循环彩灯数电课程设计

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1、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所在院系电子程学与电专业、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、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，20

2、05.2 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Pro tel 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号一27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

3、、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.

4、1 电路调试104.2 理论值与实际值 1 15. 收获与致谢116. 参考文献137. 附件 13附录 1 1313附录 21. 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

5、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）, 74LS1

6、38实现对应八个LED彩灯译码功能。2.2 电路框图八路彩灯555定时电路74LS13874LS1924k数字电路课程设计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0C70C。如图2-1,2-2分 别是引脚图和管脚图。555GNDTRIDIS0U7THRRESCON815NE5551 234Vcc D

7、 TH COGND TR OUT I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。R251 kohmR1WV1k ohm4 111555多谐振荡波形图VC C5V8 U1V CCRS TDISTHRTRIOUT555 VIRTUA LCONGNC10.01u FC2HI10uF555多谐振荡器实验连

8、线图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=O.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Gl、/(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，74L

9、S138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。CPDIP, SOIC)TOP VIEW0 12 12 3 A A A E E E叵叵叵叵叵IldldYO fYD)Y1 CYT)Y2 JY2)Y3 CY3)Y5 JYS)Y6 fYG)图2-5二级制译码器74LS138管脚图攬-迤译罔器MLF餌的血能克箫氏卄爲&0KZTTIXT芒j0000I00IL00II00IIL0II0IIL0III0III110111111101111111011111111110111111101111111011111111110111111103线-8线译码器74LS13

10、8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HRPLnfi011冷%0000dadS.ba011XX1 1： 1|XX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

11、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:U55-5 Timer10U-FTOZ3=5TKIssajsnD.OluF CfVIRTUALu皿自1也忖6 u3IZL3X-_LTHYLYEISI4iETT54L S12SM133亞：LED2jfcLEDSLEDSLED6LEDFLEMVCCVCC5V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

12、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。丁4-=-4: cUJ&En-G: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