数字电子技术课程设计-循环彩灯设计.doc

课 程 设 计 说 明 书课程名称： 数字电子课程设计 设计题目： 循环彩灯 院 系： 电子信息与电气工程系 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 2011年5月25日课 程 设 计 任 务 书设计题目循环彩灯学生姓名展贞贞所在院系电子信息与电气工程学院专业、年级、班2009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；3、彩灯亮灯时间为1秒。4、一个复位按键，在工作时，只要按下该键就能使彩灯从初始状态开始循环。学生应完成的工作：设计循环彩灯的工作原理，并利用multisim软件进行电路仿真。利用dxp 软件绘制电路原理图，并设计制作电路的pcb板。根据设计原理对电路进行安装、调试，完成课程设计工作，并提交课程设计报告。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臧春华.电子线路设计与应用m.北京:高等教育出版社,2005.3邱关源 罗先觉.电路（第五版）m.北京：高等教育出版社，2006.4阎 石.数字电子技术（第五版）m.北京：高等教育出版社，2005.5张阳天 韩异凡protel dxp电路设计m.北京：高等教育出版社，2005.工作计划： 5月16号18号完成原理图的设计；5月19号22号进行pcb设计；5月23号25号制作pcb板；5月26号27号电路板安装与调试，提交课程设计报告。任务下达日期： 2010 年 5 月 16 日任务完成日期： 2010 年 5 月 27 日指导教师（签名）： 学生（签名）： 循环彩灯摘 要：用74ls138n实现电路的循环彩灯功能，时钟电路是由555多谐自激震荡集成电路制成，与电阻和电容一起构成周期为一的时钟周期发生器，为电路提供时钟信号，支持整个电路的工作。在计时方面则有74ls192n实现彩灯闪烁时间为一秒的功能。再由74ls138三线八线译码器的输出分配数据，来控制彩灯循环依次闪烁。电源为整个系统工作提供所需的能源，为各端口提供所需的直流电平ttl。并且在时钟电路的控制下让八个发光二极管循环工作。输出电路用以最终显示输出结果，此处由八个发光二极管组成，在驱动电路的控制关键词： 555定时器；74ls192；74ls138；发光二极管； 电容；电阻；电源 目 录1.设计背景 11.1了解数字电路系统的定义及组成11.2掌握时钟电路的作用及基本构成11.3让学生掌握分析，处理解决问题的能力和培养合精神12.设计方案12.1任务分析12.2方案论证13.方案实施 23.1原理图设计23.2电路仿真23.3 pcb板布线与制做方案的实施 54.结果与结论65.收获与致谢76.参考文献87.附件 97.1电路原理图97.2 pcb布线图 107.3元器件清单 101. 设计背景1.1让学生了解数字电路系统的定义及组成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。在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性质，接口的条件，以设计合适的输入接口电路。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 让学生掌握分析，处理解决问题的能力和培养合作精神现在我们学校正在发展中，有很强的生命力和活力。为了使学生能够适应时代发展，在学校的支持和院里老师指导下进行了这次数电课程设计，培养我们的独立分析，处理解决问题的能力，加强学生之间的团结。2. 设计方案2.1任务分析1.根据设计要求选择所需要的器件2.设计要有555定时器产生连续的1秒脉冲3.还要有计数器74ls192和译码器74ls138分别实现计数和数据分配4.由译码器来控制彩灯的循环5.电路图的连接2.2方案论证1.1hz时钟脉冲电路用555定时器接成多谐振荡器来实现；2计数电路采用74ls192译码器实现；3.再由74ls138译码器的输出分配数据；4.由8个发光二极管实现彩灯功能。3. 方案实施3.1原理图设计把555定时器的输出端74ls192的加数计数器端，将74ls192的输出端分别74ls138的输入端，再把74ls138的八个输出端分别接八个彩灯，彩灯经一电阻连接后接地。结合以上两点，可以画出电路图。3.2电路仿真选择合适的数字器件，应用dxp或其他eda软件绘制各单元的逻辑电路图。1用555定时器设计的多谐振荡器下图所示：2. 译码电路采用74ls138译码器实现；3. 计数电路采用74ls192译码器实现。在各单元电路设计的基础上，用eda软件把各单元电路连接起来，画出符合软件要求的系统整体逻辑电路图。系统整体电路设计完成后，对系统整体进行仿真，验证设计的正确性。用555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率理论值为1hz，电路仿真的结果为1hz（1）multisim中的电路仿真图：. （2）示波器显示的555多谐振荡器输出的频率为1hz的脉冲波形图：3.3 pcb板布线与制做方案的实施先根据构思在multisim中进行仿真，可行后再在dxp中完成对电路图的绘制。2.pcb板布线。（pcb板布线采用自动布线和手工布线相结合，从而实现布线的正确性）在布线前要在dxp中完成对电路图个元件的封装。在封装时，要注意，因为对于同一个元件可能又多种封装方式。封装时根据所给元件的类型对各个元件进行封装。封装完成后，把原理图导入pcb板。导入pcb板后，再对元件的位置重新手动摆放，使尽量少的线重叠，以减少布线时的跳线。观察元件的三视图，以保证封装是正确。设置pcb板布线规则，把电源线和地线设为：0.6mm，信号线设为：0.5mm 焊盘缝宽0.8mm，x：2.0mm，y：1.6mm。设置完成后，其进行布线；布线完成后检查并改进电路，以求最少跳线的存在。pcb布线图 完成布线后，对pcb图进行打印输出，然后再用制板机制板。制板时要尽量使线不要相连，以免制出的板不能使用。制板完成后，要对制好的板进行钻孔，打磨，直至板合格为止。3.焊接与调试 焊接与调试过程中又很多问题。，将所需要的元器件放到每个元器件所在的封装的位置，放置完成检查无误后进行焊接。在焊接时应注意控制焊锡的量度，即不能太多也不能太少，要恰好能覆盖焊盘，不能溢出。焊接时要注意不能使焊盘焊接处与其他线相连，这就要求焊接时一定要细心，认真。调试时可能得不出仿真时的结果，这时正常现象，要结合各方面进行考虑，可能时由于电阻，电容，或者是电路的焊接问题。焊接完成后进行电路的调试，接上电源用观察电路是否能够正常工作。4. 结果与结论1.pcb原理图 在设计电路图的过程中经过了多次分析和仿真验证，并结合所给的器件清单最后确定了需要哪些元器件来实现电路的功能，并且保证了所需要的元器件在所给出的器件清单的限制之内。在经过mulitisim软件多次仿真和修改后，在仿真电路图实现设计要求的前提下确定了最终的原理图。然后在eda设计软件dxp中画出来对应的原理图，再导入到pcb设计环境中，进行pcb设计。在经过小组内多次讨论和听取指导教师意见后确定了pcb的最终布局，布线完成后打印输出制成印刷电路板。将所用到的元器件放到相应的封装位置，检查无误后进行焊接。焊接完成后，接入电源后，循环彩灯都实现了相应的功能，电路能够正常工作并得到了指导教师的肯定。 总体上来说，电路布局合理，采用了模块化的布局方式即先布局各个功能模块，再将各个功能模块连接在一起组成最终的电路，但是电路还是存在一定的不合理之处，在合理布局和美观方面存在一些冲突，由于布线太过宽松，整体尺寸稍大。 5. 收获与致谢通过两周的数电课程设计，我掌握了eda设计软件 multisim和dxp设计软件的基本操作 ，为以后熟练掌握该软件打下坚实基础。并具备了一定的电路的设计能力。在设计过程中也遇到了一些问题,在电路图的设计中经过了多次仿真与修改后并征求指导教师意见，最终确定了电路设计方案。另外对pcb布线时要注意的技巧，也有了一定的的了解与掌握，在pcb布局方面采用模块化布局。在各个模块化布局合理的基础之上参考电路图进行全局器件布局。 这次时间为期两周的课程设计试验大大培养了我的动手能力和同学间的相互合作精神。对数字电子技术的实际应用有了一定的了解。对于电路图的设计采用模块化设计理念，每个小组成员各负责一个模块，力求模块最优化，在总结各个模块的基础上进行组内讨论并征求指导教师意见，以获取最佳电路设计方案。这次课程设计要特别感谢xxx老师的耐心辅导以及在设计中给出的宝贵建议和意见，在此我表示深深的感谢！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臧春华.电子线路设计与应用m.北京:高等教育出版社,2005.3邱关源 罗先觉.电路（第五版）m.北京：高等教育出版社，2006.4阎 石.数字电子技术（第五版）m.北京：高等教育出版社，2005.5张阳天 韩异凡protel dxp电路设计m.北京：高等教育出版社，2005. 7. 附件7.1 电路原理图7.2 pcb布线图7.3 元器件清单器件名 规格与个数 555定时器 1个 74ls192 1个 74ls138 1个 发光二极管 8个 电阻 47k(2个