循环彩灯课程设计讲解文档格式.docx

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2012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

电子信息与电气工程学院

专业、年级、班

2010级电气工程及其自动化

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个彩灯依次循环闪烁，彩灯亮灯时间为1秒。

学生应完成的工作：

设计一个循环彩灯的电路，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：

[5]张阳天，韩异凡ProtelDXP电路设计[M].北京：

工作计划：

5月14号—16号用Multism完成电路设计与仿真；

5月17号—18号用AltiumDesigner09进行PCB设计；

5月21号—23号完成PCB板的制作安装；

5月24号—25号完成电路板调试，提交课程设计报告。

任务下达日期：

2012年5月14日

任务完成日期：

2012年5月25日

指导教师（签名）：

学生（签名）：

循环彩灯

摘要：

设计制作了一个循环彩灯电路，该电路能控制的八个彩灯按顺序依次循环闪烁，间隔时间为1秒。

其中，时钟电路用NE555N实现；

计数电路是由十进制可逆计数器74LS192P；

驱动电路由三线八线译码器74LS138P构成，显示电路用八个彩色发光二极管实现，并采用5V电压作为整个电路的供电电源。

用555定时器构成多谐振荡器，产生振荡周期为1秒的时钟信号；

74LS192P构成八进制计数器，并对时钟信号进行计数；

74LS138P对74LS192P的低3位输出代码进行译码，并驱动对应的发光二极管点亮。

利用Multisim10对设计的电路进行仿真，可以看到八个彩灯循环闪烁，间隔周期为1秒。

关键词：

循环彩灯；

NE555定时器；

74LS192计数器；

74LS138译码器

1.设计背景……………………………………………………………………1

1.1了解数字电子技术和数字电路的定义及组成……………………………1

1.2了解计数器、译码器的基本功能及时钟电路的构成……………………1

2.设计方案……………………………………………………………………1

2.1任务分析……………………………………………………………………2

2.2方案论证……………………………………………………………………2

3.方案实施……………………………………………………………………2

3.1原理图设计…………………………………………………………………2

3.2电路仿真……………………………………………………………………5

3.3PCB制作……………………………………………………………………6

3.4安装与调试…………………………………………………………………7

4.结果与结论…………………………………………………………………7

5.收获与致谢…………………………………………………………………7

6.参考文献……………………………………………………………………8

7.附件………………………………………………………………………8

7.1电路原理图…………………………………………………………………8

7.2PCB布线图……………………………………………………………8

7.3元器件清单………………………………………………………………9

1.设计背景

1.1了解数字电子技术和数字电路的定义及组成

数字电子技术主要研究各种逻辑门电路、集成器件的功能及其应用，逻辑门电路组合和时序电路的分析和设计、集成芯片各脚功能。

555定时器等。

随着计算机科学与技术突飞猛进地发展，用数字电路进行信号处理的优势也更加突出。

为了充分发挥和利用数字电路在信号处理上的强大功能，我们可以先将模拟信号按比例转换成数字信号，然后送到数字电路进行处理，最后再将处理结果根据需要转换为相应的模拟信号输出。

自20世纪70年代开始，这种用数字电路处理模拟信号的所谓“数字化”浪潮已经席卷了电子技术几乎所有的应用领域。

数字电路是用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路，又叫数字系统。

由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。

现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。

逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。

存储器是用来存储二值数据的数字电路。

从功能上分，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类，按结构分为分立元件电路和集成电路。

数字电路同时具有算术运算和逻辑运算功能，还具有实现简单，系统可靠，集成度高，功能实现容易等特点。

数字电路与数字电子技术广泛的应用于电视、雷达、通信、电子计算机、自动控制、航天等科学技术领域。

1.2了解计数器、译码器的基本功能及时钟电路的构成

计数器就是实现计数运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能，是在数字电子技术中应用的最多的时序逻辑电路，计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等；

译码器是可以将输入二进制代码的状态翻译成输出信号，以表示其原来含义的电路。

根据需要，输出信号可以是脉冲，也可以是高电平或者低电平；

时钟电路就是产生象时钟一样准确的振荡电路。

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，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任务分析

根据课程设计的要求，为了控制整个电路的信号输入，需要用到555定时器和设计所需要的电阻和电容一起构成周期为一秒的时钟信号发生器，从而为整个电路提供所需要的连续时钟信号。

为了实现对输入脉冲的计数，需要用到计数器。

为了将计数器输出的二进制代码翻译成输出信号，需要用到译码器。

最后为了将输出信号显示出来，需要用到八个发光二级管等。

2.2方案论证

本次课程设计中，为了产生时钟脉冲信号，需要用到多谐振荡器，多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源后不需要外加触发信号，便能自动地产生时钟脉冲，它可以由多种方式构成，如对称式多谐振荡器，非对称式多谐振荡器，环形振荡器，用施密特触发器构成的多谐振荡器，石英多谐振荡器，用555定时器构成的多谐振荡器等，其中环形振荡器结构简单，是利用延迟负反馈产生振荡的，它利用门电路的传输延迟时间将奇数个反相器首尾相接而构成，但是由于门电路的传输延迟时间极短，导致其振荡频率太高，而且不易调节；

其他几种多谐振荡器虽然各有自己的特点与功能，但由于本次课程设计中所给器材有限，所以选用由555定时器构成的多谐振荡电路来产生设计中所需的时钟脉冲信号；

在计数电路中，为使彩灯循环，需要将计数器的清零端与其高位输出端相接，然后由三个低位输出端输出二进制信号0—7的循环；

将计数电路输出的二进制信号通过译码器输出相应的高低电平，从而实现彩灯的循环闪烁。

3.方案实施

3.1原理图设计

1、时钟电路设计

555定时器集成电路是一种数字、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。

555定时器的逻辑符号图如图1所示。

图1555定时器的逻辑符号图

由555定时器构成的多谐振荡器产生时钟脉冲的电路如图2所示。

采用图2所示电路图的接法，则

取占空比q=（R3+R2）/（R3+2R2）=2/3

得R3=R2

由公式T=（R3+2R2）Cln2=1s可知

若取C=10uF，则R3=R2=48KΩ

由于器材限制，取R3=51kΩ,R2=47KΩ

由此计算出T=（R3+2R2）Cln2=1.00485s

图2555定时器构成的多谐振荡器

2、计数电路设计

计数电路由74LS192构成，其逻辑符号如图3所示。

图374LS192的逻辑符号

图中:

VCC为电源输入端，GND为接地端，A、B、C、D为数据输出端，QA、QB、QC、QD为输出端，LD为置数端，CLR为清零端，UP为加计数端，接555定时器的输出端，DWN为减计数端，BRW为非同步进位输出端，CO为非同步借位输出端，将A,B,C,D分别接低电平，LD、DWN接高电平，为使彩灯循环，CLR端与QD相接，然后QA、QB、QC三个输出端输出的就是0—7的二进制循环，分别接到74LS138N的三个输入端进行译码。

接成的计数电路如图4所示。

图4计数电路

3、驱动电路设计

八个循环彩灯由74LS138N译码器驱动，其逻辑符号如图5所示。

图574LS138的逻辑符号

图中：

74LS138N的功能是将三个输入端A、B、C的高低电平译出，从Y0—Y7的八个输出端的其中一个输出。

将上面接好的74LS192N的QA、QB、QC三个输出端分别接A、B、C三个输入端；

OE2A和OE2B接地，OE1接电源，GND管脚及VCC管脚分别接地和电源。

然后就可用Y0—Y7的八个输出端分别驱动八个发光二极管。

接成的驱动电路如图6所示。

图6驱动电路

3、显示电路设计

显示电路由8个发光二极管和1个100Ω的电阻和一个高电平组成。

只有当从驱动电路过来的是低电平，才可以让发光二极管导通发光，用因此74LS138N的输出端接二极管的负极比较简便。

另外，为防止通过发光二级管电流过大，在高电平与发光二级管之间接入一个100Ω的电阻，显示电路的接法如上图6所示。

4、整个电路工作原理总结

把555定时器的输出端接74LS192计数器的加数计数器端，将74LS192计数器的输出端分别接74LS138译码器的输出端，再把74LS138译码器的8个输出端分别接8个彩灯。

因为只需要8个彩灯依次点亮，也就是8种状态，然后进入下一个循环，而74LS192计数器是十进制计数器，有十种输出状态，所以采取把74LS192计数器的QD输出端返回接其置位端，以实现当计数到8时，返回从零开始计数。

这样就完成了循环彩灯的循环控制。

3.2电路仿真

在各单元电路设计的基础上，用Multisim10.0软件把各单元电路连接起来，画出符合软件要求的系统整体逻辑电路图。

选择合适的电阻电容，然后启动开关观察，根据彩灯的闪烁情况判断电路是否正常。

经过耐心的连接，检查与调试，仿真结果终于无误，验证了设计的正确性。

电路原理图的设计任务至此完成，可以制板，仿真图如图7所示。

用555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率理论值为1Hz，可能因为电压的不稳定，在开始时彩灯亮的时间并不为1s，在循环过一次后，彩灯按照时长为1秒进行依次发亮。

根据仿真结果可知电路原理无误，可以进行PCB板布线。

图7仿真图

3.3PCB制作

先用DXP画好原理图，一定要做好对每个器件的封装，封装完成后，打开PCB向导，对所要