数电课程设计报告-电子流水灯.docx

电子技术课程设计报告设计题目： 电子流水灯 院 （部）： 物电学院 专业班级： 电科14-1 学生姓名: 学 号: 指导教师: 目录摘要3一、选题与需求分析4二、总体设计42.1系统原理框图42.2各模块的组成及功能分析42.3实验方法42.4简要原理5三、详细电路设计53.1 脉冲产生电路53.2 复位电路83.3 分频电路93.4 移位控制电路113.5 显示部分12四、电路图及工作原理13五、元器件清单15六、PCB实物图15七、设计总结167.1 电路的特点和方案的优缺点167.2 心得体会16八、参考文献17摘要电子技术实验是一门重要的实践性技术基础课程。开设本课程的目的在于使学生理论联系实际，在朱老师的指导下完成大纲规定的实验任务。通过实验熟悉电工.电子技术的应用中常用的设备和电子器件，熟悉常用仪器的使用方法，掌握正确记录、处理实验数据、绘制曲线、分析实验结果的方法，从而开发学生分析问题或解决问题的能力。流水彩灯控制器在我门日常生活中有重要的运用，如广告牌的设计和节日彩灯的设计都能运用到它的原理。本次设计的流水彩灯控制器是其中较简单的，但这是进行复杂设计的基础。本次课程设计要设计一个流水彩灯控制器（用7只发光二极管显示，至少三种工作方式）。首先要分析设计要求，从要实现至少三种工作方式入手推导出要使用的芯片。在逻辑功能上是由脉冲产生电路、复位电路、分频电路、移位控制电路，以及显示电路等五部分组成；另设置了脉冲工作指示和左右移动工作指示电路，由LM555定时器组成时钟发生电路，为整个电路提供所需的时钟信号CP。按钮开关启动全电路的清零电路，电路中所有芯片的清零端接在一起，当按钮动作，直接清零，使电路恢复初始状态。分频电路由74LS161与74LS112组成，74LS161对脉冲进行十六分频。经实验验证，所设计的流水彩灯控制器能完成题目要求。关键词 : 时钟脉冲；分频；555定时器；拨码开关；一、选题与需求分析（一） 题目：流水彩灯控制器（二） 设计任务A.用所提供的芯片设计一个流动彩灯控制器；B画电路图，进行仿真调试；C在PCB板子上焊接电路，进行实际电路调试；（三）设计要求A输出为7路LED灯；B要求能实现左移右移功能，左右移自动切换；C移动速度约为260ms一位；D每个循环左移和右移的步数和变化规律自定；、（四）开发工具Multisim二、总体设计2.1系统原理框图流水灯的设计可先对几个独立的功能模块进行设计，每一个模块完成特定的功能,再把它们有机的组织起来构成一个系统完成彩灯控制器的设计。系统可由四个模块组成，它们分别是：时钟电路、单种码产生电路、拨码开关控制电路、数据输出，设计框图如图2-1-1所示。显示电路控制电路时钟发生器复位电路分频电路2.1.1流水灯结构原理图2.2各模块的组成及功能分析1.复位电路：按钮开关启动全电路的清零电路，电路中所有芯片的清零端接在一起，当按钮动作，直接清零，使电路恢复初始状态。2.分频电路：分频电路由74LS161与74LS112组成，74LS161对脉冲进行十六分频。3.时钟发生器：由LM555定时器组成时钟发生电路，为整个电路提供所需的时钟信号CP4.控制电路：控制电路由74LS194完成，其是集成的双向移位寄存器。2.3实验方法仿真调试、实际焊接2.4简要原理本次课程设计要设计一个流水彩灯控制器（用7只发光二极管显示，至少三种工作方式）。首先要分析设计要求，从要实现至少三种工作方式入手推导出要使用的芯片。在逻辑功能上是由脉冲产生电路、复位电路、分频电路、移位控制电路，以及显示电路等五部分组成；另设置了脉冲工作指示和左右移动工作指示电路，由555定时器组成时钟发生电路，为整个电路提供所需的时钟信号CP。按钮开关启动全电路的清零电路，电路中所有芯片的清零端接在一起，当按钮动作，直接清零，使电路恢复初始状态。分频电路由74LS161与74LS112组成，74LS161对脉冲进行十六分频三、详细电路设计3.1脉冲产生电路由555定时器组成时钟发生电路，为整个电路提供所需的时钟信号CP。（1）555内部结构555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路,其内部结构如图（A）及管脚排列如图（B）所示。它由分压器、比较器、基本R-S触发器和放电三极管等部分组成。分压器由三个5的等值电阻串联而成。分压器为比较器、提供参考电压，比较器的参考电压为，加在同相输入端，比较器的参考电压为，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放、组成。高电平触发信号加在的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R-S触发器端的输入信号；低电平触发信号加在的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器端的输入信号。基本R-S触发器的输出状态受比较器、的输出端控制。（2）555构成的多谐振荡器工作原理由555定时器组成的多谐振荡器如图(C)所示，其中R1、R2和电容C为外接元件。其工作波如图(D)所示。设电容的初始电压，t时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端，比较器1输出为高电平，输出为低电平，即，（1表示高电位，0表示低电位），触发器置，定时器输出此时，定时器内部放电三极管截止，电源经，向电容充电，逐渐升高。当上升到时，输出由翻转为，这时，触发顺保持状态不变。所以0t期间，定时器输出为高电平。时刻，上升到，比较器的输出由变为，这时，触发器复，定时器输出。期间，放电三极管导通，电容通过放电。按指数规律下降，当时比较器输出由变为，触发器的，的状态不变，的状态仍为低电平。时刻，下降到，比较器输出由1变为0，R-S触发器的1， 0，触发器处于1，定时器输出。此时电源再次向电容C放电，重复上述过程。通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出，电容放电时，0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。3 振荡周期由图（D）可知，振荡周期。为电容充电时间，为电容放电时间。充电时间 放电时间 矩形波的振荡周期因此改变R2、R3和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数：占空比q，q=（脉宽）/8（周期T），指输出一个周期内高电平所占的时间。图（C）所示电路输出矩形波的占空比。本设计中NE555的元器件及参数选择、计算如下： 矩形波的振荡周期T=0.7（1000+275000）0.000011 S 3.2复位电路 按钮开关启动全电路的清零电路。电路中所有芯片的清零端接在一起，当按钮动作，直接清零，使电路回复初始状态。3.3分频电路 分频电路有74LS161与74LS112组成。74LS161对脉冲进行十六分屏；74LS112再分别进行一次二分频；(1)74LS112 双JK触发器 74LS112引脚图(2)74LS161可予制四位二进制异步清除计数器74LS161引脚图输 入 输 出 CR CPLD EPETD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 状态码加1 74LS161功能表从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。3.4移位控制电路74LS194 双向移位寄存器移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下一次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广。74LS194引脚图D0D3：并行输入端； Q0Q3：并行输出端；S0、S1：操作模式控制端； ：为直接无条件清零端；SR：右移串行输入端 SL：左移串行输入端； CP：时钟脉冲输入端；74LS194的模式控制和状态控制表利用移位寄存器可构成环形和扭环形计数器。可先使S0=S1=1，并行输入预置数值，再改变S0和S1的电平，实现左移或右移状态。若把移位寄存器的输出以一定方式反馈到串行输入DSR端或DSL端，就可以构成移位寄存器型计数器。例如，将74LS194的Q3接到DSR端，可得到模4的环形计数器（不可自启动）；将Q3端通过一个非门接到DSR端，则可得到模8的扭环形计数器（不可自启动）。用一片74LS194及门电路构成一个课实现7分频或8分频器。7分频器的分频信号由Q2输出，同时将Q2、Q3输出通过与非门后接入DSR端，S0S1=10。8分频器的分频信号由Q3取非后输出，同时将该信号送入DSR端，S0S1=10。3.5显示部分 现实电路中，LED1=QA,LED2=QB,LED3=QC,LED4=QD，SR=NOT（QAQBQC），SL=NOT（QBQCQD）。 在初始状态或清零时，SR=0，SL=0,S1=0,S0=1,74LS194实现对数字右移输入，所以在CP脉冲的作用下，四个LED灯的状态由1111（初状态）011100110001。此时SR=1，结合功能表克制、可知QA、QB、QC、QD的输出状态将变为1、QAn、QBn、QCn。在S1、S0状态没有改变之前，LED灯将在S1、S0的控制下实现右移；在32S时（从上电的那一刻开始计时），S1=1,S0=0,LED灯的状态刚好为1000（此时SL=1），下一个脉冲到来之后SL=0，结合功能表可知QA、QB、QC、QD的输出状态将变为QBn、QCn、QDn、1，LED灯将在S1、S0的控制下实现左移。 四、电路图及工作原理 仿真图，如图4-1。图4-1 流水彩灯控制器仿真整体图图4-2 流水彩灯控制器仿真调试图图4-3 流水彩灯控制器仿真复位图图4-4 流水彩灯控制器仿真脉冲图 4.1电路工作原理在逻辑功能上是由脉冲产生电路、复位电路、分频电路、移位控制电路，以及显示电路等五部分组成；另设置了脉冲工作指示和左右移动工作指示电路，由LM555定时器组成时钟发生电路，为整个电路提供所需的时钟信号CP。按钮开关启动全电路的清零电路，电路中所有芯片的清零端接在一起，当按钮动作，直接清零，使电路恢复初始状态。分频电路由74LS161与74LS112组成，74LS161对脉冲进行十六分频。五、元器件清单 +5V直流稳压电源红色LED灯，7个；按钮开关，1个；NE555芯片，1块；74LS20, 1块；74LS161,1块；74LS194,1块；74LS112,2块；10uf电解质电容，2个；电阻：1K-2个、20K-1个、10K-1个、510-6个。六、PCB实物图七、设计总结7.1 电路的特点和方案的优缺点优点1：电路的四个LED灯可以通过并联拓展出更多的LED灯，由于LED灯是并联，故不用担心分压的问题。优点2：NE555脉冲产生电路将75K电阻两端并联一个100K的电位器，可以通过调节电位器进而调节脉冲周期，最终实现调节流水灯快慢的功能。缺点1：在布局的时候没有预先合理布局，只追求了正面排布的规则，导致后面的线过纷乱复杂。缺点2：在焊接导线的选择上，选了偏硬的网线中的导线，而没有选择排线，虽然一定程度上降低焊接难度，但是却导致了后面线出现了蓬乱的情况。7.2 心得体会通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关数字电路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！课程设计诚然是一门课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了电路开关导通的识别和测试；熟悉相关软件的应用；了解了电路检测方法；以及如何提高的性能等等，掌握了焊接的方法和技术，通过查询资料，也了解了74LS系列芯片的功能及相关原理。我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，通过课程设计，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加