课程设计循环彩灯.docx

1、课程设计循环彩灯 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： 10级电子信息工程(1)班 指导教师： 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XX所在院系电子信息与电气工程学院专业、年级、班10级电子信息工程(1)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。3、 器件：74LS192、74LS138、74LS00、555定时器各一片，48k ,300，51k,10uf,0.01uf各一个。 学生应完成

2、的工作：根据原理进行设计，方案论证，完成循环彩灯的原理图设计及PCB板的制作，手动布线完成PCB板图。然后将修改无误的PCB板图复制，转印，做板。再按照自己设计的电路原理图把电子元器件焊接到电路板上。经调试能正常工作，老师考查合格后，写好设计报告。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 郑君里、杨为理 信号与系统M北京：高等教育出版社，20113 谷树忠、刘文洲、姜航 Altium Designer 教程 北京：电子工业出版社， 20064邱关源,罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.5阎 石.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育

3、出版社，2005. 工作计划：2012年5月14日上午：课程设计说明、软件培训。下午：Multism电路仿真。2012年5月15日：电路设计与仿真。2012年5月16日上午：电路设计与仿真。下午：指导教师单独指导。2012年5月17日：用Altium Designer 10设计原理图。2012年5月18日：用Altium Designer 10设计PCB。2012年5月21日上午：循环彩灯制版。下午：循环彩灯安装。2012年5月22日：指导课程设计报告书写。2012年5月23日：指导课程设计报告书写。2012年5月24日：电路调试。 2012年5月25日：设计验收设计报告收交。任务下达日期：

4、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：用74LS138N实现电路的彩灯循环功能，用555定时器来控制计时从而实现闪烁时间为一秒，在计时方面则有74LS192N来实现逐一闪烁时间一秒。其中，74LS192N的预置数从低到高依次接0000（对应的十进制为0）0111（对应的十进制数为7），共计八个数，其中最高位接置零端。其UP端接高电平实现加计数。关键词：74LS138N；555 定时器；74LS192N；循环1.设计背景 1.1了解数字电路系统的定义及组成 21.2掌握时钟电路的作用及基本构成2 1.3熟

5、悉Multism和DXP软件的功能和使用22.设计方案.2.1课题分析32.2构思总体设计方案 32.3方案论证 33.方案实施 3.1原理图设计5 3.2电路仿真63.3 PCB制作63.4安装与调试64.结果与结论75.收获与致谢76.参考文献87.附件 7.1仿真图9 7.2原理图97.3PCB图97.4元件清单10 1. 设计背景 1.1了解数字电路系统的定义及组成数字电子技术是信息、通信、计算机、自动控制等领域工程技术人员必须掌握的基本理论和技能。数字电路系统的主要内容：数制、逻辑门电路、逻辑代数、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲波形、数字系统设计、数模/模数转换电路、半导体

6、存储器等。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。 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

7、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。1.3熟悉Multism和DXP软件的作用和使用Multisim以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。所以可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容， 通Multisim和虚拟仪器技术，工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计。 DXP可定制设计环境功能包括双显示器支持，可固定、浮动以及弹出面板

8、，强大的过滤和对象定位功能及增强的用户界面等。DXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。 通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，DXP提供了全面的设计解决方案。因此我们可以使用DXP和Aultism软件进行设计和仿真。 2.设计方案2.1课题分析充分了解循环彩灯设计要求，明确循环彩灯设计系统的全部功能、要求及技术指标；熟悉处理信号与控制对象的各种参数、关系和特点。根据循环彩灯的原理构思总体设计方案。2.2构思总体设计方案通过555定时器自激脉冲发生器产生的周期为

9、1s的矩形脉冲，计数电路采用74LS192来进行计数来控制循环，译码电路采用74LS138译码产生低电平，将此接入发光二极管，另一端与高电平线连接。通过本次实验来熟悉电子电路的设计方法和设计环节，加深对电子技术的了解与学习。2.3 方案论证555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。用它可以构单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。555定时器的结构及工作原理： 1、分压器：由三个等值电阻构成。2、比较器：由电压比较器C1和C2构成。 3、R-S触发器。 4、放电开关管T。多谐振荡器是一种无稳态触发器，接通电源后，不需外加触发信号，就能产生矩形波输出。由于矩形波中含有

10、丰富的谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器是一种常用的脉冲波形发生器,触发器和时序电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器产生的。本实验正是利用其产生震荡脉冲,作为信号发生器使用。 74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下图（a）（b）所示：74LS192的引脚排列及逻辑符号（a）引脚排列 (b) 逻辑符号图中：11引脚为置数端，5引脚为加计数端，4引脚为减计数端，12引脚为非同步进位输出端，13引脚为非同步借位输出端，15、1、10、9引脚为计数器输入端，14引脚为清除端，3、2、6、7引脚为数据输出端。74LS138引脚排列：74LS

11、138的八个输出管脚，任何时候要么全为高电平1-芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余七个输出管脚全为高电平1。如果出现两个输出管脚在同一个时间为0的情况，说明芯片已经损坏。从而可以设计一个有74LS138、74LS192、555定时器组成的循环彩灯控制电路。3. 方案实施3.1 原理图设计选择合适的器件：74LS192、74LS138、74LS00、555定时器各一片，48k ,300，51k各一个，10uF 1个,10nF 1个，应用DXP 软件绘制各单元的逻辑电路图。标注各单元电路输入输出信号的波形。原理图中所用的元件应使用标准标号；电路的排列一般按信号流向由左至右排列；重要的

12、线路放在图的上方，次要线路放在图的下方，主电路放在图的中央位置；当信号通路分开画时，在分开的两端必须做出标记，并指出断开处 的引出与引入点。 根据以上规则进行原理图设计。3.2 电路仿真 根据原理，用Multism软件绘制相应的逻辑电路图，并进行仿真，可能由于参数设置不正确，从而无法仿真出正确的结果，然后向老师询问情况，发现错误，接受老师的建议，经过思考加以改正。从而设计出能够实现所要求的功能的电路图，然后用Multis10进行仿真，得到想要的结果。在各元件设计的基础上，用Multism软件把各元件连接起来，绘制出符合软件要求的系统整体逻辑电路。系统整体电路设计好后，开始仿真，验证正确性。仿真

13、图3.3 PCB制作1、首先将原理图导入PCB制板，设定板子大小，板子初选为50*50位采用公制mm。且在现有资源的要求下，使用单层板，元器件封装形式均为直插式。2、PCB布局紧凑美观，便于布线，其中过孔的大小和焊盘的大小一致，电源线和地线要求为0.8mm， 号线采用0.5mm,如果从两个焊盘中间穿过时用0.4mm或是0.3mm。焊盘的内径用0.9mm。外径根据需要进行修改，一般为X方向1.6 mm，Y方向2.0mm。设置好参数后，进行手动布线，调整好布局，最后进行连线，有交叉的地方使用跳线，绘制好PCB原理图。3、最后进行PCB原理图打印，在转印机上把PCB图转印到铜板上，之后把板放到腐蚀液

14、中腐蚀，制好板。3.4 安装与调试在电路的安装过程中注意元器件特别是发光二极管及74LS192，74LS38，NE555P，电容是否接反，否则会造成元器件的损坏，使电路板不能正常工作， 因此在安装过程中一定要与PCB板上的电路接法相吻合。电路完成安装后，开始进行焊接。焊接完毕后，开始进行第一次调试，电路工作不理想，发现一些问题，仔细检查后发现电路中存在断路，用跳线把断开处焊接好之后，用万用表测时后发现电路断开处正常工作。进行第二次调试，发现电路不稳定，用万用表调试后发现电路中存在短路。认为是铜和焊锡的少量融合，于是吸锡后重新焊接，进行调试后发现问题得到解决，第三次调试时发现，电路显示模块不工作

15、，进行若干次修改，问题仍没得到解决。4. 结果与结论经过原理了解分析，进行方案论证。然后开始实施，首先用Mulism进行仿真，结果成功。之后开始进行原理图设计，接着把原理图导入PCB工程，开始进行布线调整，然后开始制板，最后进行焊接，发现问题进行调试，最后还是有问题。由于设计的原因，结果不好。把设计构想落实到Multisim仿真软件上，发现电路仿真很成功，于是进行PCB制板，电路的具体安装后，进行调试后发现电路有断路现象和短路现象，仔细观察焊接处，予以解决。在调试过程中，故障是不可避免的，或者正如老师所说没有故障反而还不正常。产生故障的原因很多，情况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的

16、上多种原因相互作用引起的复杂故障，因此需要掌握故障的一般诊断方法，故障诊断过程就是以故障现象出发，通过反复测试，做出分析判断，逐步找出故障的过程其元器件布局不合理，导致连接线出现问题。或由于考虑不周全，有众多因素干扰，造成试验误差，从而导致结果失败。通过设计，是我跟进一步加深了对数字电子技术了解，同时认识到了自己的不足，有助于我更好地学习数字电子技术，为以后的学习打下坚实的基础。这次设计是我认识到了自己的不足，很好的煅炼我的耐力与心理调节能力，课程设计使我学会了做事要学会整体规划，一定要注重细节，否则很有能因为一点小的错误而造成所有的努力付诸东流。 5. 收获与致谢这次为期两个星期循环彩灯的课

17、程设计实验，经过了原理的了解，开始进行方案设计，然后在经过理论验证，然后开始进行原理图设计与仿真，之后又行了PCB制作，最后进行焊接与调试。在此过程中，认识到一些知识的缺乏，和EAD软件的不熟悉。从而认识到了自己的不足，使自己明白还多东西还需加强学习，弥补不足。同时还锻炼了自己思维能力与分析解决问题的能力。经过课程设计，更好的学习和使用DXP软件，了解制图和布线的全过程，使我受益匪浅。这次课程设计我们基本掌握了DXP软件的运用，进一步加深了对所用到的各种元器件的功能的理解，这对我以后的学习会很有帮助。本次课程设计是一个要求动手能力很强的设计，而且也是一个有严谨的态度才能完成的设计，它要求我必须

18、一丝不苟，这在很大程度上考验了我的耐心。自身的能力有一定的提高，在此非常感谢学院安排这次实践活动，在两周的课程设计中非常感谢张天鹏老师、翟亚芳老师、杨欣老师的热心辅导和帮助！6. 参考文献1童诗白.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2005.2 郑君里、杨为理 信号与系统M北京：高等教育出版社，20113 谷树忠、刘文洲、姜航 Altium Designer 教程 北京：电子工业出版社， 20064邱关源,罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.5阎 石.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005. 7. 附件7. 仿真图循环彩灯仿真图如下：7. 原理图 循环彩灯原理图如下： 7.3PCB图 7.4元件清单器件数据规格74LS1921片74LS1381片555计时器1片电阻48k ,300，51k各一个电容10uF 1个,10nF 1个发光二极管8个 指导教师评语：课程设计报告成绩： ，占总成绩比例： 40 课程设计其它环节成绩：环节名称：原理图设计与仿真，成绩： ，占总成绩比例： 20 环节名称： PCB设计 ，成绩： ，占总成绩比例： 20 环节名称：电路安装调试 ，成绩： ，占总成绩比例： 20 总 成 绩： 指导教师签字：年 月 日本次课程设计负责人意见：负责人签字：年 月 日