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循环彩灯设计报告篇一
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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 ……………………………………………………………………2
1.1了解数字电路系统的定义及组成………………………………………2
1.2掌握时钟电路的作用及基本构成…………………………………………2
2.设计方案……………………………………………………………………2
2.1任务分析……………………………………………………………………2
2.2方案论证……………………………………………………………………3
3.方案实施 …………………………………………………………………3
3.1原理图设计…………………………………………………………………3
3.2电路仿真……………………………………………………………………7
3.3 pcb制作 …………………………………………………………………8
4.结果与结论…………………………………………………………………8
5.收获与致谢………………………………………………………………9
6.参考文献……………………………………………………………………9
7.附件 …………………………………………………………………………9
7.1电路原理图………………………………………………………………10
7.2 pcb布线图 ………………………………………………………………11
7.3元器件清单……………………………………………………………11
1. 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、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 555 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、 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74ls138n三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来不及充电，vc=0v，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vcc对电容c充电，电路进入暂稳态一，此后，电路周而复始地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t1≈0.7(r1+r2)c；暂稳态二的维持时间，即输出vo的负向脉冲宽度t2≈0.7r2c。
因此，振荡周期t=t1+t2=0.7(r1+2r2)c，振荡频率f=1/t。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d≈1/2，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sn74ls192n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，其工作原理是：74192上升沿触发，由up，down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，down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(时钟)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。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 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。
74138有三个输入端：oe1、oe2a、oe2b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y0=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330ω的保护电阻，驱动电路传输的是低电平才会导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
[1]童诗白.模拟电子技术基础[m].北京:高等教育出版社,2015. [2]臧春华.电子线路设计与应用[m].北京:高等教育出版社,2015. [3]邱关源,罗先觉.电路（第五版）[m].北京:高等教育出版社,2015. [4]阎 石.数字电子技术（第五版）[m].北京:高等教育出版社,2015. [5]张阳天,韩异凡. protel dxp电路设计[m].北京:高等教育出版社,2015.
7. 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
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