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1、武汉理工大学数字电子线路课程设计说明书 附件 1： 学学 号：号： 0121209310130 课课 程程 设设 计计 题题 目目 多功能多路流水灯控制电路的设多功能多路流水灯控制电路的设 计仿真与制作计仿真与制作 学学 院院信息工程学院信息工程学院 专专 业业电子信息工程电子信息工程 班班 级级电信电信 1201 姓姓 名名鲁玲鲁玲 指导教师指导教师孟哲孟哲 2014 年6月20日 武汉理工大学数字电子线路课程设计说明书 课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名：学生姓名： 鲁玲鲁玲 专业班级：专业班级： 电信电信 12011201 指导教师：指导教师： 孟哲孟哲 工作单位：工作单位： 信息工
2、程学院信息工程学院 题题 目目: : 多功能多路流水灯控制电路的设计仿真与制作多功能多路流水灯控制电路的设计仿真与制作 初始条件：初始条件： 集成译码器、计数器、555 定时器、移位寄存器、LED 和必要的门电路或其他器件。 要求完成的主要任务要求完成的主要任务: : （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具 体要求） 1、课程设计工作量：1 周内完成对数字频率计的设计、仿真、装配与调试。 2、技术要求： 设计一个具有 16 路（或矩阵）LED 不同显示方式或显示图形的控制电路。 不同显示方式的控制可以是自动结合按键手控等。 确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成
3、电路，设计分 电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。 3、查阅至少 5 篇参考文献。按武汉理工大学课程设计工作规范要求撰写设计报告 书。全文用 A4 纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排：时间安排： 1） 第 1-2 天，查阅相关资料，学习设计原理。 2） 第 3-4 天， 方案选择和电路设计仿真。 3） 第 4-5 天， 电路调试和设计说明书撰写。 4） 第 6 天，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。 指导教师签名：指导教师签名： 年年 月月 日日 系主任（或责任教师）签名：系主任（或责任教师）签名： 年年 月月 日日 武汉理工大学数字电子线路课程设计说明书 0 目 录 前 言 2
4、1 设计方案 3 1.1 设计意义 3 1.2 设计目的 3 1.3 原理图及工作原理 3 2 电路板焊接技术介绍 4 2.1 焊接操作要领 4 2.2 注意事项 5 2.3.焊接调试 6 3 电路板的安装与制作 6 3.1 确定电路板整体布线图 6 3.2 555 振荡电路.6 3.3 74LS191 计数部分 .7 3.4 74LS138 译码电路和 LED 显示部分 .7 3.5 5V 直流稳压电源电路 .7 4 电路板的调试 8 4.1 调试方法和步骤 8 4.2 出现的问题及处理方法 8 5 电路实拍图 10 6 总结及心得体会 12 7 元件清单 13 8 参考文献 14 附件 1
5、5 武汉理工大学数字电子线路课程设计说明书 1 前 言 随着电子技术的快速发展尤其是数字技术的突飞猛进，多功能流水彩灯凭 着简易，高效，稳定等特点出现在我们日常生活中的各种场所，店铺门面装饰、 家居装潢、城市墙壁更是随处可见。与此同时，还有一些城市采用不同的流水 灯打造属于自己的城市文明，塑造自己的城市魅力。目前，多功能流水灯的种 类已有数十种，如广告装潢、家居装饰、店铺招牌灯等等。所以，多功能流水 灯的设计具有相当的代表性。 本次课程设计要设计一个多功能多路流水灯控制器（用 16 只发光二极管显 示） ，是多功能流水彩灯中较简单的，但这是进行复杂设计的基础。 本设计方 案中利用 NE555
6、构成多谐振荡产生连续脉冲作为 74LS191 计数器的脉冲源，在 经过 74LS138 驱动输入到发光二极管。首先要分析设计要求，从要实现多功能、 多路入手推导出要使用的芯片。多功能流水灯，就是要具有一定的变化规律的 功能，主要考察了数字电路中的计数器、 、多谐振荡等，多谐振荡电路给其它的 电路提供脉冲源，设计过程中需要了解相关芯片（NE555、74LS191、74LS138） 的具体功能，引脚图，真值表等，认真布局，在连接过程中更要仔细认真。 武汉理工大学数字电子线路课程设计说明书 2 1.设计方案 1.1 设计意义 （1）熟悉多功能 多路 流水灯的原理与功能； （2）掌握数字电路的功能，学
7、会如何用555 时钟电路产生方波信号； （3）熟悉掌握计数器、 译码 器的功能与原理； （4）了解时序电路与逻辑电路的功能与应用。 1.2 设计目的 （1）掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安 装、测试方法； （2）进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问 题的能力； （3）提高电路布局 布线及检查和排除故障的能力； （4）提高自己焊接电路板的能力； （5）培养书写综合实验报告的能力。 1.3 电路图及工作原理 本设计采取的方案由用 555 多谐振荡器一个、74LS191 一片、74LS138 两 片、可变电容、电阻、电容、LED 组成。74LS191
8、计数器的时钟信号由 555 多谐 振荡器提供，改变 55 的振荡频率即可改变计数器的快慢，从而控制彩灯闪烁的 快慢。计数器输出信号输入至 138 译码器，控制 138 译码器译码得到不同的输 出信号，决定流水灯的循环变化。多功能流水灯电路图如图 1-1 所示。 在本设计中所使用的电源是自制的 5V 直流稳压电源，电路图如图 1-2 所示。 武汉理工大学数字电子线路课程设计说明书 3 图 1-1 设计电路图 图 1-2 5V 直流稳压电源电路图 2.电路板焊接技术介绍 2.1 焊接操作要领 武汉理工大学数字电子线路课程设计说明书 4 2.1.2 焊前准备 物料：含直接用料和辅料，留意焊接元件有否
9、极性要求，元件脚有否有氧 化、油污等。焊接时，对焊接温度，时间有否特别要求； 工/器具：视焊接元件而定，应有锡线座、元件盒、焊枪、焊台、镊子、剪钳 等。如有防静电要求，应注意采用防静电工/器具，同时操作员应戴好防静电手 腕带。 2.1.2 实施焊接 准备好焊锡丝和烙铁头，烙铁头要保持洁净； 步骤：烙铁头对准焊点烙铁接触焊点加焊锡移开焊锡丝拿开电烙铁。 具体如下： 1.加热焊件（同时加热元件脚和焊盘） ； 2.熔化焊锡：当焊件加热到能熔化焊料的温度后，将锡线置于焊点，焊锡开始 溶化并润湿焊点； 3.在焊点加入适当的焊锡后，移开锡线； 4 当焊锡完全湿润焊点后，以大致 45的角度移开烙铁。 以上过
10、程对一般焊点在大约 23 秒钟完成，应注意在焊锡尚未完全凝固以 前不要晃动接元件，以免造成虚焊。 2.1.3 焊接后的处理 当焊接结束后，应检查有无漏焊、错焊（极性焊反） 、短路、虚焊等现象， 清理 PCB 板上的残留物如：锡渣、锡碎、元件脚等。 2.1.4 对焊点的基本要求 1.焊点应具有良好的导电性； 2.焊点应具有一定的强度； 3.焊接点的焊料要适当； 4.焊接点的表面应具有良好的光泽；（温度过高，焊接时间过长，都会使 焊点发 乌，影响焊点的强度） 5.焊点不应有毛刺及间隙； 6.焊接点表面要清洁。 2.2 注意事项 武汉理工大学数字电子线路课程设计说明书 5 1.焊接顺序。器件焊接顺序
11、以先焊接好的元件不影响后面元件的焊接为原 则，一般先焊接体积较小的电阻电容等器件，后焊接体积较大的元件，接插件 最后焊接。 2.合适的焊接时间。焊接时间是指在焊接全过程中，进行物理和化学变化 所需要的时间。它包括被焊金属达到焊接温度的时间、焊锡的熔化时间、助焊 剂发挥作用及生成金属合金的时间几个部分。当焊接温度确定后，就应根据被 焊件的形状、性质、特点等来确定合适的焊接时间。焊接时间过长，易损坏元 器件或焊接部位；过短，则易造成假焊或虚焊，达不到焊接要求。一般，每个 焊点焊接一次的时间最长不超过 5s。 3、在电路板上焊接直插元件时，要将引脚尽量插到底。 4、避免导线交叉，尽量减少跳线。 5、
12、焊接结束后，用列子夹住被焊元件适当用力拉拨一下，检查元件是否被 焊牢。如果发现有松动现象，必须重新进行焊接。 6、电烙铁应放在烙铁架上。 2.3 焊接调试 1.按照焊接要领完成焊接。 2.用万用表电阻挡测量电源输入端，看是否有短路现象。如有，应在加电 前排除。 3.电路板的安装与制作 3.1 确定电路板整体布线图 根据设计电路原理图 1-1 和图 1-2 在纸上设计电路板的布线图。此过程 要参照第二章中的焊接注意事项。 3.2 555 振荡电路 555 振荡电路原理图如图 3.1 所示。 武汉理工大学数字电子线路课程设计说明书 6 参照第二章内容按照设计好的布线图摆放元件并焊接。此部分焊接好后
13、需 给电路接上 5V 电压，观察绿色发光二极管是否正常发光，并用万用表测量 555 芯片各管脚电压是否正常。如不正常则应先排除故障后才能进行下一部分电路 的焊接。 在本次制作过程中，绿色发光二极管能正常发光，且 555 芯片各管脚电压 正常。 图 3-1 555 振荡电路 图 3-2 74LS191 计数电路 3.3 74LS191 计数电路 74LS191 计数电路原理图如图 3-2 所示。参照第二章内容按照设计好的布 线图摆放元件并焊接。 3.4 74LS138 译码电路和 LED 显示部分 74LS138 译码电路和 LED 显示部分原理图如图 3-3 所示。参照第二章内容 按照设计好的
14、布线图摆放元件并焊接。 因为74LS138译码器输出端低电平有效，所以LED显示部分采用共阴极接法。 在焊接时要注意不要发光二极管的正负极接反了，以免烧坏管子。 3.5 5V直流稳压电源电路 参照图1-2进行安装与焊接。 因为变压器输入为220V交流电，所以在连接变压器插头时要格外仔细，确 武汉理工大学数字电子线路课程设计说明书 7 保连接好后用绝缘胶布将接口处包裹起来，以免发生漏电现象，对人体造成危 害。 图3-3 74LS138译码电路和LED显示部分 4 电路板的调试 4.1 调试方法和步骤 1.检查电路设计的原理图，确定连接无误； 2.检测导线是否断路，再用万用表检测每部分是否完好；
15、3.检查整个电路是否都正确，看每个发光二极管是不是都能正常发光，各 部件均能正常工作，看流水灯是否能按要求正常工作。 4.2 出现的问题及处理方法 1.第一次检查完电路板确定无误后，为安全起见，先用电池盒代替自制电 源给电路供电，发现前8个流水灯全亮，而后8个流水灯全不亮，接在555定时器 武汉理工大学数字电子线路课程设计说明书 8 输出端的绿色发光二极管时亮时不亮。用万用表测量555定时器各管脚电压，发 现其他管脚电压正常，但输出管脚（即管脚3）电压为零。 在知道故障处后，又对照电路图反复检查了几遍，并确定电路焊接上没有 虚焊情况，最后发现是74LS191及74LS138芯片的16管脚和8管
16、脚没有相应的接电 源和地。 排除故障后，接通电源，流水灯正常工作，根据双掷开关的通断情况相应 的左循环和右循环。且接通不同电容时，流水灯闪烁快慢相应变化。 2.确定多路流水灯电路能正常工作后，便改用自制5V直流稳压电源给其供 电，插上插头后发现流水灯全不亮。用万用表检测发现电源输出端没有电压显 示， 不一会儿电路突然冒起小火花，于是我们赶紧关了电源，开始仔细检查电 源电路。最后得出结论是导线接触不良，改善后再接通电源，电路和之前一样 正常工作。 3.在课设答辩时，接通电源发现发光二极管全都不亮，于是我们又重新检 查电路。用万用表测试最后发现整流桥输入电压为二十几伏，而输出电压为零， 由此确定是整流桥部分出现了问题。 请教了实验室学长后知道了是导线太细的缘故。因为电源部分电流较大， 若
