数电课程设计报警电路彩灯控制.docx
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数电课程设计报警电路彩灯控制
电子技术课程设计报告
学院：
测通学院
专业班级：
测控08-4班
学生姓名：
******
指导教师：
林老师
完成时间：
2010-7-13
成绩：
评阅意见：
评阅教师日期
电子技术课程设计报告
一.设计要求
（1）报警电路：
1、用555定时器设计并安装一个报警器，当电路开关断开时，扬声器发出声响报警。
2、当开关闭合时，电容放电，报警解除；
3、报警时间持续直到人为解除报警；
4、通电调试，电压5V；
（2）彩灯控制电路：
1.彩灯用发光二极管LED模拟，自制彩灯布局。
2.用一个计数器，两个译码器及相关的门电路设计电路实现彩灯依次点亮；
3.通电调试，电源电压5V；
二.设计的作用、目的
（1）报警电路：
实现当电路断路时报警。
（2）彩灯控制电路：
实现彩灯的依次点亮及闪烁。
（3）通过实验掌握相应的芯片的功能特性及其应用，熟悉电路元件的功能，巩固课本知识，并找出自身的不足。
三.设计的具体实现
1．系统概述
报警电路：
（1）电路左边555定时器与电阻R1，电容C1构成单稳态触发器，3脚输出端信号经过与非门之后输入定时器2的4脚。
（2）定时器1的输出信号经过与非门后接入定时器2的4输入端，构成一个多谐振荡器，电路开关断开，当电源接通时，扬声器发出声音报警，当开关闭合时，报警解除。
扬声器不发出声音。
彩灯控制电路：
（1）所选用的74LS04为六组方向器，选取其中的两组，其中一组的输出接入到74LS161的CP端，作为信号的输入；
另一组反相器与计数器的Q3端口相连，构成了译码器的片选信号，控制译码器的工作。
（2）74LS161为4位二进制同步加法计数器，除了有二进制加法计数功能外，还具有异步清零、同步并行置数、保持等功能。
试验中，当74LS161处于计数状态时，通过相对的片选信号分别驱动译码器1和2进入工作状态，Q2,Q1,Q0,所对应的信号通过译码器输出驱动对应的二极管，从而实现对二极管的驱动，实现了二极管的依次发光功能。
2．单元电路的设计与分析
（一）报警电路：
（1）电路左边555定时器与一个1MΩ电阻，1个10μF的电容构成单稳态触发器，其中R2=0。
平时4脚接高电平，3脚输出端信号经过与非门之后输入定时器2的4脚。
为使扬声器发出的声音足够人耳识别，因此，定时器1所接电容应小于与扬声器相连的电容，C1=10μF；R=1MΩ.
（2）定时器1的输出信号经过与非门后接入定时器2的4输入端，构成一个多谐振荡器，扬声器一端通过电容C2与定时器2的输出端3相连,另一端接地；电路开关断开，当电源接通时，振荡器振荡，扬声器发出声音报警，与此同时，电源通过电阻给电容充电。
当开关闭合时，电容放电，当电容上的电压不足以维持振荡时，报警解除，即4脚变为低电平，3脚输出为零，扬声器不发出声音。
其中C2=100，C3=0.01μF，R1=R2=5KΩ;
（3）电路工作电压5V，芯片各自都需要供给电压，均采用5V。
（二）彩灯控制电路：
（1）计数器模块：
片选信号以及输出信号的输出控制
所选用的74LS04为六组反相器，选取其中的两组，其中一组与电阻R1相连，输出信号作为计数器的时钟脉冲信号接入到74LS161的CP端，作为信号的输入；
74LS161为4位二进制同步加法计数器，除了有二进制加法计数功能外，还具有异步清零、同步并行置数、保持等功能。
试验中，将74LS161的1，7，9，10端口接高电平后，使74LS161计数器处于计数状态，电路从0000状态开始，连续输入16个计数脉冲后，电路将从1111状态返回到0000，在CP信号的作用下，电路从0000状态到1111状态再到0000状态，一直循环，其中R1=390Ω.
（2）译码器模块：
另一组反相器与计数器的Q3端口相连，构成了译码器的片选信号，控制译码器的工作，当Q3端输出信号为0时，译码器1的使能控制端信号为00，译码器工作；Q3信号经过反相器输出信号变为1，此时译码器2的时能控制端信号为11，，此时，无论A1,A2,A3,为何种状态，输出全为1，即译码器2出于不工作的状态。
计数器的输出信号通过译码器的译码后，在相应的条件下，分别驱动译码器1和2进入译码状态，使译码器输出相对的信号驱动对应的二极管，从而实现二极管的发光，通过连续信号的输出，对应的驱动二极管发光，从而实现了二极管的依次发光功能。
通过自制彩灯布局，实现彩灯控制功能。
其中，R2=300Ω
下图所示为彩灯控制电路的二进制状态表
表1
数目
Q3
Q2
Q1
Q0
~S1~S2
译码器1
译码器2
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
1
0
2
0
0
1
0
1
0
3
0
0
1
1
1
0
4
0
1
0
0
1
0
5
0
1
0
1
1
0
6
0
1
1
0
1
0
7
0
1
1
1
1
0
8
1
0
0
0
0
1
9
1
0
0
1
0
1
10
1
0
1
0
0
1
11
1
0
1
1
0
1
12
1
1
0
0
0
1
13
1
1
0
1
0
1
14
1
1
1
0
0
1
15
1
1
1
1
0
1
3．电路的安装与调试
（一）、电路安装调试过程中的问题及分析解决
（1）安装过程：
在电路安装过程中，遇到的最大问题是，起初考虑不周全，芯片分布不够合理，出现了许多“特长线”。
不但影响布线速度，而且也会给后来的调试带来不必要的麻烦。
当时已经布线不少，不可能重新开始，再三权衡，最后只移动了一个芯片，问题就得到了很大改善。
其次就是布线，为了使其尽量不交叉，所以在保证连通的情况下，在布线上也下了不少工夫。
通过深思熟虑之后，电路安装完成，基本上保证了自己美观实用的原则。
（2）调试过程：
报警电路：
第一轮：
用万用表欧姆档测试，就遇了面包板上有插孔不通的情况，导致芯片不能正常工作，扬声器不能发音。
相对于别的办法，我选择了讲芯片整体移位的办法，而对通过万用表测出的高阻导线进行更换。
第二轮：
接电后，发现扬声器发声，但声音很小，用万用表的电压档测试单元电路的状态后发现，原来是两个不同容量的电容位置出现错误，通过更换电容位置，实现了报警电路的报警功能。
最后通过测试，报警电路成功实现其功能。
彩灯控制电路：
第一轮：
在用万用表的欧姆档测试的过程中，同样出现了报警电路中出现的问题，最后通过更换面包板，使实验状态实现了彻底的改变。
第二轮：
（1）接电后，经过检查实验电路连接完全正确，但却无法完成彩灯的依次发光，于是，对实验板上的各个元件进行检查，如：
时钟信号电路的信号是否正常产生，控制信号电路中的计数器能否正常计数，发光二极管LED是否正常，最后发现是74LS161计数器芯片烧毁不能实现技术功能，通过更换新的74LS161计数器芯片，解决了该问题……最后在整体上测试一遍。
彩灯控制电路实现了彩灯依次发光的功能。
（2）在整个调试完成后，却遇到的新问题：
彩灯演示时有时正常有时混乱。
在排除其它可能的情况下，我仔细检查各端子的连接情况，发现清“0”端在清“0”后悬空了。
后经老师提示，将74LS161芯片的1，7，9，10端口接上高电平，问题得以解决。
实验板上的电路在之后的测试过程中表现稳定。
由于第一个面包板的接触极为不好，使我检查的过程进行得极为缓慢。
当然也使我积累了不少检查错误的经验。
当新芯片拿到的时候，一定要检查芯片本身的好坏。
这是很关键的一步，不要以为新的就一定是好的。
（二）、电路的性能指标及其测试
报警电路：
报警电路工作电压，Vcc=5V,所用芯片为两片555定时器在电路开关断开时报警，闭合开关之后，电容接地放电，报警解除，如果实现上述功能，则报警器功能实现。
彩灯控制电路：
彩灯控制电路工作电压Vcc=5V，所用芯片为一片反相器，一篇74LS161计数器，两片74LS138译码器，芯片均虚通电，电压5V，接电之后，LED发光二极管自译码器1的Y0-Y7端到译码器2的Y0-Y7端开始依次发光，并实现循环，如此则彩灯控制电路功能实现。
自制彩灯布局。
四．心得体会、存在问题和进一步的改进意见等
（1）心得：
1、通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
这个方案总共使用了74LS248，CD4510各两个，74LS04，74LS2138，74LS161，555定时器各一个。
通过本次课程设计，掌握了这几个芯片的功能与应用。
2、由于本次设计过程中采用的是面包板作为电路的载板，在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，实际接上电路后，总是实现不了，比如接触不良导致，导线断路或者电容极性接反，甚至出现电源与接地端接反导致芯片烧毁从而导致实验不成功等等，因此耗费在这上面的时间很多。
由于第一个面包板的接触极为不好，使我检查的过程进行得极为缓慢。
当然也使我积累了不少检查错误的经验。
而且在新芯片拿到的时候，一定要检查芯片本身的好坏。
这是很关键的一步，不要以为新的就一定是好的。
3、做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，如果课上知识掌握不好的话，难以轻松的完成本次课程设计，通过课程设计是一次对理论知识进行综合利用的过程，实验是我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。
所以，课程设计对我们的知识巩固的作用非常大！
4、同时我认为我们的实验是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。
无论在现在还是将来的工作中，团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。
而这次实验也正好锻炼我们这一点，也学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高
（2）存在的问题及改善：
通过这次课程设计使我懂得了只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正巩固自身，提高自己的能力，在设计的过程中遇到很多问题，比如对元器件的性能不了解，对理论知识掌握的不扎实，理解的不够深刻，对实验造成了很大的影响。
所以，必须在学号理论知识的基础上才能将理论与实践很好的结合！
才能使自身得到提高！
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。
同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，感谢于老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！
五．附录
1．实验仪器及器件：
（1）报警器：
仪器：
数字电子技术试验箱一台；
器件：
555定时器，2片；74SL00:
1只；
电容3个：
0.01μF，10μF，100μF；扬声器1只；
电阻：
1MΩ1个，5KΩ2个；导线若干；
面包板（万用线路板）：
1个；
（2）彩灯控制电路：
仪器：
数字电子技术试验箱一台；
器件：
LED发光二极管16个；470μF电容1只；
电阻：
300Ω，390Ω各一只；导线若干；
74LS161,74LS04各一只，74LS138两只；
面包板（万用线路板）：
1个
2.电路原理图
1.报警电路
C1定时器1C2定时器2
2.彩灯控制电路
3.芯片引脚图
（1）.74LS00
（2）.74LS04
（3）.74LS138
（4）.74LS161
六．参考文献
（1）段九洲《电源电路——实用设计手册》辽宁科学技术出版社2002
（2）康华光《电子技术基础》高等教育出版社2005年版
（3）杨宏清《实用电路参考手册》机械工业出版社2003年
（4）王毓银《数字电路逻辑设计》高等教育出版社编
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