循环彩灯电路设计

1、 课程设计说明书题 目:循环彩灯电路设计 课程名称:数字电子技术 学 院:电子信息与电气工程学院 学生姓名:学 号:专业班级:自动化 2011级 2班 指导教师:翟亚芳2013年 6月 7日课 程 设 计 任 务 书 循环彩灯电路设计摘 要:设计的是一个八路循环彩灯电路, 循环方式为 8个彩灯一亮 一灭,从左向右移动,彩灯亮灯和灭灯时间均为 1秒。电路是由 555定时器、 74LS161、 74LS164三种芯片构成的中规模集成电路,其中 555定时器构成多谐震荡电路作为时钟电路,震荡周期为 1秒。 74LS161 QA输出端接到 74LS164 A和 B 端使 74LS164逐渐移位。 74

2、LS164依次输出 0和 1间隔的脉冲信号控制 8个灯。关键词 :循环彩灯; 555定时器; 74LS161; 74LS164目 录1. 设计背景 1 1.1 了解数字电路系统的定义和组成 11.2 掌握 Multisim 软件和 DXP 软件的应用 12. 设计方案1 2.1 任务分析 12.2 方案论证 23. 方案实施 2 3.1 原理图设计2 3.2 电路仿真 4 3.3 PCB 制作 63.4 安装与调试 74. 结果与结论 75. 收获与致谢 86. 参考文献 97. 附件 9 7.1 元件清单 9 7.2 实物图 9 7.3 电路仿真图 101. 设计背景1.1了解数字电路系统的

3、定义和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 Multisim 软件和 Altium Designer09软件的应用Multisim 软件是由加拿大 IIT 公司推出的大型设计工具软件。 它不仅提供了 电路原理图输入和硬件描述语言模型输入的

4、接口和比较全面的仿真分析功能, 同 时还提供了一个庞大的元、 器件模型库和一整套虚拟仪器表, 可以满足对一般的 数字逻辑电路、模拟电路、模拟电路以及数字 -模拟混合电路进行分析和设计的 需要。Altium Designer09是一款 EDA(Electronic Design Automation 电子系统设计 自动化设计软件,主要用于电路设计、电路仿真和印制电路板 (PCB 的设计,同 时还提供了超高速集成电器硬件描述语言 (VHDL 的设计工具进行现场可编程 门阵列 (FPGA 设计。2. 设计方案2.1任务分析循环彩灯电路要求 8个彩灯一亮一灭, 从左向右移动, 彩灯亮灯和灭灯时间 均为

5、 1秒。 首先要设计一个时钟电路提供时钟信号, 要求此信号周期为 1秒。 其 次要设计一个驱动电路来驱动八个 LED 工作, 驱动电路能按设计要求方式输出高 低电平,点亮 LED 达到设计要求。2 2.2方案论证在循环彩灯中,时钟电路由 555定时器、 1个 47K、 1个 51K的电阻和一 个 10nF 、 一个 10uF 的电容构成的周期为一秒的时钟周期发生器, 为电路提供时 钟信号。由 74LS161和 74LS164组成驱动电路,最终将 8个发光二极管按要求 点亮。图 1为电路框图。 图 1 电路框图3. 方案实施3.1原理图设计1、时钟电路设计 因为循环彩灯对频率的要求不高, 只要能

6、产生高低电平就可以了, 且脉冲信 号的频率可调, 所以采用 555定时器组成的多谐振荡器, 产生单位脉冲, 周期为 : T=ln2(R1+2R2C=1s。其输出的脉冲用于触发计数器号。图 2为多谐振荡器实验 连接图。2、驱动电路设计驱动电路由 74LS161计数器和 74LS164八位单向移位寄存器组成 , 用以驱动 发光二极管正常工作,并且在时钟电路的控制下让八个发光二极管循环工作。555多谐振荡器产生周期为 0.5s 的脉冲, 接向 74LS161的 Clk , 此时 74LS161的 QA 输出为 1s 的矩形脉冲, QB 的输出周期为 2s 的矩形脉冲, 1s 的矩形脉冲使 74LS1

7、64逐渐移位依次输出 0和 1间隔的脉冲信号, 最终使 8个输出端依次输出间隔的高电平驱动对应的发光二极管。当第八个二极管亮了 1s 以后,需要对电 路进行清零,即 74LS161形成了一个九进制的计数器,而九进制来的高电平与 时钟信号与非用以 74LS161和74LS164的清零。图 3为驱动电路设计设计图。 图 2 多谐振荡器实验连线图 图 3 驱动电路设计图3、输出电路设计输出电路有 8个发光二极管和 8个 100的电阻组成。 当从驱动电路过来的3是高电平,才可以让发光二极管导通发光。输出电路如图 4所示。 图 4 输出电路3.2电路仿真在各单元电路设计的基础上,按照总体电路图在仿真软件

8、 Multisim 上一一 选择器件并进行连接,然后启动开关观察。 ,根据示波器的波形和彩灯的闪烁情 况判断电路是否正常。通过仿真,我们的电路原理图无误,可以制板。 . 图 5为 55定时器仿真图,图 6为彩灯仿真效果图。4 图 5 555定时器仿真图 图 6彩灯仿真效果图 563.3 PCB制作根据循环彩灯电路的仿真图,用 DXP 软件制作电路的原理图,图 7为循环 彩灯原理图。 找到各个器件的封装, 然后把各个子模块连接起来, 导入 PCB 板进 行布线, 在布线过程中要尽可能的减少跳线, 尽可能减少板子的使用面积, 以及 各个器件的布局的合理与美观。使得制作出来的 PCB 板经济、美观、

9、实用。布好 线后将 PCB 图打印出来,在经过转印、腐蚀、打孔, PCB 板就制作好了。图 8为 循环彩灯 PCB 图。图 7循环彩灯原理图图 8循环彩灯 PCB3.4安装与调试按照 PCB 图将元件一一安装在 PCB 板中, 注意二极管和电容的正负极, 然后 进行电路板的焊接。 焊接完成后按照电路图逐一检查电路有没有漏焊的问题, 接 下来用万用表逐一检查有没有虚焊或线路断路或线路短路。然后将电路接到 5伏电源上进行调试, 发现彩灯没有亮, 然后又检查电路发现有一个引脚虚焊, 从 新焊好后就能正常工作了。4. 结果与结论经过一系列的工作后, 制作出的循环彩灯实物能过正常工作, 实际结果与理 论

10、结果在整体上是一致,符合实验预期要求。利用 555定时器、 1个 47K、 1个 51 K的电阻和一个 10nF 、一个 10uF 的电容来设计时钟电路,得到了一个多谐振荡器,其频率是 1Hz ;利用 74LS161 计数器和 74LS164移位寄存器来设计的驱动电路,能够按要求驱动电路;利用 发个发光二极管和电阻来设计输出电路, 当接受高电平时能发光的结果。 综上所 述,电路设计的完全正确,并得到了正确结果。5. 收获与致谢两个星期的课程设计, 终于结束了。 感觉在这段时间中自己学会了很多东西, 如设计电路最重要的是思路要清晰, 一旦有了自己的思路就应该有层次有条理的 探索下去, 只要坚持自

11、己的观点和判断, 就一定能实现, 即便最后发现走进了死 胡同, 但是探索设想与求证的过程却是通往另一条道路必不可少的环节。 在 完成这次设计的过程中, 我也有参考相关的设计课题, 甚至还花了很长的时间去 弄清楚别人的设计, 以至于后来被束缚住, 对自己的设计没有了头绪。 学习吸收 别人的长处是应该的, 但是不能完全沉浸进去, 要有自己的思路和观点, 并且努 力去实现。 这就是快乐的最大源泉。 在完成本次课设的过程中开始的头几天一直 在纠结于用 74LS164实现移位寄存器, 因为它的原理是很简单的, 可是在实际连 电路的过程中, 一下子遇到了很大的困难, 因为外界的干扰因素实在太多了, 稍 不

12、注意就碰到某个导线了, 结果发光二极管就不亮, 于是自己得检查到底哪里出 现了问题, 有得费很长时间去检查管脚是否连错, 导线是否松动, 或者导线是否 坏掉等等情况。 经过这次试验, 终于感觉到了理论与实际的差别有多大了, 当然 这个过程也是非常的考验人的, 不仅仅是考察你的理论知识, 动手能力, 以及检 查问题并解决问题的能力, 更是在考验一个人的耐心, 细心。 在连接电路的过程 中,丝毫不得马虎,必须清楚的了解每个芯片的管脚分布图,功能表。说实话, 在实验过程中出现问题并不可怕, 可怕的是在反复的受挫中没有革新, 不能改进 自己的方法和思路。 因此自己应该具有创新思维。 通过这次课程设计, 我对电子 技术中的诸多知识有了更深层次的理解, 也初步学会了如何将理论知识有机地与 实际结合加以运用。 同时感谢翟亚芳老师对我的耐心指导和细致的论文批改, 很 多问题都是翟老师亲自指导的, 这次实习真的学到很多东西,