数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材.pdf

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1、数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材课程名称：数字电子技术、模拟电子技术设计题目：循环彩灯院系：电子信息科学与技术学生姓名：学张雷周宇号：2013092212020130922125专业班级：2013 级电信一班1/17数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材设计要求：1、设计制作一个循环彩灯电路；2、设置彩灯数目为 8 个，8 个彩灯挨次闪耀，彩灯亮灯时间为 1 秒。循环彩灯摘要：设计制作了一个循环彩灯控制电路，该电路能够控制彩灯循环点亮，每个彩灯点亮时间为8 个1 秒。控制电路主要信号发生555器、计数器、译码器和输出电路几部分构成。信号发生器是由准时器构成的多谐振荡器；驱动电

2、路由74LS192 计数器和 74LS138300 的电阻和一个译码器构成；输出电路由八个发光二级管和一个5V 电源构成。利用Multisim 10 对设计的电路进行仿真，能够获得八个彩灯挨次循环着亮，而且每个彩灯的亮灯时间为1 秒。其他要注意，74LS192 发光二极管要共阳极连结。重点词：循环彩灯；555 准时器；74LS192；74LS138；Multisim 10电路仿真12/17数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材1.设计背景1.1 电子技术课程设计的目的与意义电子技术是一门实践性很强的课程，增强工程训练，特别是技术的培育，关于培育设计人员的素质和能力拥有十分重要的作用。在电

3、子信息类本科教课中，课程设计是一个重要的实践环节，它包含选择课题、电子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。经过课程设计要实现以下两个目标，第一学生初步掌握电子线路的设计、组装及调试方法。即学生依据设计要求，查阅文件资料，采集、剖析近似电路的性能，并经过组装调试等实践活动，使电路达到性能要求；第二课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上渐渐引向实质方面，运用已学过的剖析和设计电路的理论知识，逐渐掌握工程设计的步骤和方法，同时，课程设计报告的书写，为此后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。1.2 电子技术课程

4、设计的方法和步骤电子电路设计方法是在设计一个电子电路系统时，第一一定明确系统的设计任务，依据任务进行方案选择，而后对方案中的各部分进行单元电路的设计、参数计算和器件选择，最后将各部分连结在一同，画出一个切合设计要求的系统电路图。第一明确系统的设计任务要求对系统的设计任务进行详细剖析，充足认识系统的性能、指标、内容及要求，以便明确系统应达成的任务。而后进行方案选23/17数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材择，把系统要达成的任务分解为若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能针对系统提出的整机原理框图。方案选择的重要任务是依据掌握的知识和资料，的任务、要乞降条件，达成系统的功能设计。在此

5、过程中要敢于探究，勇于创新，争取方案的设计合理、靠谱、经济、功能齐备、技术先进。而且对方案要不停进行可行性和优弊端的剖析，最后设计出一个完好框图。2.设计方案2.1 任务剖析依据课程设计要求，剖析可知，循环彩灯是由 555 准时器构成的多谐振荡器产生固定周期的时钟发生器，为电路供给时钟信号，为实现产生所需要的周期，要用到电阻和电容，以及由准时器构成的多谐振荡器，支持整个电路的工作；又为实现计数，故要用双时钟种类计数器来实现一个加法功能，才能保证明现此要求，而且计数器的进制要对，用置零来实现进制的要求；有了计数器，我们要把这些输入的二进制代码变为输出是一组与输入一一对应的高低电平，所以要使用译码

6、器来进行译码，选择适合的译码器；输出电路中，为了让彩灯发光而且不被因为电压过大而烧坏，我们要加上一个保护电阻，电阻的阻值我们能够计算出来；要使 8 个彩灯挨次循环发光。此外还要注意到联合本电路彩灯管要进行共阳极连结。由计数器和译码器构成，用以驱动8 个彩灯正常工作，1 所示。而且在时钟电路的控制下让8 个彩灯循环工作。电路构造框图如图时显钟示发计数器译码器输生出器端图 1电路构造框图2.2 方案论证在循环彩灯电路中，需要表现的是电路的循环功能，电路采纳由数字 模拟混淆集成电路 555 准时器构成的多谐振荡器产生固定周期为1 秒的时钟发生器，为电路供给时钟信号，这是输入电路；用双时钟异步芯片74

7、LS192 来进行一个34/17数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材加法计数，计数以后我们要对输入电路的二进制输入进行译码，故采纳了3 线 8 线译码器 74LS138 来实现，驱动电路采纳双时钟种类的异步计数器74LS192和 3 线 8 线译码器 74LS138 来实现，所以再经过由计数器和译码器构成的驱动电路，经译码器译出的脉冲信号抵达输出电路，由芯片 74LS192 构成八进制计数器，并对时钟信号进行计数来实现八个彩灯挨次循环发光；由芯片 74LS138构成译码器，而且 74LS138 对 74LS192 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，直接控制彩灯的

8、闪耀；而74LS138 的输出管脚均为低电平，所以我们要把二极管的另一端加上一个5V 的高电平，在高电平的电源与发光二级管之间我们加上一个保护电阻来保护发光流过二级管的电流和两头电压，最后要 8 个彩灯循环亮，而且每个灯亮灯时间为多谐振荡器的周期，挨次循环发亮，此时表示有输出结果，电路正常工作。3.方案实行3.1 原理图设计1、时钟电路设计时钟电路是由 555 准时器构成的多谐振荡器构成的。555 集成时及电路是一种数字、模拟混淆型的中规模集成电路，可连结成多谐振荡电路，产生单位脉冲，用于触发计数器。555 准时器的逻辑符号图如图2 所示。8VCC47RSTDISTHRTRIOUT3625GN

9、DCON1图 2555 准时器的逻辑符号图555 准时器的功能表如表1 所示。表 1 555 准时器的功能表输入输出45/17数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材RDUTHUTRUO低电平低电平TD导通导通01222VCC111 VCC33 VCC1 VCC不变不变33 VCC1 VCC高电平截止331VCC12VCC3高电平截止3555 准时器能够很方便地构成多谐振荡器，555 准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。用它能够构单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。555 准时器的构造及工作原理：第一，分压器：由三个等值电阻构成；第二，比较器：由电压比较器C

10、1 和 C2 构成；第三，R-S 触发器；第四，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。因为矩形波中含有丰富的谐波，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,作为信号发生器使用。电源谐振荡器产生的。本实验正是利用其产生震荡脉冲电压取 5V，我们喜欢用占空比为2/3 的脉冲信号，所以依据振荡周期计算公式T (R1 2 R2)C ln 2可得，该电路的振荡周期为1s。3 所示。由 555 准时器构成的时钟信号产生电路如图56/17数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材图 3由 555

11、准时器构成的时钟信号产生电路图74LS192 是同步十进制可逆计数器，它拥有双时钟输入，并拥有消除和置数等功能，其引脚摆列及逻辑符号如图4（a）（b）所示。图 4 74LS192（a）引脚摆列（b）逻辑符号_ 图中：P L 为置数端，CPU为加计数端，CPD为减计数端，T CU为非同步进位输 出端，T CD为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，MR 为消除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。其功能表如表 2 所示。表 2 74LS192 功能表_输入CPUCPDP3输出P2P1P0Q3Q2Q1Q0MRP L10000000011d1cbadcba加计数减计数174LS1

12、38 的作用:利用 G1、G2A 和 G2B 能够扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还能够扩展成32 线译码器。74LS138 引脚图如图 5 所示。67/17数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材图 5 74 LS138的引脚摆列用与非门构成的 3 线-8 线译码器 74LS138 内部电路构造如图6 所示。图 6 74LS138 内部电路构造78/17数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材74LS138 功能表如表 3 所示。表 3 74LS138 功能表输入输出S1A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7S2+S30111111110000000000001111

13、0011001101010101111101101111111111111111011111111110111111111101111111111011111111110111111111101不论是从逻辑图仍是功能表我们都能够看到74LS138 的八个输出管脚，任何时辰要么全为高电平1 芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平 0，其0 的情余 7 个输出管脚全为高电平 1。假如出现两个输出管脚在同一个时间为况，说明该芯片已经破坏。2、驱动电路设计八进制的计数器是用示。74LS192 改制而成。八进制的计数器电路图如图7 所89/17数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材图 7计数电路

14、图中的管脚 5 是接的由 555 准时器构成的多谐振荡器的输出端，管脚 3、2、6 分别接芯片 74LS138 的管脚 1、2、3 这 3 个输出端。译码电路是用 74LS138 实现。译码电路图如图8 所示。图 8译码电路图中的管脚 1、2、3 分别接芯片 74LS192 的管脚 3、2、6 这 3 个输出端。在译码器输出端直接接发光二级管的负极，后与保护电阻串连，接至 5v 电源即可。由 74LS192 计数器和 74LS138 三线八线译码器构成,用以驱动发光二极管正常工作，而且在时钟电路的控制下让八个发光二极管循环工作。设计原理：把 555 准时器的输出端接 74LS192 计数器的加

15、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。因为只要要8 个彩灯挨次点亮，也就是8 种状态，而后进入下一个循环，而74LS192 计数器是十进制计数器，有十种输出状态，所以采纳把74LS192 计数器的 QD 输出端返回接其置零端，以实现当计数到八时，返回从零开始计数。这样就达成了循环彩灯的循环控制。驱动电路图如图9 所示。910/17数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材图 9驱动电路图图中芯片 74LS192 的管脚 5 是接的由 555 准时器构成的多谐振荡器的输出端，芯片 74LS1

16、38 管脚 15、14、13、12、11、10、9、7 分别为芯片 74LS138 的 Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y78 个输出端。3、输出电路设计输出电路有 8 个发光二极管和2 个 300 的电阻和 1 个高电平构成。只有当从驱动电经过来的是低电平，才能够让发光二极管导通发光。输出电路如图10 所示。图 10输出电路图图中管脚 15、14、13、12、11、10、9、7 分别为 74LS138 的 Y0、Y1、Y2、Y3、1011/17数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材Y4、Y5、Y6、Y78 个输出端。3.2 电路仿真在元件库中找出所需的元件，并在各单元电路设计

17、的基础上，依据设计电路图，用 Multisim 软件把各单元电路连结起来，画出切合要求的系统整体逻辑电路图。系统整体电路设计达成后，要进行仔细的检查以后再对系统整体进行仿真，来考证设计的正确性。依据彩灯的闪耀状况判断电路能否正常，并利用示波器分别接入各单元电路输入输出端，调整示波器适合的丈量和察看范围，对各单元电路输入输出端进行输入输出的信号波形的察看，看它的实质输入输出与理论上能否有差异，若有差异，要找出原由，并剖析它能否影响电路正常工作。若影响，要进行改正，直到仿真成功为止。经过仿真，确立我们的电路原理图无误，能够制板。在仿真过程中，我们仿真的周期为，而实质上周期应当为1s，这是因为仿真软

18、件的仿真环境没有设置好，经过老师的设置，最终仿真周期变为1s，仿真偏差为：T1.004-11100%0.4%用 555 准时器构成的多谐振荡器的振荡频次理论值为 1Hz，可能因为电压的不稳固，在开始时彩灯亮的时间其实不为 1s，在循环过一次后，彩灯依据时长为1 秒进行挨次发亮，电路仿真的结果为八个彩灯挨次发亮，而且亮灯时间为1秒，挨次循环。依据仿真结果可知电路原理无误，能够进行PCB 板布线。仿真图如图 11 所示。1112/17数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材图 11仿真图仿真电路的输入脉冲工作状态如图12 所示。图 12仿真电路的输入脉冲工作状态3.3 PCB 制作经过仿真此后

19、，在Altium Designer Summer 09软件中新建四个文件：工作空间文件、工程文件、原理图文件、PCB 板文件，而后把设计好的原理图按原零件连结起来。对其进行元件的封装的选择，选择合理的封装以后，进行编译履行，再进行 PCB 布局，最后进行PCB 布线，布线时要恪守布线规则。要不断地进行改正，合理地布局，使其达到整体合理、紧凑、雅观。要尽量防止焊盘的出现，跳线的出现，还要注意导线之间的间距，以及焊盘的内径大小和一些特其他要求。PCB 板制作要求：要采纳公制单位（mm）；接地线和电源线用 0.8mm 或许，假如从两个焊盘中间穿过时用 0.4mm 或许；焊盘的内径用 0.9mm 或许

20、，外径依据需要改正，一般状况下是 X 方向，Y 方向，或许 X 方向，Y 方向；过空的大小与焊盘的大小同样；PCB 板的1213/17数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材大小应设计的紧凑雅观，一般采纳55（单位厘米）。3.4 安装与调试在安装上，我们要注意发光二极管有没有插反，所以在安装前，讨教了老师如何辨识正负极，找到所需要的元件，依据打印好的电路图，而后安装好所有的芯片和电路原件后，在 PCB 板上利用电烙铁进行各元件的焊接。依据电路图逐个检查电路有没有漏焊的问题，接下来用万用表逐个检查有没有虚焊或线路断路或线路短路。在线路没有问题的状况下连结电源调试，以后用电源逐个模块进行检查。

21、观看制作出来的电路板能否切合设计的要求。若不可以实现预期结果要剖析犯错的原由。安装的过程中需要注意的事项：第一，元器件的正反向和电阻、电容的大小对应的地点；第二，芯片 555 准时器、74LS192、74LS138 的管脚应所有插入槽内才能使劲按，轻轻的使劲，不可以把芯片的管脚弄断；第三，发光二级管的正负极、电容的正负极。焊接的过程中需要注意的事项：第一，将电烙铁烧热，待刚才能融化焊锡时，涂上助焊剂，再用焊锡平均地涂在烙铁头上，使烙铁头平均的吃上一层锡；第二，第一注意电路板上的铜片，不可以划掉了，烙铁不可以再铜片上逗留时间过长，以致于铜片翘起；第三，用锡尽量少，可是要保证把元器件的管脚焊结实，

22、并且不可以虚焊；第四，不要把电烙铁猛力敲打，免得震断电烙铁内部电热丝或引线而产生故障；第五，电烙铁使用一段时间后，可能在烙铁头部留有锡垢，在烙铁加热的条件下，我们能够用湿布轻檫。若有出现凹坑或氧化块，应用细纹锉刀修复或许直接改换烙铁头。调试的过程中需要注意的事项：第一，先用万用表测试电路板的所有铜铺导线能否有短路、断路和虚焊等；第二，注意电源的正负极；第三，注意电源的电压不可以太大，不可以烧坏整个电路板、芯片和发光二级管。在经过多次调试，彩灯仍是只有最后一个亮，而且还不闪、不循环，对此，张天鹏老师花了一个多小时进行了精心调试和清除阻碍，因为555 准时器不正常工作产生了不是课程设计所需要的占空

23、比为2/3 的矩形波，产生了不需要的杂波，没有成功。我们回到宿舍，进行了仔细的剖析和判断，最后发现 74LS192的 8 管脚接地线虚焊以致于接触不良，我们接好地线以后，彩灯亮了六个，我又进行了近三个小时的故障清除，查出了原由，另三个彩灯是因为虚焊和余锡1314/17数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材点短路而造成不亮，最后我把这些故障清除，经多次调试我们的循环彩灯正常工作了，所以此次设计是成功的。对自己在此次课程设计中的付出感觉骄傲的。4.结果与结论实验达到了预期目的，8 个彩灯挨次亮，彩灯亮灯时间为 1 秒，挨次循环，而后开始下一个循环，循环彩灯正常工作。此次课程设计圆满达成，但也

24、存在不足。比方元件封装的选用，后才得出正确的结论。经过此次课程设计，我进一步加深了对数字电子技术知识的认知与理解，掌握了循环彩灯电路的设计、组装与调试方法。学会了娴熟运用仿真软件Multisim，PCB 板设计软件 AltiumDesigner。培育了独立思虑、剖析、解决问题的能力，并培育了我们的着手能力。6.附件6.1 电路原理图电路原理图如图13 所示。1415/17数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材图 13电路原理图6.2 PCB 布线图PCB 布线图如图 14 所示。1516/17数字电子技术、模拟电子技术-循环彩灯设计教材图 14 PCB 布线图6.3 元器件清单元器件清单如表 4 所示。表 4元器件种类555 准时器74LS19274LS138发光二极管元器件清单表功能准时数目（个）111811111可逆十进制计数器译码器红、黄、蓝、绿51K47K300K10uF100nF电阻电容1617/17