移右移操作的控制。此处采用一个J-K触发器，将信号A接入K端，信号B接入J端，输出Q接至两个74LS194的S0端，Q非接至两个74LS194

的S1端，SD、RD接高电平，则按下按钮A时两个74LS194均处于左移状态，松开按钮A后仍保持左移状态。按钮B同理。

计数部分：将A、B的信号分别和1Hz时钟信号输入与非门1、2，两个输出再输入与非门3，将与非门3的输出接至74LS161的时钟/计数输入端，这样当按钮A或B被按下期间，只要有时钟脉冲到来，计数器对应的显示数字就会加一，同时一个彩灯亮起。

最后是复位操作，由于3个主要芯片的复位端均为低电平复位，只需将3个芯片的复位端均接在电平按钮C非上，即可达到按下按钮C就使电路复位的功能。

三.实验电路图

见下页电路图

四. 仪器设备名称、型号

1）集成寄存器74LS194 (2片)；

2）同步集成计数器74LS161 (1片)；

3）集成J-K触发器74LS112 (1片)；

4）两端输入四与非门74LS00 (1片)；

5）两端输入四或门74LS32 (1片)；

6）电子技术实验箱；

7）VC97万用表；

8）导线等；

五.理论分析或仿真分析结果

图示即为开关B闭合一段时间后断开的运行状态截图，电路模拟正常。

六.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）

七.实验结论

八.实验中出现的问题及解决对策

九.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议

十．参考文献

[1] 杨世彦. 电工学（中册）电子技术. 北京：机械工业出版社，2008：99-176.

(1)调节实验用直流电源，供电线连接至实验箱，检查实验箱基本功能是否正常。

(2)检查导线是否正常导通。

(3)将各芯片置于芯片座上，连接各芯片的电源。

(4)连接两个74LS194芯片的相关连线，S0、S1暂接至数据开关上，测试移位功能。

(5)用或门接入A、B信号与对应的DSL/R,构成环形寄存器。

(6)连接74LS138芯片的相关连线，测试计数功能，测试数码管显示功能。

(7)连接74LS112芯片的相关连线，将J-K触发器连入电路控制S0、S1。

(8)根据设定的目标功能检查电路，测试目标功能是否一一实现。

(9)进行实验验收，对实验进行总结。

问题一：开始连接寄存器时未使用或门，导致电平信号A、B与输出端L0、L7相互影响。

解决对策：加入或门(74LS32),将输出端L0、L7与信号端A、B隔开。

问题二：数码显示管只显示奇数或只显示偶数。

解决对策：经排除法检查，发现161芯片管脚与实验箱插接部分接触不良，调整后解决。

问题三：如果在时钟高电平时按下按钮A或B一段时间，计数器记录的个数比实际亮起的灯数多一。

解决对策：分析成因，因为寄存器的移位只在时钟信号的上升沿进行，在上升沿过后下降沿未到来时按下按钮，计数器仍收到上升沿信号而计数，所以计数器计数而对应灯不亮，结果计数比实际灯数多一。为规避此种情况，只在时钟处于低电平时按下按钮。