循环彩灯_数字电子技术课程设计

课程设计说明书课程名称：数字电子技术设计题目：循环彩灯院系：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：年月日课程设计任务书设计题目循环彩灯学生姓名所在院系电子信息与电气工程系专业、年级、班设计要求：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；3.循环一次后，8个彩灯同时闪烁一次，时间为1秒，然后开始下一个循环。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。利用DXP软件绘制电路原理图，并设计制作电路的PCB板。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：[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ProtelDXP电路设计[M].北京：高等教育出版社，2005.工作计划：5月17号—19号完成原理图的设计；5月20号—23号进行PCB设计；5月24号—26号制作PCB板；5月27号—28号电路板安装与调试，提交课程设计报告。任务下达日期：2010年5月17日任务完成日期：2010年5月28日指导教师（签名）：学生（签名）：四人抢答器摘要：本次课程设计是利用数字电子技术知识设计一个循环彩灯，设计该循环彩灯采用的主要元器件有译码器74LS138、十进制计数器74LS192、555组成的多谐振荡器，二输入四与非门74LS08。该循环彩灯的彩灯数量为8个，8个彩灯依次闪烁，彩灯亮灯时间为1秒，循环一次后，8个彩灯同时闪烁一次，时间为1秒，然后开始下一个循环。1秒脉冲由555组成的多谐振荡器产生。关键词：555计时器；74LS192N；芯片；74LS138N；发光二极管目录1.设计背景……………………………………………………………………11.1了解数字电路系统的定义及组成…………………………………………11.2掌握时钟电路的作用及基本构成…………………………………………12.设计方案……………………………………………………………………12.1任务分析……………………………………………………………………12.2方案论证……………………………………………………………………13.方案实施…………………………………………………………………23.1原理图设计…………………………………………………………………23.2电路仿真……………………………………………………………………33.3PCB制作……………………………………………………………………33.4安装与调试………………………………………………………………34.结果与结论…………………………………………………………………35.收获与致谢…………………………………………………………………46.参考文献……………………………………………………………………47.附件…………………………………………………………………………47.1电路原理图…………………………………………………………………47.2PCB布线图…………………………………………………………………57.3元器件清单…………………………………………………………………51.设计背景1.1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1.2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.设计方案2.1任务分析任务要求设计一个循环彩灯，彩灯数量为8个，8个彩灯依次闪烁，彩灯亮灯时间为1秒；循环一次后，8个彩灯同时闪烁一次，时间为1秒，然后开始下一个循环。为实现1秒的闪烁时间，选用555定时器产生一秒的矩形波；选用十进制计数器74LS192N和数据选择器74LS138N适当的连接实现8个彩灯的依次闪烁和全灭全亮。2.2方案论证利用555定时器接成多谐振荡器产生一秒脉冲，将脉冲接到十进制计数器74LS192上，再将74LS192的A、B、C3个输出端分别接到数据选择器74LS138的3个输入端上，74LS192的输出端D接74LS138的使能端S2、S3上，74LS138的8个输出端与74LS192的进位信号分别相与后接8个发光二极管。74LS192GND3DIS2OUT4RST5VCC8THR6CON1TRI710nFIC=0VCf8R147kΩ5%R247kΩ5%3VCC5VVCCC110uF20计数0~7时分别控制8个发光二极管分别完成一次一秒的闪烁，当74LS192计数8、9时控制8个放光二极管的全灭与全亮。然后开始下一个循环。3.方案实施3.1原理图设计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器件，它性能优良，适用范围很广，外加少量的电阻元件及电容元件就可很方便的组成单稳态触发器和多谐振荡器。本实验用555定时器接成多谐振荡器，利用其振荡周期公式选择用两个47K电阻及一个10uf和一个10nf电容，按右图所示接法，使之产生1秒的矩形脉冲。555定时器产生的一秒矩形脉冲波形如下图：用计数器74LS192的A、B、C3个输出端分别接到数据选择器74LS138的3个输入端上，74LS192的输出端D接74LS138的使能端G2A、G2B上，74LS138的8个输出端与74LS192的进位信号分别相与后接8个发光二极管。74LS192计数0~7时分别控制8个发光二极管分别完成一次一秒的闪烁，当74LS192计数8、9时控制8个放光二极管的全灭与全亮。然后开始下一个循环。74LS192与74LS138接法如下图：..U174LS192NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14VCC5V0VCCU274LS138NY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16~G2A4~G2B56579VCC5VVCC....3.2电路仿真在各单元电路设计的基础上，用Multisim软件把各单元电路连接起来，画出符合软件要求的系统整体逻辑电路图。系统整体电路设计完成后，对系统整体进行仿真，验证设计的正确性，根据运行结果进行修正，直到运行出正确结果，电路仿真完成。3.3PCB制作电路图在Multisim上仿真出现正确结果后，在DXP上按电路图绘出原理图，原理图绘制成功后，根据老师提供的器件类型，逐个检查原理图中每个元器件的封装是否符合要求，对于不符合要求的封装要进行更正，更正完成后原理图经编译没有错误后导入PCB生成PCB图。然后根据器件之间的关系对器件进行合理布局，本着尽量将线布在PCB板底层及可以适当跳线的原则对生成的PCB图采取手工布线。布线的时候电源线和接地线要选择0.8mm，从在两孔中间通过的线选择0.3mm，其他的线选择0.5mm。布线完成后请老师审查是否合格，不合格的药继续更正。合格后在老师的帮助下进行制板。3.4安装与调试PCB板制作完成后开始钻孔，在指导老师处领完所需器件后开始安装器件，安装完成后进行焊接，最后对安装焊接好的器件进行调试。.4.结果与结论在构思原理图过程中，我们反复讨论各种方案，并对各方案进行比较与分析，最后得出最合理的可行性方案！电路图仿真完成后，在DXP上画原理图时由于我们对DXP操作不熟悉，又进行对相关知识的查阅和各种参考文献的阅读。在PCB图上布线时我们花费大量时间耐心去布每一条线，最后终于将成功布好线。但在课程设计的最后阶段，安装于调试过程中由于设计时PCB板上布线过于紧密，焊接时不小心就造成短路，以致最后电路并未正常工作，对此我们深以为憾。5.收获与致谢这次时间为两个星期的课程设计试验大大培养了我的动手能力和同学间的相互合作精神，加深了我们对书本所学内容的理解。通过这次课程设计我们基本掌握了Multism和DXP软件的运用，进一步加深了对所用到的各种元器件的功能的理解，了解了电路板制作安装的流程，基本掌握了数字电路系统的基本设计方法，设计步骤，这对我以后的学习会很有帮助。本次课程设计是三人一组，在设计过程中我们相互讨论、相互启发、共同努力，这让我们认识到团队协作的重要性。这次课程设计要特别感谢的耐心辅导以及在设计中给出的宝贵建议和意见，在此我表示深深的感谢！6.参考文献[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ProtelDXP电路设计[M].北京：高等教育出版社，2005.7.附件7.1电路原理图7.2PCB布线图7.3元器件清单元器件名称参数个数电100Ω1个阻47KΩ2个电容10uf1个10nf1个555定时器---1片74LS192---1片74LS138---1片74LS08---2片发光二极管红2个黄2个蓝2个绿2个电源---1个指导教师评语：课程设计报告成绩：，占总成绩比例：40％课程设计其它环节成绩：环节名称：原理图设计与仿真，成绩：，占总成绩比例：20％环节名称：PCB设计，成绩：，占总成绩比例：20％环节名称：电路安装调试，成绩：，占总成绩比例：20％总成绩：指导教师签字：年月日本次课程设计负责人意见：负责人签字：年月日