数电实训-循环彩灯.doc

江苏师范大学 课课 程程 设设 计计 课程名称 数字电路课程设计 题目名称 彩灯变换控制器设计 学生学院 专业班级 10 自动化 学 号 1083191 学生姓名 指导教师 课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书 设计题目循环彩灯 学生姓名 所在院系 专业 年级 班 设计要求 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 彩灯亮灯时间为 1 秒 学生应完成的工作 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 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 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 工作计划 12 月 17 号 21 号完成原理图的设计 进行仿真 12 月 24 号 26 号制作 焊接 12 月 27 号电路板安装与调试 提交课程设计报告 任务下达日期 2012 年 12 月 16 日 任务完成日期 2012 年 12 月 28 日 目目 录录 1 1 设计背景设计背景 4 1 1 了解数字电路系统的定义及组成 4 1 2 掌握时钟电路的作用及基本构成 4 2 2 设计方案设计方案 4 2 1 总体设计路 5 2 2 电路框图 5 3 3 方案实施方案实施 5 3 1 555 定时电路产生始终脉冲 5 3 2 74LS194 功能 8 3 3 电路仿真 9 4 4 结果与结论结果与结论 10 4 1 电路调试 10 4 2 理论值与实际值 11 5 5 收获与感悟收获与感悟 11 6 6 附件附件 12 循环彩灯循环彩灯 本次循环彩灯的设计制作由 555 定时器 两片 74LS194 构成的 中规模集成电路来实现 其中 555 定时器组成的多谐振荡电路震荡 周期为 1 秒 74LS194 实现八进制加法计数 而这次的内容还包括分电 路图的整合 使这个彩灯循环显示器能够按照要求进行全亮 全灭 循环左移 循环右移 送入置数 1 1 设计背景设计背景 1 11 1 了解数字电路系统的定义及组成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 21 2 掌握时钟电路的作用及基本构成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 2 2 设计方案设计方案 2 1 基本原理 将振荡器的振荡脉冲进行计数 计数器的输出作为译码器的地址输 入 经译码器控制各路彩灯依次发亮 用框图表示如下 2 2 设计框图 电源接入电路 555 彩灯控制 8路彩灯 3 3 方案实施方案实施 3 13 1 555555 定时电路产生时钟脉冲定时电路产生时钟脉冲 555 定时电路是一种数字 模拟混合型的中规模集成电路 可连接成多谐 振荡电路 产生单位脉冲 用于触发计数器 在延时操作中 脉冲由一个电阻 和一个电容控制 用于稳定工作的振荡器时 频率由两个电阻和一个电容控制 NE555 会在下降延触发和清零 此时输出端产生 200mA 的电流 NE555 的工作温 度为 0 70 如图 2 1 2 2 分别是引脚图和管脚图 各管脚说明 1 接地 2 触发 3 输出 4 复位 5 控制电压 6 门限 阈值 7 放 电 8 电源电压 Vcc 其功能主要用来产生时间基准信号 脉冲信号 因为循环彩灯对频率的要 求不高 只要能产生高低电平就可以了 且脉冲信号的频率可调 所以采用 555 定时器组成的振荡器 其输出的脉冲作为下一级的时钟信号 图 2 3 为多 谐振荡电路波形图 图 2 4 为多谐振荡器实验连接图 555 多谐振荡波形图 多谢振荡器实验连线图 用 555 定时器构成多谐振荡器 电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲 其 周期为 T 0 7 R1 2R2 C 若取 R1 R2 则 T 2 1CR1 若取 C 10uF 则 R1 48K U1 1 DIS 7 OUT 3 RST 4 8 THR 6 CON 5 TRI 2 GND VCC 555 VIRTUAL R1 1kohm R2 51kohm C1 0 01uF C2 10uF 5V VCC 3 23 274LS19474LS194 的功能的功能 4 4 彩灯的选用 彩灯的选用 这里选用一般灯泡做彩灯 由于电源电压为 220V 每次只亮一路灯 限流电阻 R3 UCC VD ID 当可调电阻 R3 阻值为 100 时 调整 R3 可以调节彩灯的亮度 3 3电路仿真 4 4 结果与结论结果与结论 4 14 1 电路调试电路调试 1 调试使用的主要仪器 数字万用表 直流稳压电源 2 测试电路的方法和技巧 先检查各芯片的电源和地是否接上 检查线路是否连好 前面的检查无问 题后 再根据彩灯的变化情况 确定可能的原因 分析是哪个功能模块出了问 题 用数字万用表检查各模块的功能 发现并改正错误 直到符合要求为止 3 调试中出现的故障 原因及排除方法 1 彩灯只有一种花样变化 没有其它的花样 可能是计数器的芯片 74LS194 出现问题 应该检查循环控制逻辑电路 检 查是否正确接线 芯片是否功能完好 特别注意不能把非门的输入与输出接反 了 2 彩灯无规律变化 原因可能是由 555 定时电路产生的时钟脉冲信号不稳定 或者是在 555 电 路中没有标准的计算各电阻的阻值 电解电容 陶瓷电容的使用是否正确 3 彩灯在移动过程中是两个灯一起跳 可能是是芯片 74LS194 在面包板上面没有接稳定 应该检查芯片是否通电 各高低电平是否正常工作 应该检查导线是否有问题 4 实验过程中灯一会亮一会不亮 最后可能是导线的接触不良问题 应该首先从电源是否良好的接入电路开 始检查 再检查 555 定时电路时候正常工作 最后检查芯片管脚电压 4 24 2 理论值与实际值理论值与实际值 理论结果 八路彩灯依次发光 亮灯时间为 1 秒 然后进入下一个循环 实际结果 八路彩灯依次发光 亮灯时间接近一秒 然后进入下一个循环 理论结果与实际结果在整体上是一致 符合实验预期要求 循环彩灯设计 成功实现其功能 5 5 收获与感悟收获与感悟 课程设计共耗时两个星期 终于到了结尾总结的时刻了 感觉在这段时间中自己学会了很多东西 如设计电路最重要的是思路要清晰 一旦有 了自己的思路就应该有层次有条理的探索下去 只要坚持自己的观点和判断 就一定能实 现 即便最后发现走进了死胡同 但是探索设想与求证的过程却是通往另一条道路必不可 少的环节 在完成这次设计的过程中 我也有参考相关的设计课题 甚至还花了很长的时间去弄 清楚别人的设计 以至于后来被束缚住 对自己的设计没有了头绪 学习吸收别人的长处 是应该的 但是不能完全沉浸进去 要有自己的思路和观点 并且努力去实现 这就是快 乐的最大源泉 在完成本次课设的过程中开始的头几天一直在纠结于用 74LS194 实现移位寄存器 因 为它的原理是很简单的 可是在实际连电路的过程中 一下子遇到了很大的困难 因为外 界的干扰因素实在太多了 稍不注意就碰到某个导线了 结果发光二极管就不亮 于是自 己得检查到底哪里出现了问题 有得费很长时间去检查管脚是否连错 导线是否松动 或 者导线是否坏掉等等情况 在这次的课程设计中 我收获很大 具体有以下几方面 1 学以致用 在学习数字电路的过程中 上课我们都是些理论上的东西 并且上学期 做实验也是照着书本上给出设计好的电路连线 却一直都没有正在运用到自己所学的知识 来设计一个电路 而这次的课程设计真正让我们通过自己的知识和努力 通过自己查阅资 料 分析来解决问题 这不但能巩固我们所学的理论知识 又能提高我们的实践能力 2 学会分析解决设计上的问题 在设计电路的过程中 每一步都要自己去思考分析 遇到问题时 经常都要经过多次的尝试来解决改善问题 有时一点微小的错误都会影响到 结果的正确以否 而这些微小的错误经常都是很难发现 这就需要我们学会仔细分析问题 3 懂得了如何去安装调试电路 设计电路 关键步骤还在于解决实际遇到的问题 安 装调试出正确的结果 这一步是至关重要也是最为困难的 很多时候 理论分析正确 调 试却不一定正确 这关键也在于调试过程是否正确 我们必须遵循一些安装调试步骤 先 单个调试 然后再整体调试 先局部再整体 切不可一次安装后调试 因为这样是很难查 出错误来 经过这次试验 终于感觉到了理论与实际的差别有多大了 当然这个过程也是非常的 考验人的 不仅仅是考察你的理论知识 动手能力 以及检查问题并解决问题的能力 更 是在考验一个人的耐心 细心 在连接电路的过程中 丝毫不得马虎 必须清楚的了解每 个芯片的管脚分布图 功能表 说实话 在实验过程中出现问题并不可怕 可怕的是在反 复的受挫中没有革新 不能改进自己的方法和思路 因此自己应该具有创新思维 总之 这次的课程设计的收获是很大的 通过这几天的努力 终于设计出 彩灯循