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课程设计
电子技术基础课程设计任务书
2012－2013学年第一学期 第17周－18周
题目
循环灯
内容及要求
1、有四路输出，单循环；
2、能带动6V小灯泡四只；
3、元件：
J-K触发器、555时基电路、分立元件。
进度安排
1、方案论证2天
2、分析、设计、3天
3、焊接、调试、实现3天
4、检查、整理、写设计报告、小结2天
学生姓名：
李文华
指导时间
指导地点:
楼室
任务下达
2012年12月24日
任务完成
2013年1月7日
考核方式
1.评阅□ 2.答辩□3.实际操作□ 4.其它□
指导教师
系（部）主任
摘要
随着时代的进步，电子行业的发展，定时器的应用也越来越广泛，传统的定时器都是发条驱动式、电机传动式、电钟式等机械式定时器，电子定时器相对于普通计时器来说，体积小，重量轻，造价低，精度高，寿命长，而且安全可靠，调整方便、适用于反复使用。
该电子定时器满足。
本次循环灯的设计制作由555定时器、74LS112、74LS139两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振荡周期为可调,74LS112实现计数从00到11,74LS139实现对应4个LED彩灯译码功能。
关键词循环灯555定时器74LS11274LS139
1.总体方案的设计与选择
1.1.方案原理构思
1.1.1.提出原理方案
课程设计的要求:
循环灯
1>有四路输出,单循环;
2>能带动6V小灯泡四只;
3>元件:
J-K触发器.555时基电路.分立元件.
首先思路可以明确,需要做的是一个具有四路输出的循环灯,而且是单循环.然后我们可以提出方案了.如何让四只小灯泡循环点亮.我们有如下两个方案认为可行:
1.运用单片机控制四只小灯泡循环点亮
我们可以利用51单片机循环点亮小灯泡.通过对51单片机进行编程,编写本设计要求的循环功能程序,再将功能程序下载到单片机中,再通过一定的硬件连接,是可以实现或满足设计的要求的.
2.通过提供的元件来实现设计
即通过J-K触发器.555时基电路.分立元件来实现.
设计灵感就来自555时基电路和J-K触发器.在数字电路的课程学习中我们知道,555定时器组成的多谐振荡器可以产生一定频率f的方波信号,因此产生的时钟脉冲可提供后级的CP时钟,再通过J-K触发器输出相应的状态.
在这里,设计需要控制四路循环灯亮灭,总结下来有四种状态:
首先第一个灯泡亮;然后第二个灯泡亮并且第一个灯泡亮灭;再第三个灯泡亮并且第二个灯泡亮灭;最后第四个灯泡亮并且第三个灯泡亮灭.然后紧接着如上循环下去.将上面的四个状态定义为S1..S2..S3..S4;也就是S1->S2->S3->S4->S1.如下图:
1.1.2.原理方案的比较与选择
在上面提到的两个方案中,我们需要从中选择其中一个来继续.因此需要进行比较两个方案的优劣进行选择,比较如下:
方案一是运用单片机知识来循环点亮小灯泡.这个方案需要设计者熟悉单片机的知识运用,并且要熟悉编程软件的程序编写,可以运用C语言进行编程,控制四路输出高低电平的转换.因为51单片机的引脚输出电压高电平为5V左右,可以串接一个限流电阻再连接一个发光二极管接地,可以控制其亮灭,其他三路也如此.
此方案运用的知识颇广.如单片机知识;编程软件KEIL;C语言知识等.
外围电路比较简单,所要用到的元件也是比较少的.需要一个振荡电路,即晶体振荡（晶振模块）;一个复位电路模块;一个受控模块即四路循环灯;还有一个电源模块.
方案二是通过J-K触发器.555时基电路.分立元件来实现的.此方案需要了解555定时器和J-K触发器的原理以及外围电路的设计等.
外围电路也是比较简单.一个555时基模块;J-K触发器状态产生模块;受控模块即四路循环灯;一个电源模块.
通过以上对两种方案的分析,我们可以知道,由于我们对数字电路比较熟悉,刚学完,也比较了解;而单片机没有课程学习,尽管简单的自学了一些,觉得如果用单片机来做此设计太过于简单;因此决定运用数电知识完成本设计即方案二.
1.2.总体方案的确定
1.2.1.单元电路的选择与设计
每个模块即为一个单元.在555时基模块中,用555定时器组成一个多谐振荡器,分为可调频率与不可调频率两种.便于实验现象的需要,在这里我们选择可调的555定时器组成的多谐振荡器.
J-K触发器状态选择模块,选用上升沿触发,两个J-K触发器,因此选用74LS112,此芯片集成了2个J-K触发器.
译码模块,2线4线制译码器从Q1n+1Q0n+1=00到Q1n+1Q0n+1=11这4种状态变换的同时进行译码,译码成具有唯一状态0的编码.
受控四路循环灯模块,本着功能实现的目的,我们用发光二极管来代替6V电灯泡,限流电阻需用300Ω.
电源模块需要一个双路开关,正负双路并入.为保护电路和电源,可以接入一个二极管防止电源接反.而且可以接入一个电源提示灯,显示电源接入是否正常.
1.2.2.元器件的选择
根据以上设计分析,我们选择的元件必须符合设计的要求才行,因此按照每个模块作出如下选择:
555时基模块
NE555P芯片;0.01uf电容和0.1uf电容;电位器500K;定值电阻500K和1K;
J-K触发器状态转换模块:
选用74LS112芯片即可.
译码模块:
2线4线译码器74LS139芯片;
受控四路循环灯模块:
200Ω限流定值电阻4个,发光二级管4个;
电源模块及保护电路:
双路开关1个,二极管1个,发光二级管1个,限流电阻200Ω.插针2个.
1.2.3.参数计算
在555定时器组成的多谐振荡器产生的时钟信号频率
f=1/（tpH+tpL）=1.43/[（R1+2R2）C
tpL=R2Cln2=0.7R2CtpH=（R1+R2）Cln2=0.7（R1+R2）C
倘若令f=20HZ的话,（R1+2R2）C=0.715.
若取C=0.1uf的话,R1+2R2=715K,取R1=1K,R2=500K+300K;300K为定值电阻,500K为电位器.即可满足要求.
产生时钟脉冲信号用作JK触发器的时钟,上升沿触发,4个灯循环,4个状态,
Q0n+1=~Q0nQ1n+1=~Q1nQ0n+Q1n~Q0n
因此J0=K0=1J1=K1=Q0nQ0n+1
2-4线制译码器74LS139译码如下:
译码前
译码后
Q1n+1Q0n+1
Y3
Y2
Y1
Y0
00
1
1
1
0
01
1
1
0
1
10
1
0
1
1
11
0
1
1
1
受控四路循环灯接入电压5V,发光二极管导通压降为2V左右,电流为15mA即限流电阻R=（5-2）V/20mA=300Ω左右.
1.2.4.总体电路
经过一系列设计的方案确定及计算,我们得出以下电路:
2.总体电路图,印刷板图及相关说明
以下是用Protel99SE软件完成的原理图.图中省略了一些参数,VCC=5V,限流电阻R3—R6的值为300Ω.74LS112和74LS139芯片省略了VCC和GND引脚,在实际制作当中需要连接正确.
电路图画完之后进行ERC检查,再生成元件清单.对每个元件进行封装,每个元件的元件名.大小值及封装和描述如下:
如此之后,再生成网络表,在新建的PCB板下导入网络表.设置接线规则,将元件排列好,再进行布线,下面就是生成的PCB板.
当然如果需要附铜的话,也可以附铜如下:
3.计算机仿真及相关说明
3.1.仿真电路图及仿真结果
本设计仿真用的软件是Multisim软件,它的功能比较强大,基本可找到所有常见的元件.我们从Multisim软件中找到555定时器并将其接成多谐振荡器的模式,将74LS112芯片接成本设计要求的模式,再通过74LS139译码器进行译码再接入灯泡,仿真图片如下,结果很明显,四路小灯泡按照一定的顺序进行循环流水闪烁.
3.2仿真过程阐述
双击Multisim软件图标,新建文件,将需要的元件拖入文件中,需要的元件有:
LM555CM.电容C1=0.01uf.C2=0.1uf.电位器R2=750K,R1=1K.74LS112芯片.74LS139译码器.电阻R及电灯泡4个.将其按照原理图连接线路.最后仿真,结果四路小灯泡按照一定的顺序进行循环流水闪烁.
4.安装调试
4.1.元件引脚识别
NE555元件引脚如下:
74LS112元件引脚如下:
74LS139元件引脚如下:
4.2.元件的检测
电阻检测用万用表,调到电阻档.电容直接给定就OK.发光二极管的正负极也可用万用表检测.二极管利用正向导通反向截止的特性可以先将万用表调到电阻档,正向时电阻很小,反向电阻很大.
4.3.用到的仪器仪表
本设计用到万用表和示波器
4.4.调试步骤
刚开始焊接好了之后,接上5V电源,发现4路发光二极管亮度不够,很暗,循环的频率很快.因此,将原300Ω的电阻换成200Ω,将定值电阻300K的电阻换成500K的电阻,焊好后,接入电源5V,看到结果四路小灯泡按照一定的顺序进行循环流水闪烁.达到设计结果.
4.5.调试常见的故障与处理方法
在焊接过程,可能会遇到线与线之间没有真正的接通或虚焊.可以用万用表的蜂鸣档,用表笔接触需要连接通路的两端,若有响,则代表通了,反之则没有通.芯片或其他地方没有通或没有电压,可以用万用表的电压档表笔一段端接负,另一端接需要连通的一端.看有没有电压值.
实物图如下：
正面和反面
现象结果图
5.心得体会
此次的课程设计是一次难得的锻炼机会，让我们充分的利用所学的专业知识，也充分的发挥自己的想象空间，学会了查找资料的方法，也会了仿真。
在这次的课程设计中，我们运用到了两个特别重要的软件,如Multisim和Protel99SE等。
在这次课程设计时，使我深刻的认识到具备扎实的基础理论功底的重要性。
只有拥有扎实的理论功底，再在实际生活中注重实践，才能在以后的工作中立于不败之地。
在仔细思考并且参阅各种资料后，我成功的设计完了电路,通过了仿真。
但仿真只能说明理论的成功，在连接电路时一定要认真仔细，不能有一点差错。
也许一个线头的出错将使整个电路错误，后果将十分麻烦，很难找得出来。
此次所用的芯片基本上都是基础类型的。
这次的课程设计使我更加熟悉芯片的功能跟用法，让我更好的运用逻辑门电路，使我所学的知识得到巩固。
并且这次的设计培养了我的独立思考的能力和操作的能力。
在设计的过程中我运用以前的焊接基础，不用线连接，用锡丝连焊。
本着排版美观的原则，最终完成了焊接设计。
团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。
不懂得问题相互交流，相互提出自己的见地。
对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆。
通过这次课程设计，我受益匪浅，也使我更加深刻的了解了自己的不足，在以后的工作中，我更会注重理论的学习与实践的培养。
参考文献
1.《电子技术基础数字部分（第五版）》康光华主编华中科技大学电子技术课程组编高等教育出版社2006.1
2.《多功能集成电路555经典应用实例第二集》陈永甫主编电子工业出版社2009.6
3.《电子技术课程设计指导》彭介华主编高等教育出版社1997
4.《常用电子元件简明手册》于洪珍主编
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