循環(huán)彩燈電路設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 循環(huán)彩燈電路設(shè)計(jì) </p><p>　　課程名稱： </p><p>　　學(xué) 院： </p><p>　　學(xué)生姓名：

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

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

4、，最后制作PCB板。用74LS161十六進(jìn)制構(gòu)成八進(jìn)制計(jì)數(shù)器，74LS151進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇，74LS164移位寄存，用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器來控制計(jì)時(shí)，產(chǎn)生周期為一秒的脈沖信號，從而實(shí)現(xiàn)8個彩燈一亮一滅，從左向右移動，彩燈亮燈和滅燈時(shí)間均為1秒；</p><p>　　關(guān)鍵詞：555定時(shí)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(shè)計(jì)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(shí)鐘電路的作用及基本構(gòu)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(shè)計(jì)方案2</b></p><p><b>　　2.1課題分析2</b></p><p>　　2.2構(gòu)思總體設(shè)計(jì)方案2</p><p><b>　　3. 方案實(shí)施2</b></p><p>　　3.1原理圖設(shè)計(jì)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(diào)試6</p><p>　　4. 結(jié)果與結(jié)論7</p><p>　　5. 收獲與致謝7</p><p><b>　　6. 參考文獻(xiàn)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(dǎo)教師評語：12</p><p><b>　　

9、1. 設(shè)計(jì)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(shù)是信息、通信、計(jì)算機(jī)、自動控制等領(lǐng)域工程技術(shù)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(nèi)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(shí)序邏輯電路、脈沖波形、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、半導(dǎo)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(shí)鐘電路和電源等。輸入電路主要作用是將被控信號轉(zhuǎn)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(jì)中，通過輸入電路對微弱信號進(jìn)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(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再進(jìn)行處理。 </p><p>　　1.2 時(shí)鐘電路的作用及基本構(gòu)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(shí)器構(gòu)成的多謝振蕩器，先用555定時(shí)器構(gòu)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。可以通過調(diào)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(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)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(jìn)行仿真。通Multisim和虛擬儀器技術(shù)，工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計(jì)。Altium designe

13、r軟件是第一個將所有設(shè)計(jì)工具集于一身的板級設(shè)計(jì)系統(tǒng)，電子設(shè)計(jì)者從最初的項(xiàng)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(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)。 通過設(shè)計(jì)輸入仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)渥詣硬季€、信號完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)融合，DXP提供了全面的設(shè)計(jì)解決方案。因此我們可以使用DXP和Aultism軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真。 </p><p><b>　　2. 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要求，明確循環(huán)彩燈設(shè)計(jì)系統(tǒng)的全部功能、要求及技術(shù)指標(biāo)；熟悉處理信號與控制對象的各種參數(shù)、關(guān)系和特點(diǎn)。根據(jù)循環(huán)彩燈的原理構(gòu)思總體設(shè)計(jì)方案。</p><p><b>　　2.2 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　通過555定時(shí)器構(gòu)成多諧振

15、蕩器產(chǎn)生周期為1s的矩形脈沖，74LS161十六進(jìn)制的計(jì)數(shù)器改為八進(jìn)制的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，74LS151對八進(jìn)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(shí)間均為1秒。</p><p><b>　　3. 方案實(shí)施</b></p><p>　　3.1 原理圖設(shè)計(jì)&l

16、t;/p><p><b>　　1. 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　555集成時(shí)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(jì)數(shù)器。555定時(shí)器的邏輯符號圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 555定時(shí)器的邏輯符號圖</p>&

17、lt;p>　　555定時(shí)器可以很方便地構(gòu)成多諧振蕩器，由555定時(shí)器構(gòu)成的時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路如圖3所示。根據(jù)振蕩周期計(jì)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(shí)器構(gòu)成的時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路</p><p><b>　　2. 驅(qū)動電路設(shè)計(jì)</b></p><p>

18、;　　由74LS161計(jì)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(qū)動發(fā)光二極管正常工作，并且在時(shí)鐘電路的控制下讓八個發(fā)光二極管循環(huán)工作。</p><p>　　設(shè)計(jì)原理：把555定時(shí)器的輸出端接74LS161計(jì)數(shù)器的CLK端，在上升沿的作用下，輸入數(shù)據(jù)被送入計(jì)數(shù)器。將74LS161計(jì)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(qū)動電路的輸入端相連，實(shí)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?yàn)?，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(qū)動電路圖如圖3所示。</p><p><b>　　圖3 驅(qū)動電路</b></p><p&g

20、t;<b>　　3. 輸出電路設(shè)計(jì)</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(dāng)從驅(qū)動電路過來的是低電平，才可以讓發(fā)光二極管導(dǎo)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(yīng)的邏輯電路圖，并進(jìn)行仿真。在各單元電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，按照總體電路圖在仿真軟件Multisim上選擇芯片并進(jìn)行連接，然后啟動開關(guān)觀察。將電路在Multisim上連接好后，為各個電阻和電容選取適當(dāng)值，通過555定時(shí)器構(gòu)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(guān)，根據(jù)紅綠燈亮滅情況及顯示計(jì)時(shí)裝置情況判斷電路是否正常。通過

22、老師的指點(diǎn)和我們的堅(jiān)持努力，經(jīng)過反復(fù)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(shí)，要注意，因?yàn)閷τ谕粋€元件可能又多種封

23、裝方式。封裝時(shí)根據(jù)所給元件的類型選擇合適的封裝對各個元件進(jìn)行封裝。封裝完成后，把原理圖導(dǎo)入PCB板。導(dǎo)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(shí)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(shí)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(shí)用0.4mm或0.3mm。焊盤的內(nèi)徑用0.8mm或0.85mm。外徑根據(jù)需要進(jìn)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(yīng)整齊美觀。至此完成了PCB的制作。</p><p><b>　　3.4 安裝與調(diào)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(jìn)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(jìn)行第一次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)電路工作不理想，發(fā)現(xiàn)一些問題，仔細(xì)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(shí)后發(fā)現(xiàn)電路斷開處正常工作。進(jìn)行第二次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)電路不穩(wěn)定，用萬用表調(diào)試后發(fā)現(xiàn)電路中存在短路，仔細(xì)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(fù)檢查，進(jìn)行調(diào)

26、試后發(fā)現(xiàn)問題得到解決，第三次調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，電路顯示仍舊不工作，進(jìn)行若干次修改，問題仍沒得到解決。</p><p><b>　　4. 結(jié)果與結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)過原理了解分析，進(jìn)行方案論證。然后開始實(shí)施，首先用Mulism進(jìn)行仿真，結(jié)果成功。之后開始進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)，接著把原理圖導(dǎo)入PCB工程，開始進(jìn)行布線調(diào)整，然后開始制板，最后進(jìn)行焊接，發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行調(diào)試，

27、最后還是有問題。由于設(shè)計(jì)的原因，結(jié)果不好。把設(shè)計(jì)構(gòu)想落實(shí)到Multisim仿真軟件上，發(fā)現(xiàn)電路仿真很成功，于是進(jìn)行PCB制板，電路的具體安裝后，進(jìn)行調(diào)試后發(fā)現(xiàn)電路有斷路現(xiàn)象和短路現(xiàn)象，仔細(xì)觀察焊接處，予以解決。在調(diào)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(fù)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(fù)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(fù)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(dǎo)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(yàn)誤差，從而導(dǎo)致結(jié)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(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，首先對原理進(jìn)行了解，開始進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，再經(jīng)過理論驗(yàn)證，然后開始進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)與仿真，之后又行了PCB制作，最后進(jìn)行焊接與調(diào)試。，

29、在摸索該如何設(shè)計(jì)程序使之實(shí)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(qiáng)學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)不足。同時(shí)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(shè)計(jì)使我受益匪淺。使我我對Altium Designer和Multisim的使用更加的方便，進(jìn)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(xué)習(xí)會很有幫助。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)，我更深的理解了數(shù)字電路的相關(guān)知識。并使理論知識得到實(shí)踐

30、。同時(shí)，這次課程設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)使我設(shè)培養(yǎng)了我的計(jì)思維, 增強(qiáng)了實(shí)際操作能力。如果不能認(rèn)真謹(jǐn)慎的工作，我們的設(shè)計(jì)不會達(dá)到預(yù)期的效果。還有不論遇到什么困難，不要對自己失去信心。學(xué)會了做事要學(xué)會整體規(guī)劃，一定要注重細(xì)節(jié)，否則很有能因?yàn)橐稽c(diǎn)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(xué)

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

32、北京:高等教育出版社,2005.</p><p>　　[3] 邱關(guān)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(shù)[M].北京：北京大學(xué)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