循環(huán)彩燈電路設計 課程設計

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　設計題目： 循環(huán)彩燈電路設計 </p><p>　　課程名稱： </p><p>　　學 院： </p><p>　　學生姓名：

2、 </p><p>　　學 號： </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2013 年 月 日<

3、/p><p>　　課 程 設 計 任 務 書</p><p><b>　　循環(huán)彩燈電路設計</b></p><p>　　摘 要：循環(huán)彩燈電路設計主要由74LS161十六進制計數(shù)器，74LS164移位寄存器、555定時器、74LS151數(shù)據(jù)選擇器、74LS00反相器組成。先用Multism軟件對設計的電路進行仿真，再用Aultism軟件進行元件封裝

4、，最后制作PCB板。用74LS161十六進制構成八進制計數(shù)器，74LS151進行數(shù)據(jù)選擇，74LS164移位寄存，用555定時器構成多諧振蕩器來控制計時，產(chǎn)生周期為一秒的脈沖信號，從而實現(xiàn)8個彩燈一亮一滅，從左向右移動，彩燈亮燈和滅燈時間均為1秒；</p><p>　　關鍵詞：555定時器、循還彩燈、74LS151數(shù)據(jù)選擇器、74LS164移位寄存器</p><p><b>　　

5、目 錄</b></p><p><b>　　1. 設計背景1</b></p><p>　　1.1了解數(shù)字電路系統(tǒng)和數(shù)字電路的定義及組成1</p><p>　　1.2掌握時鐘電路的作用及基本構成1</p><p>　　1.3熟悉Multism和Aultism軟件的功能和使用1</p>&

6、lt;p><b>　　2. 設計方案2</b></p><p><b>　　2.1課題分析2</b></p><p>　　2.2構思總體設計方案2</p><p><b>　　3. 方案實施2</b></p><p>　　3.1原理圖設計2</p>

7、<p><b>　　3.2電路仿真5</b></p><p>　　3.3 PCB制作6</p><p>　　3.4安裝與調試6</p><p>　　4. 結果與結論7</p><p>　　5. 收獲與致謝7</p><p><b>　　6. 參考文獻8</b

8、></p><p><b>　　7. 附件8</b></p><p>　　7.1電路原理圖8</p><p>　　7.2 PCB布線圖9</p><p>　　7.3元器件清單10</p><p>　　指導教師評語：12</p><p><b>　　

9、1. 設計背景 </b></p><p>　　1.1 數(shù)字電路系統(tǒng)和數(shù)字電路的定義及組成</p><p>　　數(shù)字電子技術是信息、通信、計算機、自動控制等領域工程技術人員必須掌握的基本理論和技能。數(shù)字電路系統(tǒng)的主要內容：數(shù)制、邏輯門電路、邏輯代數(shù)、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時序邏輯電路、脈沖波形、數(shù)字系統(tǒng)設計、數(shù)模/模數(shù)轉換電路、半導體存儲器等。數(shù)字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制

10、電路、輸出電路、時鐘電路和電源等。輸入電路主要作用是將被控信號轉換成數(shù)字信號，其形式包括各種輸入接口電路。比如數(shù)字頻率計中，通過輸入電路對微弱信號進行放大、整形，得到數(shù)字電路可以處理的數(shù)字信號。模擬信號則需要通過模數(shù)轉換電路轉換成數(shù)字信號再進行處理。 </p><p>　　1.2 時鐘電路的作用及基本構成</p><p>　　多諧振蕩器是產(chǎn)生矩形脈沖的典型電路，常用來做脈沖信號源。多謝振蕩

11、器沒有輸入端，接通電源便自激振蕩。多謝振蕩器起振之后，電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，他們交替變化，輸出連續(xù)的矩形脈沖信號。</p><p>　　用555定時器構成的多謝振蕩器，先用555定時器構成施密特觸發(fā)器，然后將施密特觸發(fā)器的輸出端經(jīng)RC積分電路接到施密特觸發(fā)器的輸入端?？梢酝ㄟ^調節(jié)RC的大小來產(chǎn)生所需周期大小的脈沖信號。</p><p>　　1.3 Multism和Aultism軟件

12、的功能和使用</p><p>　　Multisim以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。所以可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。通Multisim和虛擬儀器技術，工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計。Altium designe

13、r軟件是第一個將所有設計工具集于一身的板級設計系統(tǒng)，電子設計者從最初的項目模塊規(guī)劃到最終形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可以按照自己的設計方式實現(xiàn)。 通過設計輸入仿真、PCB繪制編輯、拓撲自動布線、信號完整性分析和設計輸出等技術融合，DXP提供了全面的設計解決方案。因此我們可以使用DXP和Aultism軟件進行設計和仿真。 </p><p><b>　　2. 設計方案</b></p><p

14、><b>　　2.1 課題分析</b></p><p>　　充分了解循環(huán)彩燈設計要求，明確循環(huán)彩燈設計系統(tǒng)的全部功能、要求及技術指標；熟悉處理信號與控制對象的各種參數(shù)、關系和特點。根據(jù)循環(huán)彩燈的原理構思總體設計方案。</p><p><b>　　2.2 設計方案</b></p><p>　　通過555定時器構成多諧振

15、蕩器產(chǎn)生周期為1s的矩形脈沖，74LS161十六進制的計數(shù)器改為八進制的計數(shù)器進行計數(shù)，74LS151對八進制數(shù)000-111選擇輸出，74LS164移位寄存器對輸出的信號移位寄存，并與八個發(fā)光二極管相連接，從而控制彩燈一亮一滅，從左向右移動，彩燈亮燈和滅燈時間均為1秒。</p><p><b>　　3. 方案實施</b></p><p>　　3.1 原理圖設計&l

16、t;/p><p><b>　　1. 時鐘電路設計</b></p><p>　　555集成時及電路是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，可連接成</p><p>　　多諧振蕩電路，產(chǎn)生單位脈沖，用于觸發(fā)計數(shù)器。555定時器的邏輯符號圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 555定時器的邏輯符號圖</p>&

17、lt;p>　　555定時器可以很方便地構成多諧振蕩器，由555定時器構成的時鐘信號產(chǎn)生電路如圖3所示。根據(jù)振蕩周期計算公式可,該電路的振蕩周期為1秒?？刹捎米柚狗謩e為51KΩ、47KΩ的電阻R1、R2.</p><p>　　圖2 由555定時器構成的時鐘信號產(chǎn)生電路</p><p><b>　　2. 驅動電路設計</b></p><p>

18、;　　由74LS161計數(shù)器和74LS151數(shù)據(jù)選擇器以及74LS164移位寄存器組成,用以驅動發(fā)光二極管正常工作，并且在時鐘電路的控制下讓八個發(fā)光二極管循環(huán)工作。</p><p>　　設計原理：把555定時器的輸出端接74LS161計數(shù)器的CLK端，在上升沿的作用下，輸入數(shù)據(jù)被送入計數(shù)器。將74LS161計數(shù)器的輸出端分別接74LS151數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入端，輸出端接74LS164移位寄存器的串行輸入端，74

19、LS164的CLK移位脈沖與驅動電路的輸入端相連，實現(xiàn)彩燈的循環(huán)。CLR異步清零端與74LS161的Q3以及CLR端相連，因為，CLR’=1，CLK處于上升沿，輸入端代碼AB才被送入寄存器，Q3與CLR端連一個反相器。74LS的輸出端與8個彩燈相連。這樣就完成了循環(huán)彩燈的循環(huán)控制。驅動電路圖如圖3所示。</p><p><b>　　圖3 驅動電路</b></p><p&g

20、t;<b>　　3. 輸出電路設計</b></p><p>　　輸出電路有8個發(fā)光二極管和2個100Ω的電阻和兩個高電平組成。只有當從驅動電路過來的是低電平，才可以讓發(fā)光二極管導通發(fā)光。輸出電路如圖4所示。</p><p><b>　　圖4 輸出電路圖</b></p><p><b>　　3.2 電路仿真<

21、;/b></p><p>　　根據(jù)原理，用Multism軟件繪制相應的邏輯電路圖，并進行仿真。在各單元電路設計的基礎上，按照總體電路圖在仿真軟件Multisim上選擇芯片并進行連接，然后啟動開關觀察。將電路在Multisim上連接好后，為各個電阻和電容選取適當值，通過555定時器構成多諧振蕩器產(chǎn)生周期為1s的矩形脈沖，然后打開Multisim的開關，根據(jù)紅綠燈亮滅情況及顯示計時裝置情況判斷電路是否正常。通過

22、老師的指點和我們的堅持努力，經(jīng)過反復修正仿真，我們的電路原理終于能正常工作。</p><p><b>　　圖 5：仿真圖</b></p><p><b>　　3.3 PCB制作</b></p><p>　　在布線前要在Altium Designer中完成對電路圖個元件的封裝。在封裝時，要注意，因為對于同一個元件可能又多種封

23、裝方式。封裝時根據(jù)所給元件的類型選擇合適的封裝對各個元件進行封裝。封裝完成后，把原理圖導入PCB板。導入PCB板后，再對元件的位置重新手動擺放，使盡量少的線重疊，以減少布線時的跳線出現(xiàn)。按照要求采用電源線和地線要求采用0.8mm或是0.6mm,如果從兩個焊盤中間穿過時用0.4mm或0.3mm。信號線采用0.5mm，如果從兩個焊盤中間穿過時用0.4mm或0.3mm。焊盤的內徑用0.8mm或0.85mm。外徑根據(jù)需要進行修改，一般為X方向1

24、.6 mm，Y方向2.0mm，或是X方向2.0 mm，Y方向1.6mm。合理布線，在盡量少的采用跳線下應整齊美觀。至此完成了PCB的制作。</p><p><b>　　3.4 安裝與調試</b></p><p>　　在電路的安裝過程中注意元器件特別是發(fā)光二極管及74LS161，74LS151，74LS164、NE555P，電容是否接反，否則會造成元器件的損壞，使電路板

25、不能正常工作，因此在安裝過程中一定要與PCB板上的電路接法相吻合。電路完成安裝后，開始進行焊接。電路焊制工程中焊錫千萬不要與銅融合以防止短路，電路完成安裝后，進行第一次調試，發(fā)現(xiàn)電路工作不理想，發(fā)現(xiàn)一些問題，仔細檢查后發(fā)現(xiàn)電路中存在斷路，用跳線把斷開處焊接好之后，用萬用表測時后發(fā)現(xiàn)電路斷開處正常工作。進行第二次調試，發(fā)現(xiàn)電路不穩(wěn)定，用萬用表調試后發(fā)現(xiàn)電路中存在短路，仔細檢查發(fā)現(xiàn)銅和焊錫的少量融合，于是吸錫后重新焊接，如此反復檢查，進行調

26、試后發(fā)現(xiàn)問題得到解決，第三次調試時發(fā)現(xiàn)，電路顯示仍舊不工作，進行若干次修改，問題仍沒得到解決。</p><p><b>　　4. 結果與結論</b></p><p>　　經(jīng)過原理了解分析，進行方案論證。然后開始實施，首先用Mulism進行仿真，結果成功。之后開始進行原理圖設計，接著把原理圖導入PCB工程，開始進行布線調整，然后開始制板，最后進行焊接，發(fā)現(xiàn)問題進行調試，

27、最后還是有問題。由于設計的原因，結果不好。把設計構想落實到Multisim仿真軟件上，發(fā)現(xiàn)電路仿真很成功，于是進行PCB制板，電路的具體安裝后，進行調試后發(fā)現(xiàn)電路有斷路現(xiàn)象和短路現(xiàn)象，仔細觀察焊接處，予以解決。在調試過程中，故障是不可避免的，或產(chǎn)生故障的原因很多，情況也很復雜，有的是一種原因引起的簡單故障，有的上多種原因相互作用引起的復雜故障，因此需要掌握故障的一般診斷方法，故障診斷過程就是以故障現(xiàn)象出發(fā)，通過反復測試，做出分析判斷，逐

28、步找出故障的過程其元器件布局不合理，導致連接線出現(xiàn)問題?；蛴捎诳紤]不周全，有眾多因素干擾，造成試驗誤差，從而導致結果失敗。</p><p><b>　　5. 收獲與致謝</b></p><p>　　經(jīng)過這次為期兩個星期循環(huán)彩燈的課程設計學習，首先對原理進行了解，開始進行方案設計，再經(jīng)過理論驗證，然后開始進行原理圖設計與仿真，之后又行了PCB制作，最后進行焊接與調試。，

29、在摸索該如何設計程序使之實現(xiàn)所需功能的過程識到了自己的不足，使自己明白還多東西還需加強學習，彌補不足。同時還鍛煉了自己思維能力與分析解決問題的能力。經(jīng)過課程設計使我受益匪淺。使我我對Altium Designer和Multisim的使用更加的方便，進一步加深了對所用到的各種元器件的功能的理解，這對我以后的學習會很有幫助。</p><p>　　通過這次課程設計，我更深的理解了數(shù)字電路的相關知識。并使理論知識得到實踐

30、。同時，這次課程設計不僅鍛煉了我分析問題，解決問題的能力，而且也鍛煉了我的動手操作能力。以及體會到小組合作一起討論問題，一起思考的快樂。課程設計使我設培養(yǎng)了我的計思維, 增強了實際操作能力。如果不能認真謹慎的工作，我們的設計不會達到預期的效果。還有不論遇到什么困難，不要對自己失去信心。學會了做事要學會整體規(guī)劃，一定要注重細節(jié)，否則很有能因為一點小的錯誤而造成所有的努力付諸東流。</p><p>　　在此非常感謝學

31、院安排這次實踐活動，在兩周的課程設計中非常感謝張?zhí)禊i老師、翟亞芳老師的耐心指導在設計中給出的寶貴建議和意見，以及同小組成員堅持和努力。</p><p><b>　　6. 參考文獻</b></p><p>　　[1] 童詩白.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2005. </p><p>　　[2] 臧春華.電子線路設計與應用[M].

32、北京:高等教育出版社,2005.</p><p>　　[3] 邱關源，羅先覺.電路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[4] 秦長海.張?zhí)禊i.翟亞芳數(shù)字電子技術[M].北京：北京大學出版社2012.</p><p>　　[5] 谷樹忠.劉文洲Altium Designer教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.</p&g

33、t;<p><b>　　7. 附件</b></p><p><b>　　7.1 電路原理圖</b></p><p>　　電路原理圖如圖6所示</p><p>　　圖6：循環(huán)彩圖燈電路</p><p>　　7.2 PCB布線圖</p><p>　　圖7: 循環(huán)彩燈