循環(huán)彩燈數(shù)電課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書</p><p>　　課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù) </p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 循 環(huán) 彩 燈 </p><p>　　院 系： 電子信息與電氣工程學(xué)院 </p><p>　　學(xué)生姓名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2011年5月25日</p><

3、;p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p><b>　　循環(huán)彩燈</b></p><p>　　摘要：本次循環(huán)彩燈的設(shè)計(jì)制作由555定時器、74LS192、74LS138兩種芯片構(gòu)成的中規(guī)模集成電路來實(shí)現(xiàn)，其中555定時器組成的多諧振蕩電路震蕩周期為1秒，74LS192實(shí)現(xiàn)八進(jìn)制加法計(jì)數(shù)（從0000到0111），74LS138實(shí)現(xiàn)對應(yīng)八個LED彩燈譯碼功

4、能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：循環(huán)彩燈　　555定時器　　74LS192　　74LS138</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)背景 ……………………………………………………………………4</p><p>　　1.1了解數(shù)字電路系統(tǒng)的定義及組成…………………………………………

5、4</p><p>　　1.2掌握時鐘電路的作用及基本構(gòu)成…………………………………………4</p><p>　　2.設(shè)計(jì)方案……………………………………………………………………4</p><p>　　2.1總體設(shè)計(jì)路…………………………………………………………………4</p><p>　　2.2電路框圖…………………………………………………

6、…………………4</p><p>　　3.方案實(shí)施 …………………………………………………………………5</p><p>　　3.1 555定時電路產(chǎn)生始終脈沖………………………………………………5</p><p>　　3.2 74LS38與74LS92功能……………………………………………………6</p><p>　　3.3 電路仿真 ……

7、……………………………………………………………8</p><p>　　3.4 PCB板制作…………………………………………………………………9</p><p>　　4.結(jié)果與結(jié)論…………………………………………………………………10</p><p>　　4.1電路調(diào)試………………………………………………………………10</p><p>　　4

8、.2 理論值與實(shí)際值…………………………………………………………11</p><p>　　5.收獲與致謝…………………………………………………………………11</p><p>　　6.參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………13</p><p>　　7.附件 ………………………………………………………………………13</p><

9、;p>　　附錄1…………………………………………………………………13</p><p>　　附錄2 …………………………………………………………………13</p><p><b>　　1. 設(shè)計(jì)背景</b></p><p>　　1.1了解數(shù)字電路系統(tǒng)的定義及組成</p><p>　　數(shù)字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控

10、制電路、輸出電路、時鐘電路和電源等。輸入電路主要作用是將被控信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，其形式包括各種輸入接口電路。比如數(shù)字頻率計(jì)中，通過輸入電路對微弱信號進(jìn)行放大、整形，得到數(shù)字電路可以處理的數(shù)字信號。模擬信號則需要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再進(jìn)行處理。在設(shè)計(jì)輸入電路時，必須首先了解輸入信號的性質(zhì)，接口的條件，以設(shè)計(jì)合適的輸入接口電路。</p><p>　　1.2掌握時鐘電路的作用及基本構(gòu)成</p>

11、<p>　　時鐘電路是數(shù)字電路系統(tǒng)中的靈魂，它屬于一種控制電路，整個系統(tǒng)都在它的控制下按一定的規(guī)律工作。時鐘電路包括主時鐘振蕩電路及經(jīng)分頻后形成各種時鐘脈沖的電路。比如多路可編程控制器中的 555 多諧振蕩電路，數(shù)字頻率計(jì)中的基準(zhǔn)時間形成電路等都屬于時鐘電路。設(shè)計(jì)時鐘電路，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求首先確定主時鐘的頻率，并注意與其他控制信號結(jié)合產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種時鐘脈沖。</p><p><b>　　2

12、 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　2.1 總體設(shè)計(jì)思路</p><p>　　循環(huán)彩燈的設(shè)計(jì)制作由555定時器、74LS192、74LS138兩種芯片構(gòu)成的中規(guī)模集成電路來實(shí)現(xiàn)，其中555定時器組成的多諧振蕩電路震蕩周期為1秒，74LS192實(shí)現(xiàn)八進(jìn)制加法計(jì)數(shù)（從0000到0111），74LS138實(shí)現(xiàn)對應(yīng)八個LED彩燈譯碼功能。</p><p>

13、<b>　　2.2 電路框圖</b></p><p><b>　　3 方案實(shí)施</b></p><p>　　3.1 555定時電路產(chǎn)生時鐘脈沖 </p><p>　　555定時電路是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，可連接成多諧振蕩電路，產(chǎn)生單位脈沖，用于觸發(fā)計(jì)數(shù)器。在延時操作中，脈沖由一個電阻和一個電容控制

14、。用于穩(wěn)定工作的振蕩器時，頻率由兩個電阻和一個電容控制。NE555會在下降延觸發(fā)和清零，此時輸出端產(chǎn)生200mA的電流。NE555的工作溫度為0℃～70℃。如圖2-1,2-2分別是引腳圖和管腳圖。</p><p>　　各管腳說明：1接地2觸發(fā) 3輸出 4復(fù)位5控制電壓 6門限(閾值） 7放電 8電源電壓Vcc。</p><p>　　其功能主要用來產(chǎn)生時間基準(zhǔn)信號（脈沖信號）。因?yàn)檠h(huán)彩燈對

15、頻率的要求不高，只要能產(chǎn)生高低電平就可以了，且脈沖信號的頻率可調(diào)，所以采用555定時器組成的振蕩器，其輸出的脈沖作為下一級的時鐘信號。圖2-3為多諧振蕩電路波形圖。圖2-4為多諧振蕩器實(shí)驗(yàn)連接圖。</p><p>　　555多諧振蕩波形圖</p><p>　　多謝振蕩器實(shí)驗(yàn)連線圖</p><p>　　用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器,電路輸出便得到一個周期性的矩形脈沖,

16、其周期為: T=0.7(R1+2R2)C</p><p>　　若取R1=R2，則T=2.1CR1</p><p>　　若取C=10uF，則R1=48K</p><p>　　3.2 74LS138及74LS192的功能</p><p>　?。?）74LS138工作原理及管腳圖如下： </p><p>　　當(dāng)一個選通端（

17、G1）為高電平，另兩個選通端（/(G2A)和/(G2B)）為低電平時，可將地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在一個對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。</p><p>　?。?）74LS138功能:</p><p>　　利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可級聯(lián)擴(kuò)展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。 </p><p>　　若將選通端中的一個作

18、為數(shù)據(jù)輸入端時，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器.</p><p>　　如圖2-7二進(jìn)制譯碼器74LS138的管腳圖，圖2-8為其功能表。</p><p>　　圖2-5 二級制譯碼器74LS138 管腳圖</p><p>　　3線-8線譯碼器74LS138功能表</p><p>　?。?）計(jì)數(shù)器74LS192管腳圖如圖2-9所示，功能表如圖2

19、-10所示</p><p>　　計(jì)數(shù)器74LS192 管腳圖</p><p>　　計(jì)數(shù)器74LS192功能表</p><p>　　◆ C2PU為加計(jì)數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時鐘輸入端。</p><p>　　◆ LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。</p><p>　　◆ CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。<

20、/p><p>　　◆ CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出，</p><p>　　◆ BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。</p><p>　　3.3 555定時器、74LS138及74LS192組成的仿真電路 </p><p>　　通過對循環(huán)彩燈設(shè)計(jì)的各個子模塊功能進(jìn)行了解分析后，在Multisim 9中進(jìn)行合適的連接，組成完整數(shù)字電

21、路進(jìn)行仿真。仿真的預(yù)期結(jié)果為八個彩燈依次發(fā)光，每個亮燈時間為一秒，然后進(jìn)入下一個循環(huán)。當(dāng)仿真結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致時，則電路圖滿足設(shè)計(jì)需求，保存仿真圖以便進(jìn)行下個步驟。其中循環(huán)彩燈的仿真圖如下：</p><p><b>　　循環(huán)彩燈仿真圖</b></p><p>　　3.4 用DXP軟件制作電路的原理圖,制作并印刷電路的PCB板</p><p>

22、　　利用循環(huán)彩燈的仿真圖，在DXP軟件中找到相應(yīng)的器件，注意各個器件的封裝要與設(shè)計(jì)所提供的實(shí)際器件相符，然后把各個子模塊連接起來，導(dǎo)入PCB板進(jìn)行布線，在布線過程中要盡可能的減少跳線，盡可能減少板子的使用面積，以及各個器件的布局的合理與美觀。使得制作出來的PCB板經(jīng)濟(jì)、美觀、實(shí)用。</p><p><b>　　循環(huán)彩燈原理圖</b></p><p>　　循環(huán)彩燈PCB

23、板布線圖</p><p><b>　　4 結(jié)果與討論</b></p><p><b>　　4.1 電路調(diào)試</b></p><p>　?。?）調(diào)試使用的主要儀器: 數(shù)字萬用表 直流穩(wěn)壓電源 示波器</p><p>　　（2）測試電路的方法和技巧:</p><p>　　先

24、檢查各芯片的電源和地是否接上，檢查線路是否連好；前面的檢查無問題后，再根據(jù)彩燈的變化情況，確定可能的原因，分析是哪個功能模塊出了問題，用數(shù)字萬用表檢查各模塊的功能，發(fā)現(xiàn)并改正錯誤，直到符合要求為止。</p><p>　?。?）調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法：</p><p>　?。?）彩燈只有一種花樣變化，沒有其它的花樣：</p><p>　　可能是計(jì)數(shù)器的芯片7

25、4LS192出現(xiàn)問題，應(yīng)該檢查循環(huán)控制邏輯電路。檢查是否正確接線，芯片是否功能完好。特別注意不能把非門的輸入與輸出接反了。</p><p>　?。?）彩燈無規(guī)律變化：</p><p>　　原因可能是由555定時電路產(chǎn)生的時鐘脈沖信號不穩(wěn)定，或者是在555電路中沒有標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算各電阻的阻值，電解電容，陶瓷電容的使用是否正確。</p><p>　　（3）彩燈在移動過程中是

26、兩個燈一起跳</p><p>　　可能是是芯片74LS192在面包板上面沒有接穩(wěn)定，應(yīng)該檢查芯片是否通電，各高低電平是否正常工作。應(yīng)該檢查導(dǎo)線是否有問題。</p><p>　?。?）實(shí)驗(yàn)過程中燈一會亮一會不亮</p><p>　　最后可能是導(dǎo)線的接觸不良問題，應(yīng)該首先從電源是否良好的接入電路開始檢查，再檢查555定時電路時候正常工作，最后檢查芯片管腳電壓。</

27、p><p>　　4.2 理論值與實(shí)際值</p><p>　　理論結(jié)果：八路彩燈依次發(fā)光，亮燈時間為1秒，然后進(jìn)入下一個循環(huán)。</p><p>　　實(shí)際結(jié)果：八路彩燈依次發(fā)光，亮燈時間接近一秒，然后進(jìn)入下一個循環(huán)。</p><p>　　理論結(jié)果與實(shí)際結(jié)果在整體上是一致，符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期要求，循環(huán)彩燈設(shè)計(jì)成功實(shí)現(xiàn)其功能。</p><p

28、><b>　　5 收獲與致謝</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)共耗時兩個星期，終于到了結(jié)尾總結(jié)的時刻了。</p><p>　　感覺在這段時間中自己學(xué)會了很多東西，如設(shè)計(jì)電路最重要的是思路要清晰，一旦有了自己的思路就應(yīng)該有層次有條理的探索下去，只要堅(jiān)持自己的觀點(diǎn)和判斷，就一定能實(shí)現(xiàn)，即便最后發(fā)現(xiàn)走進(jìn)了死胡同，但是探索設(shè)想與求證的過程卻是通往另一條道路必不可少

29、的環(huán)節(jié)。</p><p>　　在完成這次設(shè)計(jì)的過程中，我也有參考相關(guān)的設(shè)計(jì)課題，甚至還花了很長的時間去弄清楚別人的設(shè)計(jì)，以至于后來被束縛住，對自己的設(shè)計(jì)沒有了頭緒。學(xué)習(xí)吸收別人的長處是應(yīng)該的，但是不能完全沉浸進(jìn)去，要有自己的思路和觀點(diǎn)，并且努力去實(shí)現(xiàn)。這就是快樂的最大源泉。</p><p>　　在完成本次課設(shè)的過程中開始的頭幾天一直在糾結(jié)于用74LS194實(shí)現(xiàn)移位寄存器，因?yàn)樗脑硎呛芎?/p>

30、單的，可是在實(shí)際連電路的過程中，一下子遇到了很大的困難，因?yàn)橥饨绲母蓴_因素實(shí)在太多了，稍不注意就碰到某個導(dǎo)線了，結(jié)果發(fā)光二極管就不亮，于是自己得檢查到底哪里出現(xiàn)了問題，有得費(fèi)很長時間去檢查管腳是否連錯，導(dǎo)線是否松動，或者導(dǎo)線是否壞掉等等情況。</p><p>　　經(jīng)過這次試驗(yàn)，終于感覺到了理論與實(shí)際的差別有多大了，當(dāng)然這個過程也是非常的考驗(yàn)人的，不僅僅是考察你的理論知識，動手能力，以及檢查問題并解決問題的能力，更

31、是在考驗(yàn)一個人的耐心，細(xì)心。在連接電路的過程中，絲毫不得馬虎，必須清楚的了解每個芯片的管腳分布圖，功能表。</p><p>　　說實(shí)話，在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)問題并不可怕，可怕的是在反復(fù)的受挫中沒有革新，不能改進(jìn)自己的方法和思路。因此自己應(yīng)該具有創(chuàng)新思維。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)，我對電子技術(shù)中的諸多知識有了更深層次的理解，也初步學(xué)會了如何將理論知識有機(jī)地與實(shí)際結(jié)合加以運(yùn)用。這是一

32、次獲益匪淺的實(shí)習(xí)。</p><p><b>　　6 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2005. </p><p>　　[2]臧春華.電子線路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2005.</p><p>　　[3]邱關(guān)源 羅先覺.電路（第五版）[M]

33、.北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[4]閻 石.數(shù)字電子技術(shù)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005.</p><p>　　[5]張陽天 韓異凡Protel DXP電路設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2005</p><p><b>　　7 附 件</b></p><p>　　附錄一：實(shí)