彩灯控制电路

1、电子技术课程设计扌艮告学 院：专业班级：学生姓名：指导教师：完成时间：成 绩：评阅意见：评阅教师日期彩灯控制电路设计报告一. 设计要求（1）.利用所学的电子技术知识搭建彩灯控制电路，实现16个彩灯依次循环闪烁。（2）.在搭建电路之前要先用Multisim画好电路原理图，因此要对Multisim软件熟悉，了解他的用途，能够独立完成电路的设 计，学会分析电路故障，对元器件认识透彻，清楚各个芯片的 结构及用途。（3）.电路仿真后，能够根据自己设计的原理图搭建电路，并且调试 成功。二. 设计的作用、目的（1）.通过电子技术的课程设计使学生能够对电子技术及应用有进一步的理解，同时也巩固了所学的模电与数电

2、知识，使所学的电 子技术应用于实际，贴近生活，走向社会，增加学习的动力。（2）掌握电子电路安装和调试的方法及其故障排除方法，学会用而 包板对电路进行仿真。（3）.培养学生手动实践，搭建电路的能力，将理论与实际相结合的主要体现，使学生能够在学习理论知识的同时，对电子元器件 及电子技术这门技术有更深入的认识。（4）.通过查阅手册和文献资料，培养独立分析问题和解决问题的能力。培养自己的创新能力和创新思维。三. 设计的具体实现1 系统概述此电路由74LS14、74LS161. 74LS138组成。通过这些元件 和计数器的真值表，利用相关的电路实现彩灯循环闪烁功能。当通电后每来一个脉冲，计数器74LS1

3、61加1,输出lo 3-8 译码器所接的发光二极管依此发光。则电路组成及工作原 理:彩灯控制器电原理图如下所示，其中74LS14为电路提 供非门。+5V470/U+超 74LS161宀厂 1/674LS14* 7415138x2C一YQ-Y1百舄 一Y5-Y6% -J_S2A2A1-AQ2 1 Q Q Q QJ、Ir、J1Fk.J?LEDxlfi300一YO.Y1馬舄刃 一Y5-V6一 y Ui _S2A2A1-AQ2. 单元电路设计（或仿真）与分析（1）.计数器：74LS161衣图 _中C卩是输入i|数脉冲也就足加到各个触发器的时钟信号瑞 的时钟脉冲.祚見沽事端:LD足置数控制端:CTTr是

4、函个计数器工作 状态控制端；几、D,是并押输入数据端:CO是进位信号输出端:Qq Q捶计 数器状态输出端。CKCFDaD,D2 D,CT(M集成计数器74LSI674LS161的状态农输入输出注CRcrf CTrCpixA 5 Dsq|7co0XX X X XXXX0000010X X f XXX Xd31111f XXX X计数110 X X XKX X谍持011X 0 XXXX X由表52所示状态农可以清楚的看出,同步加法计数SS74LS161的功能三并步淸零功能当祁二0时.计数器措執 从表中可看出.在祈=0时,其他输入信号都 不起作用.由时钟触发器的逻辑特性知道其异步输入端信号是优先的.

5、 “0)同步并行近数功能当乔河弋时，在CP上升沿操作下,并行输入数据犷 占进入计数器, qNUqNjqEzm討 d 心右(2) 二进制同步加法计数功能当CTr=l时.若CT厂cr厂1，则计数器C卩信号按照8421编码进行 加法计数*(3) 保持功能当徐二帀二1时.若CTcr,=c则计数器将保持底来状态不变.对于进位 输出信号有两种情况，如=0 .那么00=0：若E =i |QiJ QqNToQNT qN+qN+I 综上所述可知,表5. 2. 1 反映了74LS161 是一个具有异步洁零.同置数、可保持状态不变的4位二位同步加法计数器.(2)译码器:74LS13874LS138a2Ai线8线译码

6、器74LS138的功能表入输出q爲+氏44血%珀绻给0XXXX11111111X1XXX111111111000001111111100011011111110010110111111001111101111101001111011110101111110111011011111101101111111111074LS138为3线一 8线译码器：共有 54/74S138和54/74LS138两种线路结构型式，其74LS138工作原理如下： 当一个选通端(si)为高电平，另两个选通端(/(s2)和/(s3) 为低电平时，可将地址端(AO、Al、A2)的二进制编码在一 个对应的输出端以低电平译出。

7、74LS138的作用：利用S1、 /(S2)和/(S3)可级联扩展成24线译码器；若外接一个反相器 还可级联扩展成32线译码器。若将选通端中的一个作为数据 输入端时，74LS138还可作数据分配器。(3).施密特反向器:74LS14简要说明14为有施密特触发器的右反相器,共有54/7414、54/74LS14两种线路结构型式，其 主要电特性的典型值如丘徑号A NtIfLHtall.Pd54/74140.8V15rw15nsl5.3mW54/74LSI40.8V15ns15ns52mW54/7414 5.5V54/74I.SI4 7V工作环境温度54XXX 55L451C74, tl at ta

8、tai |t tt ti tai i tit ft tat-itat ti vat-iiii ti it (*70存储温度 -65150C功能表:Y APV1WpvtAYLHHL(4). Multisim 软件简介：加拿大 EWB (Electiical Workbench) EWB4.0 EWB5.0EWB6.0 Multisim2001 Multisim 7 Multisim 8 Multisim 9 Multisim 10目前在各高校教学中普遍使用Multisim2001,网上最为普遍的是 Multisim 9, NI于20 07年08月26日发行NI系列电子电路设 计软件，NI Mul

9、tisim v 10作为其中一个组成部 分包含于其中。EDA就是/zElectronic Design Automation,/的缩写技术己经在电子 设计领域得到广泛应用。发达国家目前己经基本上不存在电子产品 的手工设计。一台电子产品的设计过程，从 概念的确立，到包括电 路原理、PCB版图、单片机程序、机内结构、FPGA的构建及仿真、 外观界而、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计，再到PCB 钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需 资料等等全部在计算机上完成。EDA技术借助计算机存储量大、运 行速度快的特点，可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计 检验、设计优化

10、和数据处理等工作。EDA己经成为集成电路、卬制 电路板、电子整机系统设计的主要技术手段。美国NI公司（美国 国家仪器公司）的Multisim9软件就是这方面很好的一个工具。而 且Multisim 9计算机仿真与虚拟仪器技术（LABVIEW 8）（也是 美国NI公司的）可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节 的这一老大难问题。学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知 识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真 正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的 做到了变被动学习为主动学习。这些在教学活动中己经得到了很好的 体现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与

11、虚拟仪器对教员的教学 也是一个很好的提高和促进。Multisim 10通过直观的电路图捕捉 环境，轻松设计电路；通过交互式SPICE仿真，迅速了解电路行为； 借助高级电路分析，理解基本设计特征；通过一个工具链，无缝地集 成电路设计和虚拟测试；通过改进、整合设计流程，减少建模错误并 缩短上市时间。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的 仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用 工业 标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和 虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验

12、证，从 而缩短建模循环。与NILabVIEW和Signal Express软件的集成， 完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实 现建模测量。2呂SBvq 2 q打QQ Lb23Q I gzFuo:二:僉ZI-Oo（5）.发光二极管 3-11发光二极管发光二极管简称为【皿由傢（G与呻（、磷（P）的化合物制成的二 极管，当电子与空穴笈合时能制忸1可见光.因而可以用來制成发比二极悌 在电路及仪器中作为指心J、或者组成文字或数字显示。理呦化绦二极管发红 光隣化踩二极管衣绿光，碳化硅二极管发黄光.它足半导体二极管的一种可以把电能转化成光肚；常简写为住肌发光二 极管与普通二极骨一样足由

13、一个PN结纽成，也具有单向导电性。当给发光二极 管;加上正向电压后，从卩区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电了.在P*结 附近数微米内分别与M区的电子和P区的空穴复介.产生Fl发轴射的荧光-不同 的半导体材料中电子和空穴所处的能鈕状态不同。当电子和空穴复合时释放岀 的能疑冬少不同.裁放出的能：a越名.则发出的光的波长越皿 常用的是发红 光、缘光或黄光的二极管。发光二极管的反向击芳电压约5伏。它的正向伏安特性帕线很陡.使用旳必 须出峻限喷控制通过管子的电流限流电阻R可用下氏计瓠式申E为电源电压，UF为LED的正向压降,IF为LED的一般工作电流。发光二 极管的两根引线中较民的一根为正极，应按

14、壯源正极。有的发光二极管的两根 引线一样长但管瓷上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线足正极:.与小白炽灯泡和筑灯和比，发光二极管的特点是：工作电压很低有的仅瓜儿伏）：工作电流很小（有的仅零点几宼虫即可发光九抗冲击和抗裟性陀好.可笄件高.寿命长：迪过训制迪过的电流强可以方便地调制发光的彊臥由于有这些特点.发光二极管衣一些光电控制设备屮用作光源.在许多电子设 备中用作信号显示器，本次毕业设讼试验中选用了普逋单色炭光二极管、高亮度发光二极符和变 色发光二极管。血普通单色发光二极管：普通单色发光二极管具有体积小、工作电压低、 工作血淤小、发光均匀稔定、响应速度快、寿命长等优点,可用各种直流、交 流、脉冲等

15、电源驱动点亮。它届于电流控制型半导体饕件，便用时需串接合适 的限流电Khb、高亮度单色发光二极管使用的半导体材料与普逍单色发光二极管不同.所以灰光的强度也不同.通當，高亮度单色发光二极管便用碑铝化傢CGaAlAs）等材料，而普適单色发光二极簷便用磷化缴（G汕）或磷碑化缘GZP）等材 料。c、变色发光二极管是鶴换发光颜色的发光二极管。变色发光二极管发光颜色种类可分为双色发光二极管、三色发光二极符和多色（有红、蓝、绿、白 四种颜色）发光二极管。变色发光二极管按引曲数量可分为二瑞变色发光二极 管、三瑞变色发洸:二极管、曲瑞变色发光二极管和六瑞变色发光二极管。本次 选用的是二端变色发光二极管。3. 电

16、路的安装与调试1在实际连电路时，会出现接触不好等情况。这是由于试验箱的质量 和试验器件的质量不好的关系。这时可用万用表测量各个接头的电 压来判断是否是接触不好。2. 最容易出错的地方，就是对芯片的拐角认识程度还不够深，连线过 程中可能由于线路复杂而导致搭线错误。3. 检查161与138计数器能不能正常工作，不能的原因又分为俩大 类：其一，连线错误，值得注意的是，对于161芯片的清零端，置数 端，以及俩个使能端的解法尤其容易出错，并且在连接电路的同时如 果布线不理想，会使电路表面上看起来相当复杂，VCC与GND的 位置也极容易弄混，这就大大的增加了连线错误的几率；其二，就是 芯片本身坏了，但是这

17、种情况一般情况下不容易岀错，因为我们实习 所用的芯片全是新的，即便是芯片的缘故，换一个芯片便可以解决问 题。4. 要注意每个元器件的工作原理和功能，以及逻辑器件的管脚图， 以免因此而造成不必要的过失。5. 红绿灯不亮，极有可能正负极接反，调整过来。6. 搭接工作完成后，做一次系统的检查，如果各部分连线正确，方 可接通电源，进行调试。调试中如果发现实验现象与设计要求不符合, 可从简单部分或某一个预知特性的点开始，逐级进行查找，逐步缩 小故障可能存在的范围，直到查出故障点并排除，使之达到预定的 目的。四.心得体会、存在问题和进一步的改进意见等1. 通过本次电子技术课程设计让我对电子技术这门课程产生

18、了浓厚 的兴趣，并且对本学期所学的数电知识有了进一步的理解，尤其是对 74LS161芯片的认识，让我对计数器的实际应用有了更深的理解，利 用计数器与门电路可以搭建任意进制计数器，并利用门电路控制输出 结果。在课程设计中运用所学知识将其付诸实践，这并不是在课后看 书过程中的深入理解，这需要的是一种理论联系实践的能力。理论 知识往往都是在一些理想状态下的假设论，而实际的动手操作则完全 不同，需要考虑实际中的很多问题。2. 在课程设计实习中通过对电路的连接懂得了如何通过设计的分析 对所连电路的整体布局，如何更好的放置芯片在最合适的位置。在 导线的连接上，如何选择导线走向是关键，我们应该尽量保证所连 电路一清二楚，3. 我们在实验中遇到一些自己无法弄明白的问题，可以请教一些同 学。在