数字电子电路课程设计流动式文字发光器.doc

数字电子电路课程设计流动式文字发光器

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12

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数
电
课
程
设
计
班 级： 电气（二)班
姓 名:
学 号： 0480100074
指导老师：

目 录

1．课 程 名 称
2．内 容 摘 要
3．设 计 内 容 及 要 求
4．数 字 钟 基 本 原 理
5 画 出 原 理 总 图
6. 组 装 调 试 内 容
7 系 统 需 要 的 元 器 件 清 单
8 收 获 和 体 会

一 设计题目
流动式文字的发光
二 内容摘要：
设计小型数字装置实现一个文字依次移动发光的效果，在这里我们是在接通开关期间,不断重复实现“S-T—O—P-熄灭”这样的动作。
三 设计基本要求：
1． 巩固和加深对电子线路基本知识的理解,提高综合运用课程知识的能力.
2． 培养学生根据课程需要自学参考书籍,查阅手册、图表和文献资料的能力.
3． 通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节,初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法.
4． 掌握常用仪器设备的正确使用方法,学会简单电路的调试和整机指标测试方法，提高动手能力.
5． 了解与课程有关的电子线路及元器件工程技术规范，按课程设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计的实验结果,能正确绘制电路图。
6． 通过课程设计实践，树立正确的生产观、经济观和全局观
四 设计基本原理
这里存在着“文字流动—-——-数据流动—---—-移位寄存器”这样的联系，因为发光的文字是在依次移动着，所以用移位寄存器应该能够实现这一功能。当然还需考虑计数器+移码器的组合
图1是一种使用移位寄存器的流动文字式发光电路。四个字母依次按照S，T,O，P的顺序发光，所以使用了四位移位寄存器。发光的时候只有一个字母,所以需要做一位（一个时钟脉冲）的数据。
四输入NAND门74HC20具有这个能力。特别的把这种连线的移位寄存器叫做环形计数器。
图2是它的工作波形。。当接通开关时，就加上了+12V电压。于是三端调压器输出5V,所有的IC开始工作。这时在原始复位电路的作用下，所有的触发器的Q输出设置为“H"。
于是4输入NAND门的输出变为“L”。S的Q输出变为“H”。所以74HC20的输出只是在一个时钟脉冲变为“L”。这样“L”的一个时钟脉冲的数据按顺序依次传送到S-T—O—P的各个触发器。与Q端输出为“L”，也就是 输出为“H”的触发器相连接的缓冲存储器TD62004P被启动，使得LED发光。
原始复位使用了电阻、与电容器。当电源电压为0V时，1000PF的电容器上没有存储电荷。所以两端的电压为0V。当加上+12V电压(通过三端调压器后变为5V)，通过100K
的电阻电位漫漫上升。触发器在加上+5V的瞬间就开始工作，而1000PF的电容器的端电压此时还处于接近0V的植.所以IC的“L"电平电位加到各触发器的置位端上，Q输出也就置位于“H”。
（一） 使用LED灯
LED具有体积小、寿命长、驱动电压低、耗电量低、反应速率快、耐震性佳等优点，被广泛应用于信号指示、数码显示等领域。随着技术的不断进步,超高亮LED的研制得到了成功，尤其是白光LED的研制成功，使得它越来越多地用在彩灯装饰、甚至照明领域。由于受到LED功率水平的限制，通常需同时驱动多个LED以满足亮度需求，因此，需要专门的驱动电路来点亮LED。下面简要介绍LED驱动的主要电路。电阻限流驱动电路是最简单的驱动电路
于LED的光特性通常都描述为电流的函数，而不是电压的函数，因此，采用恒流源驱动可以更好地控制亮度。此外， LED的正向压降变化范围比较大(最大可达1V以上），VF的微小变化会引起较大的IF变化，从而引起亮度的较大变化。所以,采用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性，并且影响LED的可靠性、寿命和光衰。因此，超高亮LED通常采用恒流源驱动.
（2）移位寄存器的使用
移位寄存器应用很广，可构成移位寄存型计数器；顺序脉冲发生器；串行累加器；可用作数据转换，即把串行数据转换为并行数据，或把半行数据转换为串行数据等.本实验研究移位寄存器用作环形计数器的情况
寄存器是计算机和其他数字系统中用来存储代码或数据的逻辑部件.它的主要组成部分是触发器.一个触发器能存储1位二进制代码，所以要存储n位二进制代码的寄存器就需要用n个触发器组成。：有时为了处理数据，需要将寄存器中的各位数据在移位控制信号作用下，依次向高位或向低位移动1位。具有移位功能的寄存器称为移位寄存器。移位寄存器除具寄存器的功能外，所存储的数码在时钟脉冲的作用下还可以移位.
一个4位的集成寄存器74HC74的真值表和引脚图分别如图 （a）、(b）所示。其中,R是异步清零控制端.在往寄存器中寄存数据或代码之前,必须先将寄存器清零,否则有可能出错。1D～4D 是数据输入端，在CP 脉冲上升沿作用下，1D～4D端的数据被并行地存入寄存器。输出数据可以并行从1Q~4Q 端引出，也可以并行从1Q～4Q 端引出反码输出。

74HC74的内部框图：
输入数码依次地由低位触发器移到高位触发器,作右向移动.经过4个时钟脉冲后,4个触发器的输出状态Q3Q2Q1Q0与输入数码D3D2D1D0相对应.为了加深理解,如数码1101（相当于D3＝1，D2＝1,D1＝0 ,D0＝1)在寄存器中移位，，经过了4个时钟脉冲后,1101出现在寄存器的输出端Q3Q2Q1Q0。这样，就可将串行输入(从D1端输入）的数码转换为并行输出（从Q3、Q2、Q1、Q0端输出）的数码.这种转换方式特别适用于将接收到的串行输入信号转换为并行输出信号，以便于打印或由计算机处理。
当脉冲逐个输入后，在第8个时钟脉冲作用后,数码从Q3端已全部移出寄存器。这说明存入该寄存器中的数码也可以从Q端串行输出.根据需要,可用更多的触发器组成多位移位寄存器。
下面是74HC74的真值表:

四输入与非门74HC20的内部框图：

五 流动文字式的发光电路

下面是流动式的发光电路的工作波形：

此类电路的特点是:稍有外部干扰信号，就重新回到初始状态,即发光过程中，如遇干扰信号，则重新从开始发光。
六 调试内容

此电路为驱动电路，增加与非门是为了增强电路的驱动能力。74HC00中的1M电感和0.1u的电容可用来改变每秒钟LED发光的次数使用的数字IC是有四个两输入NAND门的74HC00.作为电路动作的反向器，所以没有必要使用NAND门。如果手头不方便的话可以用NAND替代。三个与非门的作用是增加驱动能力。10K的电阻起保护作用。
七 元器件清单
LED 灯若干， 四个两输入NAND门的74HC00,
缓冲存储器TD62004P， 电感电容干，
两个移位寄存器 74HC74, +12V电源,
电压调节装置TA78005， 四个两输入NAND门的74HC20，
八 心得体会
经过这次课程设计，我体会到了实际的工作与书本上的知识是有一定距离的,并且需要进一步的再学习。从客观上对自己在书本中所学的知识有了感性的认识，使自己更加充分地理解了理论与实际的关系，对PROTEL这个软件有了进一步的认识和了解，锻炼了动手能力和自学能力，使自己的知识体系更加健全，加深了对数字电子技术的了解。虽然因此花费了不少时间，但比起学到的东西这些又算得了什么呢，我们大学生就应该多参加实践操作。基础的实务尤其显得重要,特别是目前的就业形势下所反映的高级技工的工作机会要远远大于大学本科生，就是因为他们的动手能力要比本科生强.从这次设计中,我体会到，如果将我们在大学里所学的知识与更多的实践结合在一起,用实践来检验真理，使一个本科生具备较强的处理基本实务的能力与比较系统的专业知识，这才是我们学习与实习的真正目的。锻炼自身的动手能力，为将来能在社会上立足打下坚实的基础,我真的很感谢这样的设计科目，希望下次的实践活动能早点到来。

参考书目:
〈<数字电路设计与制作>> 科学出版社,汤三俊夫注。
《PROTEL 99 SE原理图与PCB及防真》机械工业出版社 清源计算机工作室 编注。
〈〈数字电子技术〉〉华中理工大学电子学教研室编。 康华光主编