循環(huán)彩燈數電課程設計

1、<p>　　課 程 設 計 說 明 書</p><p>　　課程名稱： 數字電子技術 </p><p>　　設計題目： 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：

2、 </p><p>　　學 號： </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2011年5月25日</p><

3、;p>　　課 程 設 計 任 務 書</p><p><b>　　循環(huán)彩燈</b></p><p>　　摘要：本次循環(huán)彩燈的設計制作由555定時器、74LS192、74LS138兩種芯片構成的中規(guī)模集成電路來實現(xiàn)，其中555定時器組成的多諧振蕩電路震蕩周期為1秒，74LS192實現(xiàn)八進制加法計數（從0000到0111），74LS138實現(xiàn)對應八個LED彩燈譯碼功

4、能。</p><p>　　關鍵詞：循環(huán)彩燈　　555定時器　　74LS192　　74LS138</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.設計背景 ……………………………………………………………………4</p><p>　　1.1了解數字電路系統(tǒng)的定義及組成…………………………………………

5、4</p><p>　　1.2掌握時鐘電路的作用及基本構成…………………………………………4</p><p>　　2.設計方案……………………………………………………………………4</p><p>　　2.1總體設計路…………………………………………………………………4</p><p>　　2.2電路框圖…………………………………………………

6、…………………4</p><p>　　3.方案實施 …………………………………………………………………5</p><p>　　3.1 555定時電路產生始終脈沖………………………………………………5</p><p>　　3.2 74LS38與74LS92功能……………………………………………………6</p><p>　　3.3 電路仿真 ……

7、……………………………………………………………8</p><p>　　3.4 PCB板制作…………………………………………………………………9</p><p>　　4.結果與結論…………………………………………………………………10</p><p>　　4.1電路調試………………………………………………………………10</p><p>　　4

8、.2 理論值與實際值…………………………………………………………11</p><p>　　5.收獲與致謝…………………………………………………………………11</p><p>　　6.參考文獻……………………………………………………………………13</p><p>　　7.附件 ………………………………………………………………………13</p><

9、;p>　　附錄1…………………………………………………………………13</p><p>　　附錄2 …………………………………………………………………13</p><p><b>　　1. 設計背景</b></p><p>　　1.1了解數字電路系統(tǒng)的定義及組成</p><p>　　數字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控

10、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換成數字信號，其形式包括各種輸入接口電路。比如數字頻率計中，通過輸入電路對微弱信號進行放大、整形，得到數字電路可以處理的數字信號。模擬信號則需要通過模數轉換電路轉換成數字信號再進行處理。在設計輸入電路時，必須首先了解輸入信號的性質，接口的條件，以設計合適的輸入接口電路。</p><p>　　1.2掌握時鐘電路的作用及基本構成</p>

11、<p>　　時鐘電路是數字電路系統(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，數字頻率計中的基準時間形成電路等都屬于時鐘電路。設計時鐘電路，應根據系統(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合產生系統(tǒng)所需的各種時鐘脈沖。</p><p><b>　　2

12、 設計方案</b></p><p>　　2.1 總體設計思路</p><p>　　循環(huán)彩燈的設計制作由555定時器、74LS192、74LS138兩種芯片構成的中規(guī)模集成電路來實現(xiàn)，其中555定時器組成的多諧振蕩電路震蕩周期為1秒，74LS192實現(xiàn)八進制加法計數（從0000到0111），74LS138實現(xiàn)對應八個LED彩燈譯碼功能。</p><p>

13、<b>　　2.2 電路框圖</b></p><p><b>　　3 方案實施</b></p><p>　　3.1 555定時電路產生時鐘脈沖 </p><p>　　555定時電路是一種數字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，可連接成多諧振蕩電路，產生單位脈沖，用于觸發(fā)計數器。在延時操作中，脈沖由一個電阻和一個電容控制

14、。用于穩(wěn)定工作的振蕩器時，頻率由兩個電阻和一個電容控制。NE555會在下降延觸發(fā)和清零，此時輸出端產生200mA的電流。NE555的工作溫度為0℃～70℃。如圖2-1,2-2分別是引腳圖和管腳圖。</p><p>　　各管腳說明：1接地2觸發(fā) 3輸出 4復位5控制電壓 6門限(閾值） 7放電 8電源電壓Vcc。</p><p>　　其功能主要用來產生時間基準信號（脈沖信號）。因為循環(huán)彩燈對

15、頻率的要求不高，只要能產生高低電平就可以了，且脈沖信號的頻率可調，所以采用555定時器組成的振蕩器，其輸出的脈沖作為下一級的時鐘信號。圖2-3為多諧振蕩電路波形圖。圖2-4為多諧振蕩器實驗連接圖。</p><p>　　555多諧振蕩波形圖</p><p>　　多謝振蕩器實驗連線圖</p><p>　　用555定時器構成多諧振蕩器,電路輸出便得到一個周期性的矩形脈沖,

16、其周期為: T=0.7(R1+2R2)C</p><p>　　若取R1=R2，則T=2.1CR1</p><p>　　若取C=10uF，則R1=48K</p><p>　　3.2 74LS138及74LS192的功能</p><p>　?。?）74LS138工作原理及管腳圖如下： </p><p>　　當一個選通端（

17、G1）為高電平，另兩個選通端（/(G2A)和/(G2B)）為低電平時，可將地址端（A、B、C）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。</p><p>　　（2）74LS138功能:</p><p>　　利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可級聯(lián)擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。 </p><p>　　若將選通端中的一個作

18、為數據輸入端時，74LS138還可作數據分配器.</p><p>　　如圖2-7二進制譯碼器74LS138的管腳圖，圖2-8為其功能表。</p><p>　　圖2-5 二級制譯碼器74LS138 管腳圖</p><p>　　3線-8線譯碼器74LS138功能表</p><p>　　（3）計數器74LS192管腳圖如圖2-9所示，功能表如圖2

19、-10所示</p><p>　　計數器74LS192 管腳圖</p><p>　　計數器74LS192功能表</p><p>　　◆ C2PU為加計數時鐘輸入端，CPD為減計數時鐘輸入端。</p><p>　　◆ LD為預置輸入控制端，異步預置。</p><p>　　◆ CR為復位輸入端，高電平有效，異步清除。<

20、/p><p>　　◆ CO為進位輸出：1001狀態(tài)后負脈沖輸出，</p><p>　　◆ BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負脈沖輸出。</p><p>　　3.3 555定時器、74LS138及74LS192組成的仿真電路 </p><p>　　通過對循環(huán)彩燈設計的各個子模塊功能進行了解分析后，在Multisim 9中進行合適的連接，組成完整數字電

21、路進行仿真。仿真的預期結果為八個彩燈依次發(fā)光，每個亮燈時間為一秒，然后進入下一個循環(huán)。當仿真結果與預期結果一致時，則電路圖滿足設計需求，保存仿真圖以便進行下個步驟。其中循環(huán)彩燈的仿真圖如下：</p><p><b>　　循環(huán)彩燈仿真圖</b></p><p>　　3.4 用DXP軟件制作電路的原理圖,制作并印刷電路的PCB板</p><p>

22、　　利用循環(huán)彩燈的仿真圖，在DXP軟件中找到相應的器件，注意各個器件的封裝要與設計所提供的實際器件相符，然后把各個子模塊連接起來，導入PCB板進行布線，在布線過程中要盡可能的減少跳線，盡可能減少板子的使用面積，以及各個器件的布局的合理與美觀。使得制作出來的PCB板經濟、美觀、實用。</p><p><b>　　循環(huán)彩燈原理圖</b></p><p>　　循環(huán)彩燈PCB

23、板布線圖</p><p><b>　　4 結果與討論</b></p><p><b>　　4.1 電路調試</b></p><p>　?。?）調試使用的主要儀器: 數字萬用表 直流穩(wěn)壓電源 示波器</p><p>　?。?）測試電路的方法和技巧:</p><p>　　先

24、檢查各芯片的電源和地是否接上，檢查線路是否連好；前面的檢查無問題后，再根據彩燈的變化情況，確定可能的原因，分析是哪個功能模塊出了問題，用數字萬用表檢查各模塊的功能，發(fā)現(xiàn)并改正錯誤，直到符合要求為止。</p><p>　?。?）調試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法：</p><p>　?。?）彩燈只有一種花樣變化，沒有其它的花樣：</p><p>　　可能是計數器的芯片7

25、4LS192出現(xiàn)問題，應該檢查循環(huán)控制邏輯電路。檢查是否正確接線，芯片是否功能完好。特別注意不能把非門的輸入與輸出接反了。</p><p>　?。?）彩燈無規(guī)律變化：</p><p>　　原因可能是由555定時電路產生的時鐘脈沖信號不穩(wěn)定，或者是在555電路中沒有標準的計算各電阻的阻值，電解電容，陶瓷電容的使用是否正確。</p><p>　　（3）彩燈在移動過程中是

26、兩個燈一起跳</p><p>　　可能是是芯片74LS192在面包板上面沒有接穩(wěn)定，應該檢查芯片是否通電，各高低電平是否正常工作。應該檢查導線是否有問題。</p><p>　?。?）實驗過程中燈一會亮一會不亮</p><p>　　最后可能是導線的接觸不良問題，應該首先從電源是否良好的接入電路開始檢查，再檢查555定時電路時候正常工作，最后檢查芯片管腳電壓。</

27、p><p>　　4.2 理論值與實際值</p><p>　　理論結果：八路彩燈依次發(fā)光，亮燈時間為1秒，然后進入下一個循環(huán)。</p><p>　　實際結果：八路彩燈依次發(fā)光，亮燈時間接近一秒，然后進入下一個循環(huán)。</p><p>　　理論結果與實際結果在整體上是一致，符合實驗預期要求，循環(huán)彩燈設計成功實現(xiàn)其功能。</p><p

28、><b>　　5 收獲與致謝</b></p><p>　　課程設計共耗時兩個星期，終于到了結尾總結的時刻了。</p><p>　　感覺在這段時間中自己學會了很多東西，如設計電路最重要的是思路要清晰，一旦有了自己的思路就應該有層次有條理的探索下去，只要堅持自己的觀點和判斷，就一定能實現(xiàn)，即便最后發(fā)現(xiàn)走進了死胡同，但是探索設想與求證的過程卻是通往另一條道路必不可少

29、的環(huán)節(jié)。</p><p>　　在完成這次設計的過程中，我也有參考相關的設計課題，甚至還花了很長的時間去弄清楚別人的設計，以至于后來被束縛住，對自己的設計沒有了頭緒。學習吸收別人的長處是應該的，但是不能完全沉浸進去，要有自己的思路和觀點，并且努力去實現(xiàn)。這就是快樂的最大源泉。</p><p>　　在完成本次課設的過程中開始的頭幾天一直在糾結于用74LS194實現(xiàn)移位寄存器，因為它的原理是很簡

30、單的，可是在實際連電路的過程中，一下子遇到了很大的困難，因為外界的干擾因素實在太多了，稍不注意就碰到某個導線了，結果發(fā)光二極管就不亮，于是自己得檢查到底哪里出現(xiàn)了問題，有得費很長時間去檢查管腳是否連錯，導線是否松動，或者導線是否壞掉等等情況。</p><p>　　經過這次試驗，終于感覺到了理論與實際的差別有多大了，當然這個過程也是非常的考驗人的，不僅僅是考察你的理論知識，動手能力，以及檢查問題并解決問題的能力，更

31、是在考驗一個人的耐心，細心。在連接電路的過程中，絲毫不得馬虎，必須清楚的了解每個芯片的管腳分布圖，功能表。</p><p>　　說實話，在實驗過程中出現(xiàn)問題并不可怕，可怕的是在反復的受挫中沒有革新，不能改進自己的方法和思路。因此自己應該具有創(chuàng)新思維。</p><p>　　通過這次課程設計，我對電子技術中的諸多知識有了更深層次的理解，也初步學會了如何將理論知識有機地與實際結合加以運用。這是一

32、次獲益匪淺的實習。</p><p><b>　　6 參考文獻</b></p><p>　　[1]童詩白.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2005. </p><p>　　[2]臧春華.電子線路設計與應用[M].北京:高等教育出版社,2005.</p><p>　　[3]邱關源 羅先覺.電路（第五版）[M]

33、.北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[4]閻 石.數字電子技術（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005.</p><p>　　[5]張陽天 韓異凡Protel DXP電路設計[M].北京：高等教育出版社，2005</p><p><b>　　7 附 件</b></p><p>　　附錄一：實