数字电子技术课程设计循环彩灯.doc

课 程 设 计 说 明 书课程名称： 数字电子技术 设计题目： 循 环 彩 灯 院 系： 电子信息与电气工程学院 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 2011年5月25日课 程 设 计 任 务 书设计题目循环彩灯学生姓名汪平炜所在院系电子信息与电气工程学院专业、年级、班2009级电子信息工程1班设计要求： 1、设计制作一个循环彩灯电路。 2、彩灯数量为8个，8个彩灯依次闪烁，彩灯亮灯时间为1秒。学生应完成的工作： 设计循环彩灯的工作原理，并利用Multisim软件进行电路仿真。利用DXP 软件绘制电路原理图，并设计制作电路的PCB板。根据设计原理对电路进行安装、调试，完成课程设计工作，并提交课程设计报告。参考文献阅读：1童诗白.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2005. 2臧春华.电子线路设计与应用M.北京:高等教育出版社,2005.3邱关源 罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4阎 石.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.5张阳天 韩异凡Protel DXP电路设计M.北京：高等教育出版社，2005.工作计划： 5月16号18号完成原理图的设计；5月19号22号进行PCB设计；5月23号25号制作PCB板；5月26号27号电路板安装与调试，提交课程设计报告。任务下达日期： 2010 年 5 月 16 日任务完成日期： 2010 年 5 月 27 日指导教师（签名）： 学生（签名）：循环彩灯摘要：本次循环彩灯的设计制作由555定时器、74LS192、74LS138两种芯片构成的中规模集成电路来实现，其中555定时器组成的多谐振荡电路震荡周期为1秒，74LS192实现八进制加法计数（从0000到0111），74LS138实现对应八个LED彩灯译码功能。关键词：循环彩灯555定时器74LS19274LS138目 录1.设计背景 41.1了解数字电路系统的定义及组成41.2掌握时钟电路的作用及基本构成42.设计方案42.1总体设计路42.2电路框图43.方案实施 53.1 555定时电路产生始终脉冲53.2 74LS38与74LS92功能63.3 电路仿真 83.4 PCB板制作94.结果与结论104.1电路调试104.2 理论值与实际值115.收获与致谢116.参考文献137.附件 13附录113附录2 131. 设计背景1.1了解数字电路系统的定义及组成数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号，其形式包括各种输入接口电路。比如数字频率计中，通过输入电路对微弱信号进行放大、整形，得到数字电路可以处理的数字信号。模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再进行处理。在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性质，接口的条件，以设计合适的输入接口电路。1.2掌握时钟电路的作用及基本构成时钟电路是数字电路系统中的灵魂，它属于一种控制电路，整个系统都在它的控制下按一定的规律工作。时钟电路包括主时钟振荡电路及经分频后形成各种时钟脉冲的电路。比如多路可编程控制器中的 555 多谐振荡电路，数字频率计中的基准时间形成电路等都属于时钟电路。设计时钟电路，应根据系统的要求首先确定主时钟的频率，并注意与其他控制信号结合产生系统所需的各种时钟脉冲。2 设计方案2.1 总体设计思路循环彩灯的设计制作由555定时器、74LS192、74LS138两种芯片构成的中规模集成电路来实现，其中555定时器组成的多谐振荡电路震荡周期为1秒，74LS192实现八进制加法计数（从0000到0111），74LS138实现对应八个LED彩灯译码功能。2.2 电路框图 74LS192 八路彩灯彩灯演示555定时电路 74LS138 3 方案实施3.1 555定时电路产生时钟脉冲 555定时电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，可连接成多谐振荡电路，产生单位脉冲，用于触发计数器。在延时操作中，脉冲由一个电阻和一个电容控制。用于稳定工作的振荡器时，频率由两个电阻和一个电容控制。NE555会在下降延触发和清零，此时输出端产生200mA的电流。NE555的工作温度为070。如图2-1,2-2分别是引脚图和管脚图。 各管脚说明：1接地2触发 3输出 4复位5控制电压 6门限(阈值） 7放电 8电源电压Vcc。其功能主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号。图2-3为多谐振荡电路波形图。图2-4为多谐振荡器实验连接图。555多谐振荡波形图 多谢振荡器实验连线图用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为: T=0.7(R1+2R2)C若取R1=R2，则T=2.1CR1若取C=10uF，则R1=48K3.2 74LS138及74LS192的功能（1）74LS138工作原理及管脚图如下： 当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。（2）74LS138功能:利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。 若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器.如图2-7二进制译码器74LS138的管脚图，图2-8为其功能表。 图2-5 二级制译码器74LS138 管脚图 3线-8线译码器74LS138功能表（3）计数器74LS192管脚图如图2-9所示，功能表如图2-10所示计数器74LS192 管脚图 计数器74LS192功能表 C2PU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。 LD为预置输入控制端，异步预置。 CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。 CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出， BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。3.3 555定时器、74LS138及74LS192组成的仿真电路 通过对循环彩灯设计的各个子模块功能进行了解分析后，在Multisim 9中进行合适的连接，组成完整数字电路进行仿真。仿真的预期结果为八个彩灯依次发光，每个亮灯时间为一秒，然后进入下一个循环。当仿真结果与预期结果一致时，则电路图满足设计需求，保存仿真图以便进行下个步骤。其中循环彩灯的仿真图如下：循环彩灯仿真图3.4 用DXP软件制作电路的原理图,制作并印刷电路的PCB板利用循环彩灯的仿真图，在DXP软件中找到相应的器件，注意各个器件的封装要与设计所提供的实际器件相符，然后把各个子模块连接起来，导入PCB板进行布线，在布线过程中要尽可能的减少跳线，尽可能减少板子的使用面积，以及各个器件的布局的合理与美观。使得制作出来的PCB板经济、美观、实用。循环彩灯原理图循环彩灯PCB板布线图4 结果与讨论4.1 电路调试（1）调试使用的主要仪器: 数字万用表 直流稳压电源 示波器（2）测试电路的方法和技巧:先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好；前面的检查无问题后，再根据彩灯的变化情况，确定可能的原因，分析是哪个功能模块出了问题，用数字万用表检查各模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止。（3）调试中出现的故障、原因及排除方法：（1）彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样：可能是计数器的芯片74LS192出现问题，应该检查循环控制逻辑电路。检查是否正确接线，芯片是否功能完好。特别注意不能把非门的输入与输出接反了。（2）彩灯无规律变化：原因可能是由555定时电路产生的时钟脉冲信号不稳定，或者是在555电路中没有标准的计算各电阻的阻值，电解电容，陶瓷电容的使用是否正确。（3）彩灯在移动过程中是两个灯一起跳可能是是芯片74LS192在面包板上面没有接稳定，应该检查芯片是否通电，各高低电平是否正常工作。应该检查导线是否有问题。（4）实验过程中灯一会亮一会不亮最后可能是导线的接触不良问题，应该首先从电源是否良好的接入电路开始检查，再检查555定时电路时候正常工作，最后检查芯片管脚电压。4.2 理论值与实际值理论结果：八路彩灯依次发光，亮灯时间为1秒，然后进入下一个循环。实际结果：八路彩灯依次发光，亮灯时间接近一秒，然后进入下一个循环。理论结果与实际结果在整体上是一致，符合实验预期要求，循环彩灯设计成功实现其功能。5 收获与致谢课程设计共耗时两个星期，终于到了结尾总结的时刻了。感觉在这段时间中自己学会了很多东西，如设计电路最重要的是思路要清晰，一旦有了自己的思路就应该有层次有条理的探索下去，只要坚持自己的观点和判断，就一定能实现，即便最后发现走进了死胡同，但是探索设想与求证的过程却是通往另一条道路必不可少的环节。在完成这次设计的过程中，我也有参考相关的设计课题，甚至还花了很长的时间去弄清楚别人的设计，以至于后来被束缚住，对自己的设计没有了头绪。学习吸收别人的长处是应该的，但是不能完全沉浸进去，要有自己的思路和观点，并且努力去实现。这就是快乐的最大源泉。在完成本次课设的过程中开始的头几天一直在纠结于用74LS194实现移位寄存器，因为它的原理是很简单的，可是在实际连电路的过程中，一下子遇到了很大的困难，因为外界的干扰因素实在太多了，稍不注意就碰到某个导线了，结果发光二极管就不亮，于是自己得检查到底哪里出现了问题，有得费很长时间去检查管脚是否连错，导线是否松动，或者导线是否坏掉等等情况。经过这次试验，终于感觉到了理论与实际的差别有多大了，当然这个过程也是非常的考验人的，不仅仅是考察你的理论知识，动手能力，以及检查问题并解决问题的能力，更是在考验一个人的耐心，细心。在连接电路的过程中，丝毫不得马虎，必须清楚的了解每个芯片的管脚分布图，功能表。说实话，在实验过程中出现问题并不可怕，可怕的是在反复的受挫中没有革新，不能改进自己的方法和思路。因此自己应该具有创新思维。通过这次课程设计，我对电子技术中的诸多知识有了更深层次的理解，也初步学会了如何将理论知识有机地与实际结合加以运用。这是一次获益匪浅的实习。 6 参考文献1童诗白.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2005. 2臧春华.电子线路设计与应用M.北京:高等教育出版社,2005.3邱关源 罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4阎 石.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.5张阳天 韩异凡Protel DXP电路设计M.北京：高等教育出版社，20057 附 件附录一：实验器件列表器件555timer74LS19274LS138LED灯万用表电烙铁焊锡导线数量111811定量若干附录二：印刷电路PCB板图导教师评语：课程设计报告成绩： ，占总成绩比例： 40 课程设计其它环节成绩：环节名称：原理图设计与仿真，成绩： ，占总成绩比例： 20 环节名称： PCB设计 ，成绩： ，占总成绩比例： 20 环节名称：电路安装调试 ，成绩： ，占总成绩比例： 20 总 成 绩： 指导教师签字：年 月 日本次课程设计负责人意见：负责人签字：年 月 日