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1、安阳工学院电子信息与电气工程学院 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2数字电路课程设计课 程 设 计 任 务 书设计题目循环彩灯学生姓名 所在院系电子信息与电气工程学院专业、年级、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
2、、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
3、 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
4、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
5、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
6、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
7、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）74
8、LS138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
9、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
10、，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
11、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74L
12、S192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，
