制作循环彩灯实习报告

1、制作循环彩灯实习报告制作循环彩灯实习报告制作循环彩灯实习报告循环彩灯摘 要：设计一个循环彩灯控制电 路，该电路实现了让八个彩灯循环闪烁的功能，并且循环闪烁的时间 为1秒。其中，闪烁时间由555定时器这样的时钟电路产生周期为1 秒的脉冲所控制；彩灯的循环闪烁由十进制计数器接受定时器产生的 脉冲所控制；彩灯显示功能由三线八线译码器实现，输出分配数据直 接控制灯的闪烁。用Multisim 10对设计电路进行仿真可得到八个发 光二极管循环闪烁的结果。关键词：循环彩灯；555定时器；计数器;译码器；发光二极管目录1.设计背景 . 21.1 了解数字电路系统的定义及组成 . 21.2掌握时钟电路的作用及基

2、本构成 .22.设计方案 . 22.1任务分析 . 22.2方案论证 . 33.方案实施 . 33.1原理图设计 . 33.2电路仿真 . 73.3第1页共13页第 3 页 共 13 页84.PCB制作结果与结论 . 85.收获与致谢 . 96.参考文献. 97.附件. 97 .1 电路原理107.2 PCB 布线图. 117.3元器件清单 . 111 .设计背景 1.1 了解数字电路系统的定义及组成用数字信号完成对数字量 进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。由于它 具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。数字电路包 括数字脉冲电路和数字逻辑电路。前者研究脉冲的产生

3、、变换和测 量；后者对数字信号进行算术运算和逻辑运算。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。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 5

4、55 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 第 4 页 共 13 页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 任务分析任务中要实现 8 个彩灯循环 闪烁，可以通过译码器实现。要求又有 1 秒的时间控制，因此需要一 个时钟控制电路， 555 定时器可以产生；又要使八个彩灯依次闪烁且循 环，故要用可逆计数器来实现一个加法功能，才能保证实现要求。需 要注意的是计数器输入端怎样接高低电平才能实现循环；使用译码器 来进行译码。 2.2 方案论证根据任务要求，将整个设计化为三大电 路：一、

5、 时钟电路。首先用 555 定时器进行设置，与电阻和电容一起 构成周期为一秒的时钟周期发生器，为电路提供时钟信号产生一秒的 脉冲，支持整个电路的工作。二、 驱动电路。可以由74LS192N计数器和74LS138F线八线译码器组成用以驱动发光二极管正常工作的电路，并且在时钟电路的控 制下让八个发光二极管循环工作。三、 输出电路。由八个发光二极管组成，在驱动电路控制下循环 工作。3.方案实施3.1原理图设计选择合适的数字器件，应用 DXP或 multisim 软件绘制各单元的逻辑电路图。1、 时钟电路用 555定时器设计的多谐振荡器如图 1 所示。图 1 555定时器构成的脉冲发生器电路用 555

6、定时器构成的多谐振荡器电路 如图1所示：图中电容C电阻R1和R2作为振荡器的定时元件，决定 着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端（ 2 脚）和阀值 输入端（ 6 脚）与电容相连；集电极开路输出端（ 7 脚）接 R1、R2相连处，用以控制电容C的充、放电；外界控制输入端（5 脚）通过 0.01uF 电容接地。下面图 2是多谐振荡器的工作波形图。图 2多谐振荡器的工作波形图电路接通电源的瞬间，由于电容C来不及第 5 页 共 13 页充电，V=Ov,所以555定时器状态为1,输出Vo为高电平。同时，集电极输出端（7脚）对地断开， 电源V对电容C充电，电路进入暂稳态一，此后，电路周而复始地

7、产 生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于 RC 充、放电回路的参数。暂稳态I的维持时间，即输出Vo的正向脉冲宽度T10.7C;暂稳态二的维持时间，即输出 Vo的负向脉冲宽度 T20.7R2G因此，振荡周期 T=T1+T2=0.7C振荡频率fhT。正向脉 冲宽度T1与振荡周期T之比称矩形波的占空比D,由上述条件可得D=（R1+R2 （ R1+2R2，若使 R2 R1, 则 D12, 即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波（方波）。2、驱动电路下面图3是用SN74LS192设计的计数器控制电路。 图3计数器设计的控制电路74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数 器，其工作原理

8、是：74192上升沿触发，由UP DOW两管脚控制加减 计数，有异步置数端LOAR和异步复位端CLR BO和CO分别输出高 电平表示加进位和减进位。由于 74192没有保持脚,故需要外围电路 实现保持功能。因为74192上升沿触发，所以把UP DOW强制置低电 平即可实现保持功能。四个主从触发器的输出端,由两计数输入之一 的“低”到“高”电平的过渡而被触发。计数方向在其它计数输入端 为“高”时,由脉冲的计数输入端所定。当置数输入为“低”时,把 所希望的数据送入数据输入端上,来把每个输出端预置到两电平之 一。输出将符合独立于计数脉冲的数据输入的改变。清零输入在加高 电平时，迫使所有输出端为低电平

9、。清零功能独立于计数输入和置数 输入。清零、计数和置数等输入端都是缓冲过的。借位和进位两输出 端可级 第 6 页 共 13 页联递增计数和递减计数两功能。借位输出在计数器下谥时，产 生宽度等于递减计数输入的脉冲；同样，进位输出在计数器上谥时 , 产生宽度等于递加计数输入的脉冲。下面是驱动电路的另一个器件 74LS138译码器所构成的电路图。图4由74LS138译码器组成的部分 驱动电路译码器可以将输入代码的状态翻译成相应的输出信号，以 高、低电平的形式在各自的输出端口送出，以表示其意愿。译码器有 多个输入端和多个输出端。假如输入端个数为 1 个，每个输出端只能 有两个状态，则输出端个数最多有

10、2n 个。常用译码器输入、输出端口 数来称呼译码器，如 3线-8 线译码器， 4线-10 线译码器等。 74138就 是一个三线 -八线译码器。 74 1 38有三个输入端： OE1、0E2A 0E2B和八个输出端 Y0-Y7,当三个输入端的编码为 000 时，译码器输出丫0=0,而Y1-Y7=1。即Y0对应于OE1、OE2A OE2B为000状态，低电平有效。A B、C为使能控制端，起到控制译码器是否能进行译码的作用。只有C输入为高电平，A和B都为低电平时才能进行译码，否则不论输入为何值，输出端均为1。3、输出电路输出电路有八个发光二极管和一个330Q的保护电阻,驱动电路传输的是低电平才会导

11、通所以八个二极管要反向放置, 下面图 5 是此设计的输出电路图。图 5 八个发光二极管组成的输出电 路图 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。本 第 7 页 共 13 页设计的循环彩灯仿真电路图如下。图 6 循环彩灯的仿真电路图仿真结 果是：八个发光二极管依次闪烁 , 经过严密的时间测量，由于计算数据 的误差每个彩灯闪烁的时间不正好是一秒钟，有毫秒的误差。 3.3 PCB 制作经过仿真以后，在DXP软件中新建电路原理图在进行编译执行 后，对

12、其进行元件的封装的选择，选择合理的封装之后在进行PCB布线。1、 PCB板布线在布线前要在DXP中完成对电路图个元件的封 装。在封装时要注意，因为对于同一个元件可能又有多种封装方式。 封装时要根据所给元件的类型对各个元件进行封装。封装完成后，把 原理图导入PCB板后，再对元件的位置重新手动摆放，布线是要尽量 减少交叉重叠的线。观察元件的三视图，以保证封装是正确。2、 电路板制做完成布线后，对 PCB图进行打印输出，然后再用 制板机制板。制板时要尽量使线不要相连，以免制出的板不能使用。 制板完成后，要对制好的板进行钻孔，打磨，直至板合格为止。3、安装与调试按照打印好的电路图，在 PCB板上利用电

13、烙铁进行 各元件的焊接。焊接时要注意不能使焊盘焊接处与其他线相连。调试 时可能得不出仿真时的结果，要结合各方面进行考虑，电阻，电容， 或者是电路的焊接问题。调试的时候以为安装好就可以直接工作，结 果彩灯未按预先估计那样闪烁，经过反复仔细检查发现线路焊接有两 个点脱焊，修正后需要进一步的检查与调试。 4. 结果与结论仿真结果 和预期的一样，八个灯依次循环闪烁。继续制板安装后进行调试灯未 亮，仔细检查后是之前布线时的一根红线脱焊，在进行修正之后又调 试了下灯仍然不亮，检查后未发现焊接处的问题，可能是电阻或电容的参数设置有问题，继续进行调试了下灯终于亮了，达到了八个彩灯 依次循环闪烁的效果。5.收获

14、与致谢通过这次实习我对数字电路产生 了浓厚的兴趣，也有了新的认识，发现它在实际中应用的很广泛，而 且在实习中我对555定时器，74192,74138这些芯片有了更深一层的了 解。但是实习过程中也遇到了不少的问题，尤其是一开始在电路图的设 计方面不知道如何下手，整个电路必须充分考虑到各个方面才能使电 路设计完整，经过老师的指导和查询资料才最终实现预期的效果。然 后布线、制版分布元件，最后是焊接，经过细心周密的设计后终于成 功完成任务。这次课程设计要特别感谢 *老师、*老师、*老师的 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！ 6.参考文献童诗白.模拟电子技术基础.北京：高

15、等教育出版 社,201X.臧春华.电子线路设计与应用.北京：高等教育出版社,201X. 邱关源，罗先觉.电路（第五版）.北京：高等教育出版社,201X.阎 石. 数字电子技术（第五版）.北京:高等教育出版社,201X.张阳天,韩异 凡.Protel DXP 电路设计.北京：高等教育出版社，201X7 附件7.1 电路原理图电路原理图如下图 7所示。图7电路原理图7.2 PCB布线 图PCB布线图如下图8所示。图8 PCB布线图7.3元器件清单本设计 所用到的元件清单如表1所示。表1元器件清单附送:制作循迹小车实习总结制作循迹小车实习总结制作循迹小车实习总结哈尔滨理工大学目录第7页共13页第 9

16、 页 共 13 页一、设计要求及注意事项 3（2）电机驱动模块 .4（3）简易控制模块 8（2）调试 .11（1）电阻 .11（3）LED.12 电子实习报告一、设计要求及注意事项 1. 能独立完成设计内容并完全掌握其内 部结构、工作原理和安装调试过程。 2. 要求在设计过程中能熟练掌握 其元器件的计算、焊接技术和电路故障的判别方法。 3. 焊接顺序，先 贴片后插件。 4. 要求焊接的电路板调试时正常且安装好小车后能正常 运行。 5.进入实习基地后按指定的实验台就位，未经许可，不得擅自 挪换仪器设备。 6. 要爱护仪器设备及其它公物，凡违反操作规程，不 听从教师指导而损坏者，按规定赔偿。 7.

17、 未经指导教师许可，不得做 规定以外的实验项目。 8. 要保持实习室的整洁和安静，不准大声喧 哗，不准随地吐痰，不准乱丢纸屑及杂物。 9. 必须严格按设备操作书 的要求去使用设备，注意人身及设备安全，不要盲目操作。二、设计的作用、目的 1利用所学过的基础知识，通过本次电子实习培养独立解决实际 问题的能力；2巩固本课程所学的理论知识和实验技能； 3掌握常用电子电路的一般设计方法，提高设计能力和实验、动 手能力，为今后从事电子电路的设计、研制电子产品打下基础。 4. 熟 练掌握焊接机能、电子元器件的识别。 5. 了解智能循迹小车构成的设 计方法。 6. 培养团队的协作和沟通能力。第 10 页 共

18、13 页三、设计的具体实现 1. 系统概述智能移动机器人平台以双电机轮 式小车为底层移动平台，单片机为控制核心，通过红外探测模块实现 对行车路线的感知，电机驱动模块实现对直流电机的驱动控制，从而 完成自动行驶的功能。如图：可以根据实际需要进行多模块扩展。使 用金属探测模块完成对金属物体的探测，拓展超声波模块实现避障、 测距功能，利用测温模块感知环境温度，采用无线传输模块实现数据 的传输及无线遥控等。如图： 2. 单元电路设计与分析电源模块如图焊 接完成的电路板供电系统的原理图如下 7805的5V输出给单片机以及 各个功能模块供电，在实际应用过程中我 们可能需要好几块 780 5，但是我们要注意

19、的是：各个 7805之间的输出绝对不能够并 联。7806的6V输出给电机供电作为动力电源。 7805与7806要共地。（2）电机驱动模块如图焊接完成的电路板 L298内部的原理图如 下OUT1与OUT2与小车的一个电机的正负极相连，OUT3与OUT4与小车的另一个电机的正负极相连，单片机通过控制IN1与IN2,IN3与IN4分别控制电机的正反转。ENA与 ENB分别控制两个电机的使能。注意： X表示状态不定 电机驱动模块原理图L298有两路电源分别为逻辑电源 和动力电源，上图中6V为逻辑电源，12V为动力电源。J4接入逻辑电 源，J6接入动力电源，J1与J2分别为单片机控制两个电机的输入 端，

20、J3与J5分别与两个电极的正负极相连。ENA与 ENB直接接入6V 逻辑电源也就是说两个电机时刻都工作在使能状态，控制电机的运行 状态只有通过 J1 与 J2 两个接口。由于我们使用的电机是线圈式的， 在从运行状态突然转换到停止状态和从顺时针状态突然转换到逆时针 状态时会形成很大的反向电流，在电路中加入二极管的作用就是在产 生反向电流的时候进行泄流，保护芯片的安全。L298的PCB安装图简 易控制模块如图焊接完成的电路板利用单稳态触发电路实现小车的控 制，设定电机驱动模块的IN2=IN4=0;红外模块输出0UT1在未探测到 轨迹时输出高电平 ,控制电路输出高电平， IN1=1小车前行；当有红外

21、对管探测到轨迹时，即0UT1输出低电平第 11 页 共 13 页触发信号，控制电路使得IN仁0,小车左（右）转，由于是暂稳态，所 转角度有限，避免超调，从而实现小车的基本循迹功能。如图：红外 红外（4）红外循迹模块的原理 如图焊接完成的电路板在智能机器人 小车的设计中我们使用的是一体反射式红外对管,所谓一体就是发射 管和接受管固定在一起,反射式的工作原理就是接收管接收到的信号 是发射管发出的红外光经过反射物的反射后得到的,所以使用红外对 管进行循迹时必须是白色地板加黑色引导条。下图为红外循迹电路的 原理图。上面电路由一组红外对管、电位器、运算放大器和电阻组成 的，R1起到限流的作用，用来控制反

22、光管发出红外信号的强弱。接收 管实际上是一个光敏三极管基极的光电流经过放大后流经电阻R2产生电压与电位器调节后得到的电压进行比较。 A1 与电阻组成一个比较 器。在有红外信号返回时 OUT端输出高电平，反之输出低电平。红外 循迹对管的安装图 3. 电路的安装与调试安装如图为四块电路板连线示 意图接口电路连接方式：1、 电源模块连接：电源模块与单片机连接： +12V接电池正极 GND负极J4与电源+5v GND相连接，方块为正。2、 红外模块与电源模块连接：1 接电源模块 +5V 2 接电源模块对 应地3、红外模块与单片机连接： 7针连接 p1.0 6 针连接 p1.1 5 针连 接 p1.2

23、4 针连接 p1.3 3 针连接 p1.44、 电机驱动与电源模块连接：+12V与+6V连接+12V旁的GND与 +6V旁的GND连接+6v GND +6v GND与电源模块+5V GND +5V GND连 接5、电机驱动与单片机连接： IN1 与 p2.0 连接 IN2 与 p2.1 连接第 12 页共 13 页IN3与p2.2连接IN4与p2.3连接（2）调试四块电路板焊接完毕后进行单个电路板的简单调试，调试了电源模块与红外循迹模块，检查了驱动模块的焊接情况。电源模 块电路板的焊接与调试均无问题，驱动的焊接情况良好，只有红外循 迹模块的调试有情况。只有红外循迹模块调试时发光二极管不亮，后 用烙铁将电源接线柱重新焊接调试完成。整车调试：按图将四块电路 板连线并安装在小车上，接通电源，用红外模块上红外对管的工作与 否观察小车的运动状态，当两只红外对管都工作时，小车的双电机都 运转；当左红外对管工作时，左电机运转；当右红外对管工作时，右 电机运转。焊接过程及方法：正式焊接前应练习，掌握焊接方法后再 正式焊接。在焊接前，烙铁应充分加热，达到焊接的要求。用内