課程設(shè)計---循環(huán)彩燈

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 說 明 書</p><p>　　課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù) </p><p>　　設(shè)計題目： 循環(huán)彩燈 </p><p>　　院 系： 電子信息與電氣工程學院</p><p>　　學生姓名： </p>

2、<p>　　學 號： </p><p>　　專業(yè)班級： 10級電子信息工程(1)班 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2012 年 5 月 25日</p><p>　　課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p>

3、<p><b>　　循環(huán)彩燈</b></p><p>　　摘 要：用74LS138N實現(xiàn)電路的彩燈循環(huán)功能，用555定時器來控制計時從而實現(xiàn)閃爍時間為一秒，在計時方面則有74LS192N來實現(xiàn)逐一閃爍時間一秒。其中，74LS192N的預置數(shù)從低到高依次接0000（對應(yīng)的十進制為0）~0111（對應(yīng)的十進制數(shù)為7），共計八個數(shù)，其中最高位接置零端。其UP端接高電平實現(xiàn)加計數(shù)。<

4、;/p><p>　　關(guān)鍵詞：74LS138N；555 定時器；74LS192N；循環(huán)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1.設(shè)計背景 </b></p><p>　　1.1了解數(shù)字電路系統(tǒng)的定義及組成……………… 2</p><p>　　

5、1.2掌握時鐘電路的作用及基本構(gòu)成…………………2 </p><p>　　1.3熟悉Multism和DXP軟件的功能和使用…………2</p><p><b>　　2.設(shè)計方案.</b></p><p>　　2.1課題分析……………………………………………3</p><p>　　2.2構(gòu)思總體設(shè)計方案… ………………………

6、…… 3</p><p>　　2.3方案論證 …………………………………………3</p><p><b>　　3.方案實施 </b></p><p>　　3.1原理圖設(shè)計…………………………………………5</p><p>　　3.2電路仿真……………………………………………6</p><p>　

7、　3.3 PCB制作……………………………………………6</p><p>　　3.4安裝與調(diào)試…………………………………………6</p><p>　　4.結(jié)果與結(jié)論…………………………………………………7</p><p>　　5.收獲與致謝…………………………………………………7</p><p>　　6.參考文獻………………………………………

8、……………8</p><p><b>　　7.附件 </b></p><p>　　7.1仿真圖………………………………………………9</p><p>　　7.2原理圖………………………………………………9</p><p>　　7.3PCB圖…………………………………………………9</p><p>

9、;　　7.4元件清單……………………………………………10</p><p><b>　　1. 設(shè)計背景</b></p><p>　　1.1了解數(shù)字電路系統(tǒng)的定義及組成</p><p>　　數(shù)字電子技術(shù)是信息、通信、計算機、自動控制等領(lǐng)域工程技術(shù)人員必須掌握的基本理論和技能。數(shù)字電路系統(tǒng)的主要內(nèi)容：數(shù)制、邏輯門電路、邏輯代數(shù)、組合邏輯電路、觸發(fā)

10、器、時序邏輯電路、脈沖波形、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、半導體存儲器等。數(shù)字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路、時鐘電路和電源等。輸入電路主要作用是將被控信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，其形式包括各種輸入接口電路。比如數(shù)字頻率計中，通過輸入電路對微弱信號進行放大、整形，得到數(shù)字電路可以處理的數(shù)字信號。模擬信號則需要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再進行處理。 </p><p>　　1.2掌握時鐘電路的作用及基本

11、構(gòu)成</p><p>　　時鐘電路是數(shù)字電路系統(tǒng)中的靈魂，它屬于一種控制電路，整個系統(tǒng)都在它的控制下按一定的規(guī)律工作。 時鐘電路包括主時鐘振蕩電路及經(jīng)分頻后形成各種時鐘脈沖的電路。比如多路可編程控制器中的555多諧振蕩電路，數(shù)字頻率計中的基準時間形成電路等都屬于時鐘電路。設(shè)計時鐘電路，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求首先確定主時鐘的頻率，并注意與其他控制信號結(jié)合產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種時鐘脈沖。</p><p>

12、;　　1.3熟悉Multism和DXP軟件的作用和使用</p><p>　　Multisim以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。所以可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內(nèi)容， 通Multisim和虛擬儀器技術(shù)，工作者可以完成從

13、理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計。 DXP可定制設(shè)計環(huán)境功能包括雙顯示器支持，可固定、浮動以及彈出面板，強大的過濾和對象定位功能及增強的用戶界面等。DXP是第一個將所有設(shè)計工具集于一身的板級設(shè)計系統(tǒng)，電子設(shè)計者從最初的項目模塊規(guī)劃到最終形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可以按照自己的設(shè)計方式實現(xiàn)。 通過設(shè)計輸入仿真、PCB繪制編輯、拓撲自動布線、信號完整性分析和設(shè)計輸出等技術(shù)融合，DXP提供了全面的設(shè)計解決方案。因此我們可以使

14、用DXP和Aultism軟件進行設(shè)計和仿真。 </p><p><b>　　2.設(shè)計方案</b></p><p><b>　　2.1課題分析</b></p><p>　　充分了解循環(huán)彩燈設(shè)計要求，明確循環(huán)彩燈設(shè)計系統(tǒng)的全部功能、要求及技術(shù)指標；熟悉處理信號與控制對象的各種參數(shù)、關(guān)系和特點。根據(jù)循環(huán)彩燈的原理構(gòu)思總體設(shè)計方案

15、。　</p><p>　　2.2構(gòu)思總體設(shè)計方案</p><p>　　通過555定時器自激脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的周期為1s的矩形脈沖，計數(shù)電路采用74LS192來進行計數(shù)來控制循環(huán)，譯碼電路采用74LS138譯碼產(chǎn)生低電平，將此接入發(fā)光二極管，另一端與高電平線連接。通過本次實驗來熟悉電子電路的設(shè)計方法和設(shè)計環(huán)節(jié)，加深對電子技術(shù)的了解與學習。</p><p><b&g

16、t;　　2.3 方案論證</b></p><p>　　555定時器是一種將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的電子器件。用它可以構(gòu)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器等多種電路。</p><p>　　555定時器的結(jié)構(gòu)及工作原理： </p><p>　　1、分壓器：由三個等值電阻構(gòu)成。</p><p>　　2、比較器：由電壓比較器C1

17、和C2構(gòu)成。 </p><p>　　3、R-S觸發(fā)器。 </p><p><b>　　4、放電開關(guān)管T。</b></p><p>　　多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，接通電源后，不需外加觸發(fā)信號，就能產(chǎn)生矩形波輸出。由于矩形波中含有豐富的諧波，故稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器是一種常用的脈沖波形發(fā)生器,觸發(fā)器和時序電路中的時鐘脈沖一般是由多諧振蕩器產(chǎn)

18、生的。本實驗正是利用其產(chǎn)生震蕩脈沖,作為信號發(fā)生器使用。</p><p>　　74LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下圖（a）（b）所示：</p><p>　　74LS192的引腳排列及邏輯符號</p><p>　　（a）引腳排列      &

19、#160;                (b) 邏輯符號</p><p>　　圖中：11引腳為置數(shù)端，5引腳為加計數(shù)端，4引腳為減計數(shù)端，12引腳為非同步進位輸出端，13引腳為非同步借位輸出端，15、1、10、9引腳為計數(shù)器輸入端，14引腳為清除端，3、2、6、7

20、引腳為數(shù)據(jù)輸出端。</p><p>　　74LS138引腳排列：</p><p>　　74LS138的八個輸出管腳，任何時候要么全為高電平1-芯片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個為低電平0，其余七個輸出管腳全為高電平1。如果出現(xiàn)兩個輸出管腳在同一個時間為0的情況，說明芯片已經(jīng)損壞。</p><p>　　從而可以設(shè)計一個有74LS138、74LS192、555定時器組成的

21、循環(huán)彩燈控制電路。</p><p><b>　　3. 方案實施</b></p><p><b>　　3.1 原理圖設(shè)計</b></p><p>　　選擇合適的器件：74LS192、74LS138、74LS00、555定時器各一片，48kΩ ,300Ω，51kΩ各一個，10uF 1個,10nF 1個，應(yīng)用DXP 軟件繪制各單

22、元的邏輯電路圖。標注各單元電路輸入輸出信號的波形。原理圖中所用的元件應(yīng)使用標準標號；電路的排列一般按信號流向由左至右排列；重要的線路放在圖的上方，次要線路放在圖的下方，主電路放在圖的中央位置；當信號通路分開畫時，在分開的兩端必須做出標記，并指出斷開處 的引出與引入點。 根據(jù)以上規(guī)則進行原理圖設(shè)計。</p><p><b>　　3.2 電路仿真</b></p><p>

23、　　根據(jù)原理，用Multism軟件繪制相應(yīng)的邏輯電路圖，并進行仿真，可能由于參數(shù)設(shè)置不正確，從而無法仿真出正確的結(jié)果，然后向老師詢問情況，發(fā)現(xiàn)錯誤，接受老師的建議，經(jīng)過思考加以改正。從而設(shè)計出能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能的電路圖，然后用Multis10進行仿真，得到想要的結(jié)果。在各元件設(shè)計的基礎(chǔ)上，用Multism軟件把各元件連接起來，繪制出符合軟件要求的系統(tǒng)整體邏輯電路。系統(tǒng)整體電路設(shè)計好后，開始仿真，驗證正確性。</p>&l

24、t;p><b>　　仿真圖</b></p><p><b>　　3.3 PCB制作</b></p><p>　　1、首先將原理圖導入PCB制板，設(shè)定板子大小，板子初選為50*50位采用公制mm。且在現(xiàn)有資源的要求下，使用單層板，元器件封裝形式均為直插式。</p><p>　　2、PCB布局緊湊美觀，便于布線，其中過孔

25、的大小和焊盤的大小一致，電源線和地線要求為0.8mm， 號線采用0.5mm,如果從兩個焊盤中間穿過時用0.4mm或是0.3mm。焊盤的內(nèi)徑用0.9mm。外徑根據(jù)需要進行修改，一般為X方向1.6 mm，Y方向2.0mm。設(shè)置好參數(shù)后，進行手動布線，調(diào)整好布局，最后進行連線，有交叉的地方使用跳線，繪制好PCB原理圖。</p><p>　　3、最后進行PCB原理圖打印，在轉(zhuǎn)印機上把PCB圖轉(zhuǎn)印到銅板上，之后把板放到腐蝕

26、液中腐蝕，制好板。</p><p><b>　　3.4 安裝與調(diào)試</b></p><p>　　在電路的安裝過程中注意元器件特別是發(fā)光二極管及74LS192，74LS38，NE555P，電容是否接反，否則會造成元器件的損壞，使電路板不能正常工作， </p><p>　　因此在安裝過程中一定要與PCB板上的電路接法相吻合。電路完成安裝后，開

27、始進行焊接。焊接完畢后，開始進行第一次調(diào)試，電路工作不理想，發(fā)現(xiàn)一些問題，仔細檢查后發(fā)現(xiàn)電路中存在斷路，用跳線把斷開處焊接好之后，用萬用表測時后發(fā)現(xiàn)電路斷開處正常工作。進行第二次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)電路不穩(wěn)定，用萬用表調(diào)試后發(fā)現(xiàn)電路中存在短路。認為是銅和焊錫的少量融合，于是吸錫后重新焊接，進行調(diào)試后發(fā)現(xiàn)問題得到解決，第三次調(diào)試時發(fā)現(xiàn)，電路顯示模塊不工作，進行若干次修改，問題仍沒得到解決。</p><p><b>

28、　　4. 結(jié)果與結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)過原理了解分析，進行方案論證。然后開始實施，首先用Mulism進行仿真，結(jié)果成功。之后開始進行原理圖設(shè)計，接著把原理圖導入PCB工程，開始進行布線調(diào)整，然后開始制板，最后進行焊接，發(fā)現(xiàn)問題進行調(diào)試，最后還是有問題。由于設(shè)計的原因，結(jié)果不好。把設(shè)計構(gòu)想落實到Multisim仿真軟件上，發(fā)現(xiàn)電路仿真很成功，于是進行PCB制板，電路的具體安裝后，進行調(diào)試后

29、發(fā)現(xiàn)電路有斷路現(xiàn)象和短路現(xiàn)象，仔細觀察焊接處，予以解決。在調(diào)試過程中，故障是不可避免的，或者正如老師所說沒有故障反而還不正常。產(chǎn)生故障的原因很多，情況也很復雜，有的是一種原因引起的簡單故障，有的上多種原因相互作用引起的復雜故障，因此需要掌握故障的一般診斷方法，故障診斷過程就是以故障現(xiàn)象出發(fā)，通過反復測試，做出分析判斷，逐步找出故障的過程其元器件布局不合理，導致連接線出現(xiàn)問題?；蛴捎诳紤]不周全，有眾多因素干擾，造成試驗誤差，從而導致結(jié)果失

30、敗。通過設(shè)計，是我跟進一步加深了對數(shù)字電子技術(shù)了解，同時認識到了自己的不足，有助于我更好地學習數(shù)字電子技術(shù)，為以后的學習打下堅實的基礎(chǔ)。這次設(shè)計是我認識到了自己的不足，很好的煅煉我的耐力與心理調(diào)節(jié)能力，課程</p><p><b>　　5. 收獲與致謝</b></p><p>　　這次為期兩個星期循環(huán)彩燈的課程設(shè)計實驗，經(jīng)過了原理的了解，開始進行方案設(shè)計，然后在經(jīng)過理

31、論驗證，然后開始進行原理圖設(shè)計與仿真，之后又行了PCB制作，最后進行焊接與調(diào)試。在此過程中，認識到一些知識的缺乏，和EAD軟件的不熟悉。從而認識到了自己的不足，使自己明白還多東西還需加強學習，彌補不足。同時還鍛煉了自己思維能力與分析解決問題的能力。經(jīng)過課程設(shè)計，更好的學習和使用DXP軟件，了解制圖和布線的全過程，使我受益匪淺。這次課程設(shè)計我們基本掌握了DXP軟件的運用，進一步加深了對所用到的各種元器件的功能的理解，這對我以后的學習會很有

32、幫助。本次課程設(shè)計是一個要求動手能力很強的設(shè)計，而且也是一個有嚴謹?shù)膽B(tài)度才能完成的設(shè)計，它要求我必須一絲不茍，這在很大程度上考驗了我的耐心。自身的能力有一定的提高，在此非常感謝學院安排這次實踐活動，在兩周的課程設(shè)計中非常感謝張?zhí)禊i老師、翟亞芳老師、楊欣老師的熱心輔導和幫助！</p><p><b>　　6. 參考文獻</b></p><p>　　[1]童詩白.模擬電子

33、技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2005.</p><p>　　[2] 鄭君里、楊為理 信號與系統(tǒng)[M]北京：高等教育出版社，2011</p><p>　　[3] 谷樹忠、劉文洲、姜航 Altium Designer 教程 北京：電子工業(yè)出版社， 2006</p><p>　　[4]邱關(guān)源,羅先覺.電路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.<

34、/p><p>　　[5]閻 石.數(shù)字電子技術(shù)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005. </p><p><b>　　7. 附件</b></p><p><b>　　7.１ 仿真圖</b></p><p>　　循環(huán)彩燈仿真圖如下：</p><p>　　7.２ 原理圖