多功能流水灯设计论文.doc

多功能流水灯设计报告 数字电子线路实验设计报告一、设计任务及要求:1、任务：设计一个彩灯流水控制电路，其主要部分实现定时功能，即在预定的时间到来时，如何产生一个控制信号控制彩灯的流向、间歇等，可通过利用中规模集成电路中可逆计数器和译码器来实现正、逆流水功能，利用组合电路实现自控、手控、流向控制等功能。2、设计要求：（1）基本要求设计一个彩灯控制电路，能使彩灯的流向可以变化。可以正向流水，也可以逆向流水。灯流动的方向可以手控也可以自控，自控的往返变化时间为5秒。彩灯可以间歇流动，10秒间歇1次，间歇时间为1秒。（1） 发挥部分彩灯的流速可以改变。设计显示图案循环的控制电路。一、方案设计1、可能实现的设计方案（1）利用单片机实现设计系统的基本框图：优势：实际电路较为简单；可实现的功能也较多，例如可以实现不同的显示图案等。不足：现阶段的学习还未涉及单片机，在程序编写方面有一定难度； 因为本门课为“数字电子线路”，如果用单片机设计，可能并不会使用到很多数电逻辑电路设计方面的知识，无法将理论知识应用到实际之中。(2)利用一些简单常见的集成芯片实现设计基本系统框图反馈信号优势：原理较为简单直观，易于理解； 可以将所学的数电知识应用其中。不足：电路较为复杂，所用的元器件较多；能实现的功能较为有限。综合上诉，最终选用了第二种方案，即利用一些简单常见的集成芯片来实现流水灯的设计。一、电路设计1、脉冲信号的产生本设计中脉冲信号是由NE555所构成的多谐振荡器来产生的。示意图及元件参数如右图所示。计算可得：一个周期内低电平的持续时间：Tpl=R2C2ln20.7R2C2=0.7100010010-6s=0.07s一个周期内高电平的持续时间：Tph（max）=（R1+R2（max）C2ln20.7（R1+R2（max）C2=0.7（10103+20103）10010-6S=0.21sTpl（min）=（R1+R2（min）C2ln20.7（R1+R2（min）C2=0.7（10103+0）10010-6S=0.07s脉冲频率：fmin=1TPl+Tph（max）=10.07+0.21Hz=3.57Hzfmax=1Tpl+Tpl(min)=10.07+0.07Hz=7.14Hz2、流水功能的实现（1）选用的集成芯片：计数器CD4510管脚功能简介：1 PE：置数，当输入为高电平是，Q1Q2Q3Q4从A1A2A3A4读入数据，低电平无效；6,11,14,2 Q1Q4：计数器输出端；4,12,13,3 A1A4：当置数使能端接高电平时，可以给计数器置入初值；5 Ci: 进位输入；7 Co： 进位输出；8 Vss: 接地；9 MR: 重置端，当输入为高电平时，将计数器清零，低电平无效；10 U/ D：当输入为高电平时，计数器做加法计数，输入为低电平时，计数器做减法计数；15 CLK:时钟信号输入端，输入信号每经历一个上升沿，计数器加一或减一；16 Vcc：接正5V电源。译码器CD4028管脚功能简介：3,14,2,15,1,6,7,4,9,5 Q0Q9 ：译码输出端，高电平有效；8 Vss：接地；10,13,12,11 A,B,C,D：译码输入端，输入8421BCD码；16 VDD：接正5V电源。 D触发器1，2 Q，Q：输出正端，输出负端；3 CLK：时钟信号输入端，输入上升沿时，触发器从输入端D读入数据；4 R：置0端，当输入高电位时，将触发器置为0，低电平无效；5 D：触发器输入端；6 S：置1端，当输入高电平时，将触发器置为1，低电平无效.(2)单向流水功能实现电路其中，流水灯的流动速度可以通过对可变电阻RV1的调节来改变。（2）往返流水功能的实现电路分析：通过利用一个D触发器可以实现往返流动的功能，首先将触发器的输出负端与输入端想连公园成一个T触发器，再将其将其置0端接到译码器的Q0端，时钟输入端接到Q9，输出端接到4510的U/ D端，这样当计数器加到9，给了触发器一个上升沿，触发器翻转，计数器由加变减；计数器计到0时，给触发器一个置0信号，触发器置0，计数器由减变加。由此实现了往返流动的功能。2、间歇功能的实现如下图所示，间歇功能可以通过第二个NE555来实现，这个NE555同样接成多谐振荡器，其输出端接到第一个NE555的4脚置0端。由此来实现控制第一个NE555是否输出脉冲信号，间歇及流动的时间均可以通过改变可变电阻RV2来调节。3、扩展功能的实现：（1）单脉冲功能的实现电路分析：将NE555的TR端与TH端断开，再将其与一个微动开关连接起来，开关闭合时，TR端接低电平；开关断开时，TR端接高电平。这样，通过一次按压微动开关，可以给TR端一个单脉冲，从而使流水灯向前移动一次。（2）全亮，闪烁，全灭功能的实现：如下图所示在译码器输出端驱动LED之前在加一个或门，这样只要在或门的另一端接上高电平就可以实现全亮，同理如果接上NE555的输出端即可以实现闪烁的功能，同时闪烁的速度可以通过之前调流速的粗调电阻来调节。而全灭的功能可以通过计数器的置数端实现，因为A1A2A3A4都已接入低电平，所以给置数端接高电平就相当于计数器置0，LED全灭。4、最终电路设计图：将各种不同的功能模块通过开关联系起来，比如讲正流、逆流、往返用一个3位拨码开关来控制，将全亮、全灭、闪烁用另外一个拨码开关，用一个自锁开关来切换自流模式和单脉冲模式。就可以实现不同功能的整合，最终实现多功能流水的目标。四、测试结果及分析：1、PCB图2、测试结果接上正5V电源，各种功能均能正常实现。五、小结：在这次设计的过程中，我得到了很多心得与体会：1.数电的电路板虽然原理并不复杂，但是在实际绘制PCB时就会发现，具体需要的连线非常多而且很乱，很多时候并没法直接用单面板就把线布通，很可能还有跳线，而如何尽量减少跳线，成为了绘制PCB遇到的最大的问题。在这次制板的过程中，我并没有很好的解决这个问题，为了兼顾电路板的元器件布局的美观，我选择了部分牺牲布线的合理性，因此这块板的跳线还是较多的（如上图PCB上红线所示）。这也是这块板最大的缺陷吧。2.在绘制PCB的过程中，应该尽可能将元器件的焊盘设置得大一些，这样不止会减小焊盘掉落的危险，也可以使焊接效果更美观。3.数电设计其实并不用严格按照已有的图（网上的或者之前各届的图）来做，而是应该充分利用学到的数电知识，大胆对电路进行优化修改，加入一些新的功能。比如这块板，虽然原理图是学长用过的，但我并不是简单的这块板再复制一次。在电路仿真软件的帮助下，我修改了原电路的一些小问题，并加入了几个简单的功能。经过不断尝试，最终也做出了一块自己较为满意的图，成就感无需多言。4.这次设计的过程，我再次体会了一次制板的全部流程，从原理图的绘制，仿真，再到PCB的绘制，打印，转印，电路板的腐蚀，打孔，焊接，调试等。在这个过程也发现了很多的小诀窍，转印PCB图时如何让油墨完全印上又不至于让胶粘上去。5.这次设计测板的过程中，发现了一个问题：8个LED的发光亮度不一。这种现象在使用高亮的LED的情况下更为明显，原因应该是这次设