数电课程设计循环彩灯

1、数字电子技术基础课程设计题 目循环彩灯控制电路设计学生 学 号学 院专 业指导教师二0三年 十二月十三日目录1.设计目的2课程设计的目的与要求 13.设计方案与论证 13.1设计容 13.2总体方案论证 14设计原理及功能说明 14.1循环彩灯的工作原理 24.2 555定时器的功能说明 24.3十进制加/减计数器CD4510的功能说明 34.4 4线-10线译码器CD4028的功能说明 44.5双D触发器74LS74的功能说明 55. 单元电路的设计 65.1彩灯的电路设计 65.2控制电路的设计 65.3总电路图 76. 硬件的制作与调试 76.1制作过程 76.2调试过程 77. 总结

2、8附录一：设计制作成果 附录二：元器件清单1. 设计目的（1）完成系统方案设计与制作方案设计（2）掌握循环彩灯的工作原理以及各元器件的作用（3）掌握在面包板上连接各元器件的方法与调试2. 课程设计的任务与要求（1）红黄绿三个彩灯能正向反向交替循环点亮（2）采用分立元件设计3. 设计方案与论证3.1设计容设计一个循环彩灯，用4.5V的电压供电，能够使红黄绿三个彩灯正向反向 交替循环点亮。3.2总体方案论证系统总体方案如图1所示电源 二循环彩灯控制电路图1（1）电源我们用三节1.5V干电池即4.5V直流电源供电，用导线将三节电池串 联起来，连接到面包板上相应的位置，便可为彩灯和控制电路上的各元器件

3、供电。（2）控制电路的作用是控制各个彩灯是否导通以及循环的顺序。为了实现这一 功能，控制电路中需要有555定时器、十进制加/减计数器CD4510、4线-10线 译码器CD4028、双D触发器74LS74这四个集成块。（3）我们用红黄绿三个发光二极管，来代表彩灯的循环点亮。（4）除此以外，我们还需要电容、三极管、电阻、电位器等元器件作为电路的组成部分，还有一块面包板、导线将各电子元器件连接起来。4. 设计原理及功能说明4.1循环彩灯的工作原理三个发光二极管从控制电路获得高低不同的电平控制信号，以此来控制循环彩灯的点亮顺序。4.2 555定时器的功能说明(1) 介绍：555定时器是一种多用途的集成

4、电路，只需外接少数电阻和电容， 即可构成施密特触发电路、单稳态电路和多谐振荡电路。在本电路设计中，我们把555定时器接成多谐振荡器。(2) 实物图(3) 部结构图图2图3(4) 多谐振荡器的接法图5(5) 产生的电压波形振荡周期 T=0.69(Ri+2R2)C在本设计中，R2为51kQ的固定电阻，C为3.3卩F的电解电容，而Ri使用2MQ的电位器，通过改变电位器的电阻值来改变振荡周期，因而使彩灯获得不 同的循环速度。4.3十进制加/减计数器CD4510的功能说明(1) 介绍：CD4510相对于普通的计数器而言，它既可以做加法运算，也可以 做减法运算。通过改变管脚 10 (UP/DOWN)的高低

5、电平，切换加法运算和减法 运算。当10脚为高电平时做加法计数，当10脚为低电平时做减法计数。通过周 期性地改变10脚的高低电平，便可以周期性地控制彩灯的循环方向。(2) 实物图(3)功能图和引脚图nRIMT图7* i*PRESETVOQENA OLE 1604 2 CLOCKP4 3Q3PI 415caSry h912P2QI nCARRY W1 7Q一 UP/OOWNe9k RESET(TOP图8此处管脚名称与总电路图(图19)中管脚名称对应关系如下:CPt clockCRt resetQoQ3T Q1Q4LD t PRESET ENABLEGND t Vss(4) 功能表CL：CtU/DP

6、ERACTIOM'XiX00ND COUNT0t00COUNT UP0000COVNT OOWNXXX10PRESETXXXX1Rg£6T图94.4 4线-10线译码器CD4028的功能说明(1) 介绍：CD4028是BCD 十进制或二进制八进制译码器，它由 4个缓冲 输入端口、译码逻辑门和10个缓冲器组成。加至四个输入端口 A0A3的一个 BCD码在十个十进制译码器输出十个相应的顺序脉冲，输出为高电平有效。(2) 实物图图10(3) 引脚图图11此处管脚名称与总电路图(图19)中管脚名称对应关系如下：AA0B A1C A2D A3GND Vss(4) 功能表AAII2AjA

7、*耳YxYj比£XJ4yJLLLHLLlLLLL|LLLLHLHLLLLbLiLLLHLLLHi LLLLLLLLHHLLLHLLLLLLLLLLLLHLLLLLLHLLLLLHLLLLLLLLLLLLHLLLLHLLLLLLLHLLHLLLLLLLLLHLHLLILbLlL；LLH图12在本设计中，丫0、丫1、Y2依次为高电平，然后Y2、丫1、Y0依次为高电平, 完成一次正反循环。4.5双D触发器74LS74的功能说明（1）介绍：74LS74为带预置和清除端的两组 D型触发器。（2）实物图图13aat c! cui m u 旳ELM 191 UH > m «t 11

8、£10(3) 逻辑图和引脚图饭£ 2D 2CP 2枯 2Q 7Q'l>OOOOOOMBJ211109S)74LS741234567% tD 1CP 】爲 Q 1QGND图14图15此处管脚名称与总电路图（图19）中管脚名称对应关系如下：RCLRCP CLKC A2D A3GND Vss(4) 功能表Input*Output!PRCLRCLKDQ54 LHXr xHLHLXXLHLLXXH*H*HHTHHLHHTLLHHTLXOoa图16在本设计中，我们只用其中一个D触发器，其输出信号 Q+D用来控制CD4510的管脚10（ UP/DOWN）来周期性地改变彩灯的

9、循环方向。5. 单元电路的设计5.1彩灯的电路设计三个发光二极管从控制电路获得高低不同的电平控制信号，以此来控制循环彩灯的点亮顺序。通过改变连接发光二极管的三极管的基极电位来控制发光二极 管的通断。1一1tJitfon +)t4LEDi vilibI LED1 qX图175.2控制电路的设计将555定时器、十进制加/减计数器CD4510、4线-10线译码器CD4028、双D触发器74LS74这四个集成块按其工作原理和功能正确连接，获得想要得到的丫0、丫1、丫2控制信号。IC4图18dQ D5.3总电路图LEDjR CfQ a图196. 硬件的制作与调试6.1制作过程在面包板上完成电路的布局。在

10、几何上将面包板分为两个功能区， 上方为彩 灯电路，下方为控制电路。将发光二极管、555定时器、十进制加/减计数器CD4510、4线-10线译码器CD4028、双D触发器74LS74、电容、三极管、电阻、 电位器这些元器件合理布局于面包板上。 用导线按图19所示的电路图正确连接。6.2调试过程将三节电池串联，组成4.5V的直流电源。用导线将电源连接到面包板上相 应的位置。观察彩灯的发光情况。若三个彩灯依次双向流动循环，则循环彩灯设 计成功。若未满足上述要求，则根据不同的情况，对照电路原理图，再进行调试， 直到满足上述要求为止。在调试的过程中，我发现双D触发器74LS74中的一个 D触发器损坏，换

11、接了另一个 D触发器，电路才正常工作。7. 总结通过一周的数电课程设计，我觉得收获颇多。我将所学的数字电子技术的知 识再一次运用到具体的电路设计与制作中。总结了不少经验，提高了设计技术， 发散了思维，开阔了眼界。我认识到，在硬件制作的过程中电路元器件的布局一 定要合理，且必须准确无误的连接，争取一次性将所有元器件正确地连接， 而且 布线要简洁整齐，这样可以节省不少制作的时间，如果电路出现问题，也可以很 快找到问题之所在。在电路设计时，必须清楚地知道每一个元器件的作用， 心中 既要有整体的思路，也要在细节上做到清清楚楚、明明白白。总之，我在这次的 数电课程设计中，从设计到制作，再到调试，最后做出了一个循环彩灯的成品， 获得了很大的成就感，也增强了自信，为以后能够设计制作更复杂的电子产品， 做了良好的铺垫。参考文献：1阎石数字电子技术基本教程M.清华大学，2007.附录一设计制作成果图20附录二元器件清单名称型号数量干电池1.5V3滤波电容Cl3.3 F电解电容1滤波电容C20.1