多功能多路流水灯控制电路的设计仿真与制作

武汉理工大学《数字电子线路》课程设计说明书附件1：学号：0121209310130课程设计题目多功能多路流水灯控制电路的设计仿真与制作学院信息工程学院专业电子信息工程班级电信1201姓名鲁玲指导教师孟哲2014年6月20日课程设计任务书学生姓名：鲁玲专业班级：电信1201指导教师：孟哲工作单位：信息工程学院题目:多功能多路流水灯控制电路的设计仿真与制作初始条件：集成译码器、计数器、555定时器、移位寄存器、LED和必要的门电路或其他器件。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周内完成对数字频率计的设计、仿真、装配与调试。2、技术要求：=1\*GB3①设计一个具有16路（或矩阵）LED不同显示方式或显示图形的控制电路。=2\*GB3②不同显示方式的控制可以是自动结合按键手控等。③确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：1）第1-2天，查阅相关资料，学习设计原理。2）第3-4天，方案选择和电路设计仿真。3）第4-5天，电路调试和设计说明书撰写。4）第6天，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录TOC\o"1-3"\h\u17392前言 29741设计方案 365821.1设计意义 3117501.2设计目的 3113421.3原理图及工作原理 325852电路板焊接技术介绍 420162.1焊接操作要领 49742.2注意事项 565822.3.焊接调试 625853电路板的安装与制作 620163.1确定电路板整体布线图 6TOC\o"1-3"\h\u9743.2555振荡电路 665823.374LS191计数部分 7117503.474LS138译码电路和LED显示部分 7117503.55V直流稳压电源电路 725854电路板的调试 820164.1调试方法和步骤 820164.2出现的问题及处理方法 8525856582电路实拍图 10117506总结及心得体会 1225857元件清单 13 8参考文献 142585附件 15前言随着电子技术的快速发展尤其是数字技术的突飞猛进，多功能流水彩灯凭着简易，高效，稳定等特点出现在我们日常生活中的各种场所，店铺门面装饰、家居装潢、城市墙壁更是随处可见。与此同时，还有一些城市采用不同的流水灯打造属于自己的城市文明，塑造自己的城市魅力。目前，多功能流水灯的种类已有数十种，如广告装潢、家居装饰、店铺招牌灯等等。所以，多功能流水灯的设计具有相当的代表性。本次课程设计要设计一个多功能多路流水灯控制器（用16只发光二极管显示），是多功能流水彩灯中较简单的，但这是进行复杂设计的基础。本设计方案中利用NE555构成多谐振荡产生连续脉冲作为74LS191计数器的脉冲源，在经过74LS138驱动输入到发光二极管。首先要分析设计要求，从要实现多功能、多路入手推导出要使用的芯片。多功能流水灯，就是要具有一定的变化规律的功能，主要考察了数字电路中的计数器、、多谐振荡等，多谐振荡电路给其它的电路提供脉冲源，设计过程中需要了解相关芯片（NE555、74LS191、74LS138）的具体功能，引脚图，真值表等，认真布局，在连接过程中更要仔细认真。设计方案1.1设计意义（1）熟悉多功能多路流水灯的原理与功能；（2）掌握数字电路的功能，学会如何用555时钟电路产生方波信号；（3）熟悉掌握计数器、译码器的功能与原理；（4）了解时序电路与逻辑电路的功能与应用。1.2设计目的（1）掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法；（2）进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；（3）提高电路布局﹑布线及检查和排除故障的能力；（4）提高自己焊接电路板的能力；（5）培养书写综合实验报告的能力。1.3电路图及工作原理本设计采取的方案由用555多谐振荡器一个、74LS191一片、74LS138两片、可变电容、电阻、电容、LED组成。74LS191计数器的时钟信号由555多谐振荡器提供，改变55的振荡频率即可改变计数器的快慢，从而控制彩灯闪烁的快慢。计数器输出信号输入至138译码器，控制138译码器译码得到不同的输出信号，决定流水灯的循环变化。多功能流水灯电路图如图1-1所示。在本设计中所使用的电源是自制的5V直流稳压电源，电路图如图1-2所示。图1-1设计电路图图1-25V直流稳压电源电路图电路板焊接技术介绍2.1焊接操作要领2.1.2焊前准备物料：含直接用料和辅料，留意焊接元件有否极性要求，元件脚有否有氧化、油污等。焊接时，对焊接温度，时间有否特别要求；

工/器具：视焊接元件而定，应有锡线座、元件盒、焊枪、焊台、镊子、剪钳等。如有防静电要求，应注意采用防静电工/器具，同时操作员应戴好防静电手腕带。

2.1.2实施焊接

准备好焊锡丝和烙铁头，烙铁头要保持洁净；

步骤：烙铁头对准焊点→烙铁接触焊点→加焊锡→移开焊锡丝→拿开电烙铁。具体如下：

1.加热焊件（同时加热元件脚和焊盘）；2.熔化焊锡：当焊件加热到能熔化焊料的温度后，将锡线置于焊点，焊锡开始溶化并润湿焊点；

3.在焊点加入适当的焊锡后，移开锡线；

4当焊锡完全湿润焊点后，以大致45°的角度移开烙铁。以上过程对一般焊点在大约2～3秒钟完成，应注意在焊锡尚未完全凝固以前不要晃动接元件，以免造成虚焊。

2.1.3焊接后的处理

当焊接结束后，应检查有无漏焊、错焊（极性焊反）、短路、虚焊等现象，清理PCB板上的残留物如：锡渣、锡碎、元件脚等。

2.1.4对焊点的基本要求

1.焊点应具有良好的导电性；2.焊点应具有一定的强度；3.焊接点的焊料要适当；4.焊接点的表面应具有良好的光泽；（温度过高，焊接时间过长，都会使焊点发乌，影响焊点的强度）5.焊点不应有毛刺及间隙；6.焊接点表面要清洁。2.2注意事项1.焊接顺序。器件焊接顺序以先焊接好的元件不影响后面元件的焊接为原则，一般先焊接体积较小的电阻电容等器件，后焊接体积较大的元件，接插件最后焊接。2.合适的焊接时间。焊接时间是指在焊接全过程中，进行物理和化学变化所需要的时间。它包括被焊金属达到焊接温度的时间、焊锡的熔化时间、助焊剂发挥作用及生成金属合金的时间几个部分。当焊接温度确定后，就应根据被焊件的形状、性质、特点等来确定合适的焊接时间。焊接时间过长，易损坏元器件或焊接部位；过短，则易造成假焊或虚焊，达不到焊接要求。一般，每个焊点焊接一次的时间最长不超过5s。5、焊接结束后，用列子夹住被焊元件适当用力拉拨一下，检查元件是否被焊牢。如果发现有松动现象，必须重新进行焊接。2.3焊接调试1.按照焊接要领完成焊接。2.用万用表电阻挡测量电源输入端，看是否有短路现象。如有，应在加电前排除。电路板的安装与制作3.1确定电路板整体布线图根据设计电路原理图1-1和图1-2在纸上设计电路板的布线图。此过程要参照第二章中的焊接注意事项。3.2555振荡电路555振荡电路原理图如图3.1所示。参照第二章内容按照设计好的布线图摆放元件并焊接。此部分焊接好后需给电路接上5V电压，观察绿色发光二极管是否正常发光，并用万用表测量555芯片各管脚电压是否正常。如不正常则应先排除故障后才能进行下一部分电路的焊接。在本次制作过程中，绿色发光二极管能正常发光，且555芯片各管脚电压正常。图3-1555振荡电路图3-274LS191计数电路3.374LS191计数电路74LS191计数电路原理图如图3-2所示。参照第二章内容按照设计好的布线图摆放元件并焊接。3.474LS138译码电路和LED显示部分74LS138译码电路和LED显示部分原理图如图3-3所示。参照第二章内容按照设计好的布线图摆放元件并焊接。因为74LS138译码器输出端低电平有效，所以LED显示部分采用共阴极接法。在焊接时要注意不要发光二极管的正负极接反了，以免烧坏管子。3.55V直流稳压电源电路参照图1-2进行安装与焊接。因为变压器输入为220V交流电，所以在连接变压器插头时要格外仔细，确保连接好后用绝缘胶布将接口处包裹起来，以免发生漏电现象，对人体造成危害。图3-374LS138译码电路和LED显示部分4电路板的调试4.1调试方法和步骤1.检查电路设计的原理图，确定连接无误；2.检测导线是否断路，再用万用表检测每部分是否完好；3.检查整个电路是否都正确，看每个发光二极管是不是都能正常发光，各部件均能正常工作，看流水灯是否能按要求正常工作。4.2出现的问题及处理方法1.第一次检查完电路板确定无误后，为安全起见，先用电池盒代替自制电源给电路供电，发现前8个流水灯全亮，而后8个流水灯全不亮，接在555定时器输出端的绿色发光二极管时亮时不亮。用万用表测量555定时器各管脚电压，发现其他管脚电压正常，但输出管脚（即管脚3）电压为零。在知道故障处后，又对照电路图反复检查了几遍，并确定电路焊接上没有虚焊情况，最后发现是74LS191及74LS138芯片的16管脚和8管脚没有相应的接电源和地。排除故障后，接通电源，流水灯正常工作，根据双掷开关的通断情况相应的左循环和右循环。且接通不同电容时，流水灯闪烁快慢相应变化。2.确定多路流水灯电路能正常工作后，便改用自制5V直流稳压电源给其供电，插上插头后发现流水灯全不亮。用万用表检测发现电源输出端没有电压显示，不一会儿电路突然冒起小火花，于是我们赶紧关了电源，开始仔细检查电源电路。最后得出结论是导线接触不良，改善后再接通电源，电路和之前一样正常工作。3.在课设答辩时，接通电源发现发光二极管全都不亮，于是我们又重新检查电路。用万用表测试最后发现整流桥输入电压为二十几伏，而输出电压为零，由此确定是整流桥部分出现了问题。请教了实验室学长后知道了是导线太细的缘故。因为电源部分电流较大，若导线太细，会导致焊锡温度过高而融化，出现虚焊现象，甚至会烧坏元件。解决了导线的问题后发现电路仍无法工作，经检查发现是整流桥器件已被烧坏，换上新的整流桥后电路正常工作。5电路板实拍图图5-1多功能多路流水灯电路正面图图5-1多功能多路流水灯电路正面图图5-2多功能多路流水灯电路反面图5-2多功能多路流水灯电路反面图5-35V直流稳压电源实物图图5-35V直流稳压电源实物图图5-4总设计实物图图5-4总设计实物图6.总结及心得体会在这近一个星期的课程设计时间内，我感到忙碌又充实。庆幸的是这期间我们没有考试，所以不必分心复习，有足够的时间来做课程设计。我们组共三人，我的主要任务是焊电路板。起初我还窃喜自己的任务简单，不必花很多精力，但在看其他组员设计电路、仿真的时候我突然想到：如果对设计原理图没有深刻理解的话，电路焊接出现问题时该怎么调试改进呢？于是，我也开始查阅资料，分析理解组员设计好的电路原理图，并一起商量讨论，提出改进意见，确定最终设计图。而且在真正开始电路板的焊接时，我才意识到这并不是一项轻松的活。仿真图上给的是芯片的逻辑图，与其引脚图差别很大，在焊接时必须首先依据各芯片的引脚图画出电路原理图，确定导线布局，还要考虑到导线交叉、跳线的问题。为了更好地理解电路图原理并帮助更好的改进电路，我另外用Multisim软件对电路进行了仿真并不断调试，体会电容、电阻不同取值对流水灯闪烁快慢的影响。在最后的硬件调试阶段出现了不少问题，首先是忽略了各芯片的16管脚和8管脚，在这个低级的问题上浪费了不少时间，查出问题后我深刻领悟到一个道理——细节决定成败。所以在之后的调试中，每当出现问题我就从微小细节处开始检查，往往是觉得最不可能出现差错的地方就是问题所在之处。在后来的电源调试中也是因为导线接触不良这个小问题导致电路不能正常工作，甚至冒起火花。这又让我体会到谨慎的重要性，特别是涉及到高电压的时候。虽然有这些问题，但在组员们的共同努力下，最终还是解决了这些问题，得到了一个较理想的设计作品——多功能多路流水灯控制电路。通过这一次课程设计，我了解了多功能流水灯的一系列功能，以及各单元电路的工作原理。通过自己动手做出实物来领会课本上学到的NE555、74LS191、74LS138等芯片的工作原理和工作状态；进一步熟悉了Mulitisim仿真软件的使用方法；焊接能力得到了提高。同样也很重要的一点就是，在这次课程设计中我体会到了团结的重要性，收获了更深刻的友谊。特别是我们组是三个女生，且都对这方面并不精通，起初很多同学为我们感到忧虑，担心我们会做不好。但通过努力，我们做到了，而且发现比预期的容易的多。现在课程设计结束了，我深刻体会到，凡事不管难易、不论男女，只要你想去做，并且努力了，结果就一定是好的。7.元件清单8.参考文献[1]康华光.电子技术基础