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1、多功能流水灯设计报告——数字电子线路实验设计报告一、设计任务及要求:1、任务：设计一个彩灯流水控制电路，其主要部分实现定时功能，即在预定的时间到来时，如何产生一个控制信号控制彩灯的流向、间歇等，可通过利用中规模集成电路中可逆计数器和译码器来实现正、逆流水功能，利用组合电路实现自控、手控、流向控制等功能。2、设计要求：（1）基本要求设计一个彩灯控制电路，能使彩灯的流向可以变化。可以正向流水，也可以逆向流水。灯流动的方向可以手控也可以自控，自控的往返变化时间为5秒。彩灯可以间歇流动，10秒间歇1次，间歇时间为1秒。（1）发挥部分彩灯的流速可以改变。设计显示图案循环
2、的控制电路。一、方案设计1、可能实现的设计方案（1）利用单片机实现设计系统的基本框图：优势：实际电路较为简单；可实现的功能也较多，例如可以实现不同的显示图案等。不足：现阶段的学习还未涉及单片机，在程序编写方面有一定难度；因为本门课为“数字电子线路”，如果用单片机设计，可能并不会使用到很多数电逻辑电路设计方面的知识，无法将理论知识应用到实际之中。(2)利用一些简单常见的集成芯片实现设计基本系统框图反馈信号优势：原理较为简单直观，易于理解；可以将所学的数电知识应用其中。不足：电路较为复杂，所用的元器件较多；能实现的功能较为有限。综合上诉，最终选用了第二种方案，即利
3、用一些简单常见的集成芯片来实现流水灯的设计。一、电路设计1、脉冲信号的产生本设计中脉冲信号是由NE555所构成的多谐振荡器来产生的。示意图及元件参数如右图所示。计算可得：一个周期内低电平的持续时间：Tpl=R2C2×ln2≈0.7R2C2=0.7×1000×100×10-6s=0.07s一个周期内高电平的持续时间：Tph（max）=（R1+R2（max））C2ln2≈0.7（R1+R2（max））C2=0.7（10×103+20×103）×100×10-6S=0.21sTpl（min）=（R1+R2（min））C2ln2≈0.7（R1+R2（min））C2=0
4、.7（10×103+0）×100×10-6S=0.07s脉冲频率：fmin=1TPl+Tph（max）=10.07+0.21Hz=3.57Hzfmax=1Tpl+Tpl(min)=10.07+0.07Hz=7.14Hz2、流水功能的实现（1）选用的集成芯片：计数器CD4510管脚功能简介：1PE：置数，当输入为高电平是，Q1Q2Q3Q4从A1A2A3A4读入数据，低电平无效；6,11,14,2Q1—Q4：计数器输出端；4,12,13,3A1—A4：当置数使能端接高电平时，可以给计数器置入初值；5Ci:进位输入；7Co：进位输出；8Vss:接地；9MR:重置端，
5、当输入为高电平时，将计数器清零，低电平无效；10U/D：当输入为高电平时，计数器做加法计数，输入为低电平时，计数器做减法计数；15CLK:时钟信号输入端，输入信号每经历一个上升沿，计数器加一或减一；16Vcc：接正5V电源。译码器CD4028管脚功能简介：3,14,2,15,1,6,7,4,9,5Q0—Q9：译码输出端，高电平有效；8Vss：接地；10,13,12,11A,B,C,D：译码输入端，输入8421BCD码；16VDD：接正5V电源。D触发器1，2Q，Q：输出正端，输出负端；3CLK：时钟信号输入端，输入上升沿时，触发器从输入端D读入数据；4R：置0
6、端，当输入高电位时，将触发器置为0，低电平无效；5D：触发器输入端；6S：置1端，当输入高电平时，将触发器置为1，低电平无效.(2)单向流水功能实现电路其中，流水灯的流动速度可以通过对可变电阻RV1的调节来改变。（2）往返流水功能的实现电路分析：通过利用一个D触发器可以实现往返流动的功能，首先将触发器的输出负端与输入端想连公园成一个T’触发器，再将其将其置0端接到译码器的Q0端，时钟输入端接到Q9，输出端接到4510的U/D端，这样当计数器加到9，给了触发器一个上升沿，触发器翻转，计数器由加变减；计数器计到0时，给触发器一个置0信号，触发器置0，计数器由减变加
7、。由此实现了往返流动的功能。2、间歇功能的实现如下图所示，间歇功能可以通过第二个NE555来实现，这个NE555同样接成多谐振荡器，其输出端接到第一个NE555的4脚置0端。由此来实现控制第一个NE555是否输出脉冲信号，间歇及流动的时间均可以通过改变可变电阻RV2来调节。3、扩展功能的实现：（1）单脉冲功能的实现电路分析：将NE555的TR端与TH端断开，再将其与一个微动开关连接起来，开关闭合时，TR端接低电平；开关断开时，TR端接高电平。这样，通过一次按压微动开关，可以给TR端一个单脉冲，从而使流水灯向前移动一次。（2）全亮，闪烁，全灭功能的实现：如下图所
8、示在译码器输出端驱动LED之前在加一个
