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1、彩灯循环数字控制电路设计目录目录1一摘要2Abstract2二目的、要求及任务21.设计目的32.设计要求33.设计任务3三课题构想3四方案设计41.基本原理42.译码器，记数器，555定时器及或门和非门4五单元设计101.LED显示电路102.振荡器113.记数器124.译码器125.门电路13六系统完整的电路及原理说明13七仿真分析及结果15八调式过程16九制作PCB板16十体会19十一致谢19十二参考文献20一摘要循环彩灯的电路很多，循环方式更是五花八门，而且有专门的可编程彩灯集成电路。绝大多数的彩灯控制电路都是用数字电路来实现的，例如，用中规模集成电路实现的彩灯控制电路主要用计数器，译
2、码器，分配器和移位寄存器等集成。本次设计的循环彩灯控制器就是用计数器和译码器来实现，其特点是控制器来控制四组发光二极管，使其能循环发光。关键词：计数器，译码器，集成 AbstractCirculate the electric circuit of the colorful light a lot of, circulate the way is more multifarious, and has specialized programmable colorful light integrated circuit. The colorful light control electric ci
3、rcuits of the great majority all carry out with the numerical electric circuit of, for example, the colorful light control electric circuit that uses a medium scale integrated circuit realization mainly uses to count a machine, translating the code machine, assigning a machine and moving to deposit
4、a machine etc. integration. This designs circulating colorful light controller is to use to count a machine and translate the code machine to carry out, its characteristic is that control four groups of light diodes by the controller, let them give out circulating.Keywords：count a machine, translati
5、ng the code machine, integration，light diode 二目的、要求及任务1.设计目的(1) 深入理解掌握数字电子技术的基本原理，数字电路的设计分析方法。(2) 进一步熟悉掌握LSI、MSI集成数字电路功能、引脚及其使用方法。 (3) 学习了解数字电路的组装技术与技巧，组装工艺。(4) 了解数字电路的测试方法，学会数字电路故障的分析和排除。2.设计要求1. 拟定四位数码状态序列循环变化方法及其产生方案。2. 画出电路框图、原理图，并选用LSI、MSI数字集成电路对之进行设计。3. 组装所设计的电路，并采用适当方法对其功能进行测试，分析排除可能产生的各种故障。
6、4. 总结自己所进行的研究设计及组装调试工作，撰写课程设计论文。3.设计任务首先根据个人审美，将四组不同颜色的彩色发光二极管布置成各式各样图案。然后选用熟悉的LSI、MSI数字集成电路，设计并组装一数字电路产生四位二进制数码对彩灯进行控制，每一位控制一组彩灯的亮灭。要求电路所产生的四位二进制数码以最佳状态序列循环变化，使彩灯发光并形成多种多样的美丽动感的画面。三课题构想1本课题的目的是用中小规模的集成电路即用计数器和译码器来控制循环变化的四组彩灯。2输出有四路分别为S1，S2，S3，S4，分别有1个，2个，3个，4个发光二极管。3用同步四位二进制计数器的异位置零端将输出的第14种到第16种状态
7、除去。也就是说四位二进制计数器改为13进制的计数器。4用译码器将这13种状态译出，来控制S1，S2，S3，S4。5对于电路的改善，用简单的门电路作延时部分。四方案设计1.基本原理1设计任务中所要求的3种循环方式并不复杂，用中小规模集成电路就能实现。本控制应由方式选择，振荡器，控制电路，延时电路，等组成，其框图如图1所示：震荡器译码器记数器门电路LED显示（图1）彩灯循环数字控制电路设计与实现的原理框图1 设计电路的状态序列：0011101101101101101001010010110102.译码器，记数器，555定时器及或门和非门1本设计采用74LS138集成块作为译码器。该译码器的功能表如
8、下：74LS138与74HC的引脚图1，2，3脚为输入端，16脚接电源，8脚接地端，7，15，14，13，12，11，10，9脚为输出端，而4，5，6脚为附加的控制端。当S1=1.=0时，Gs输出为高电平（S=1），译码器处于工作状态。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如上表所示。这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多片连接起来以扩展译码器的功能。将A2A1A0作为“地址“输入端，那么从S1送来的数据只能通过由A2A1A0所指定的一根输出线送出来。例如当A2A1A0=101时，门G5的输入端除了接至Gs输出端的一个以外全是高电平，因此S1的形式从输出，而不会被送
9、到其他任何一个输出端上。2 本设计的计数器用的是74160集成块。它的功能表如下：计数顺序电路状态等效十进制数输出CQ3Q2Q1Q000000001000110200102030011304010040501015060110607011170810008091001911000000001010100110111112011060011001201110113120100400111014011111151200102074160的引脚图如下所示：3，4，5，6脚为输入端，14，13，12，11脚为输出端，9脚为置数端，2脚为输入时钟信号端，1脚为置零端，7，10脚为控制端，15脚为进位端。
10、当CLR短为低电平时，输出信号无条件置为低电平。当LD端为低电平时，等下一个电平到来时，输出信号无条件置为低电平。当PE，TE端分别为0，1时输出信号保持不变，且进位端也不变；为X，0时输出信号保持不变且进位信号置为0；只有当PE，TE端都为0时计数器才开始记数。本设计就是利用计数器的异步置数端，用置数法将十进制的计数器改进成八进制的计数器。3 本设计的555定时器采用的是CB555集成块。它的功能表如下：输入输出0低导通1低导通1不变不变1高截止1高截止CB555定时器的引脚图如下：1脚为接地端，2脚为比较器C2的输入端。3脚为输出端。4脚为置零端。5脚为控制电压输入端。6脚为比较器C1的输
11、入端。7脚为三极管的集电极输出端。8脚为电源。设TR1端的电压为VI2，THR端的电压为VI1，C1和C2的电压比较的基准分别为VR1，VR2，VC1和VC2分别为比较器C1，C2的输出电压。当VI1VR1，VI2VR2时，VC1=1，VC2=1，触发器的状态保持不变，因而TD和输出的状态也维持不变。当VI1VR1，VI2VR2时，VC1=1，VC2=0，所以触发器被置1，Vo为高电平，同时TD截止。当VI1VR1，VI2VR2时，VC1=0，VC2=0，触发器处于Q=Q反=1的状态，Vo处于高电平，同时TD截止。4或门和非门本设计的或门采用的是CT74LS32。74LS32的引脚图如下所示：
12、74LS32的特点如下：上表为它随温度变化的特性。上表为74LS32的安全系数。本设计的非门采用74LS04，五单元设计1.LED显示电路LED显示电路如图3所示。O15 O14 O13 O12 O11 O10 O9 O8 O0 O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 图3 LED显示电路O0）O15为译码器的输出。4514共有16个输出，而双色发光二极管只有8个，因此每两个输出接同一个发光二极管，接法如图3所示。发光二极管为双色三极发光二极管，其限流电阻有3种连接方法（16个限流电阻，8个限流电阻，1个限流电阻），本控制器采用8个限流电阻的方法。发光二极管的极限电流一般为2030mA，发光
13、二极管的压降约为2V，通过发光二极管的电流可取为1015mA，以保证发光二极管有足够的亮度，而且这样又不易损坏发光二极管。2.振荡器振荡器有多种振荡器电路，图4所示的振荡器比较简单常用，其中左图为CMOS非门构成的振荡器，右图为555构成的振荡器。CMOS非门构成的振荡器的振荡周期T=1.4RC，555构成的振荡器的振荡周期T=0.7（R1+2R2）C。比较两个振荡电路：左边的用两个反相器和积分延时电路组成的振荡器虽然简单，但是功能少，操作也麻烦，不易于改装。而右边的振荡器是由555定时器和电容，电阻组成的振荡电路，由于555定时器有置零端使操作方便，而且555定时器还可以改装成单稳电路和施密
14、特触发器。所以我们选择用右边的振荡电路来做振荡器。3.记数器计数器的连接如下图所视：将输入信号A，B，C，D，和GND全部接地。将置零端CLR，电源端VCC，及附加控制端ENP，ENT端都接高电平。时钟信号输入端CLK接振荡器输出的信号。再将最高位的输出信号经反相后接到置数端LOAD,用最高位的输出信号来控制置位。当计数器记到9时，最高位输出为高电平，经反相变为低电平，而置数端为低电平有效。等下一个电平到来时，计数器将输入端的信号直接复制到输出端，即输出又回到0000。这样就把十进制的计数器变为了八进制的计数器。4.译码器译码器的连接电路如下所示：A，B，C脚接计数器的输出信号，G2A，G2B
15、和GND端都接地。G1，和Vcc端接电源Y0Y7为译码器的输出端。输出端和门电路相连后作整个电路的输出。输入三位二进制数码，控制输出的八种状态。5.门电路门电路的连接电路如下所示：门电路由非门和或门组成，将译码器的输出信号变为我们想要的八个组态。六系统完整的电路及原理说明系统完整的电路图如上所示。原理：整体的原理为打开电源后，先是振荡器工作产生计数器的时钟信号，计数器是由十进制的计数器改进而成的八进制的计数器，它产生了8种二进制数码。然后由译码器将这八种数码译出，使得输出的信号随时钟有规律的变化。然后门电路利用译码器输出信号的变化规律，转化为四个控制信号来控制四个发光二极管，使二极管随着时钟信
16、号按我们设计的状态序列变化。具体的说来，CB555组成的振荡电路产生连续不断的时钟信号给计数器进行记数。计数器74160为十进制的记数器，通过它的异步置数端将十进制的计数器转化为八进制的计数器。输出的信号为：第一个时钟到来时输出000，第二个时钟到来时输出为001以次类推第三个到第八个时钟来时的输出信号。本设计的译码器用的74LS138，由该译码器的功能表可知，当计数器输出为000时，译码器输出为Y0为0，Y1到Y7都输出1，当计数器输出为001时，译码器输出为Y1为0其余的输出都为1.要让译码器的输出变为控制二极管的控制信号，我们插入了门电路，当第一个时钟信号到来时，要达到的状态为1001即
17、使二极管Q0和Q3亮而其他的两个灯都不亮，我们将Y0的输出接反相器后，引两个信号到二极管Q0和Q3，使Q0和Q3在第一个时钟信号到来时发光。当第二个时钟信号到来时，Y1输出为0其余的输出都为1，要达到的状态为0011即使二极管Q2和Q3都发光，而其他的两个二极管都不亮。我们将Y1接反相器后，引两个信号到二极管Q2和Q3，使Q2和Q3在第二个时钟信号到来时发光。当第三个时钟信号到来时，要达到的状态为0110即使二极管Q1和Q2亮而其他的二极管不亮，我们将Y2的输出接反相器后，引两个信号到二极管Q1和Q2，使Q1和Q2在第三个时钟信号到来时发光。同理当第四，五，六，七，八个时钟信号到来时，分别将Y
18、3接非门后接二极管Q0，Q2和Q3；将Y4接非门后接二极管Q0，Q1和Q3；将Y5接非门后接二极管Q0和Q2；将Y6接非门后接二极管Q1和Q3；将Y7接非门后接二极管Q2。将这些线用非门和或门连接好。这样每个译码器的输出都接了一个非门后再用或门连接。当一个时钟信号到来时译码器只有一个输出为低电平，输出信号全部都反相了，即只有一路信号能使二极管发光而其他路都为低电平不起作用。七仿真分析及结果1从元器件库中调出各种电阻、电容、集成块. 发光二级管等元器件,元器件调出后，对元器件的位置进行调整，使布局比较合理。循环彩灯控制电路在EWB上的仿真电路如下图所示：由于计数器和门电路要一定的时间才能反映过来
19、所以通过调节振荡器的电阻和电容，使时钟信号达到我们的要求，使门电路和计数器来得急反映，使发光二极管的变化容易观察。在画原理图时要注意，由于CMOS集成电路的输入端不允许悬空，因此应工具逻辑要求将不用的输入端接高电平或低电平，如4013的CP1，D1不用，应接地，4516的MR，CE接地，4514的数据锁存端EL接电源，禁止端E接地。2仿真结果 当闭合电源开关时，发光二极管就按下表发光。CP信号Q0Q1Q2Q31亮暗暗亮2暗暗亮亮3暗亮亮暗4亮暗亮亮5亮亮暗亮6亮暗亮暗7暗亮暗亮8暗暗亮暗八调式过程搭完毕后检查是否有多线，少线错线，元器件的位置。极性是否正确，检查正确后再通电调试。三脚双色发光二
20、级管中间的最长脚为公负极，第二长脚为红色正极，最短的脚为绿色正极。通电调试主要从以下几个方面进行：1). 检查振荡器是否振荡。如果双色发光二级管灯亮并且左右移动，说明振荡器工作；如果双色发光二级管只有固定的一盏灯亮，则应检查振荡器是否振荡。用示波器检查振荡器的输出，或用指针式万用表直流电压挡测量振荡器输出。如果示波器能检查出振荡波形，或万用表指针左右摇摆，则说明振荡器已经工作。2). 观察计数器能否计数，若不能计数，检查C4是否接错或已经损坏，若置数得的时间太久（LED7绿灯两地太久），则应减少C4的容量或R19的阻值。接循环方式C，检查计数器能否置零，若不能，检查C3，R5等元器件。 3）观
21、察是否有线路不通或存在短路的可能，要一一进行排除。这样才能使电路正常工作。九制作PCB板1仿真确定电路无误后就开始做PCB板。按照仿真过的电路在PROTEL软件中先绘制其原理图。原理图如下所示：2经ERC检测后，将做好的原理图制成网表。然后再新建一个PCB图。将网表导入PCB图中。这样就导入了，当然我们根据板子的大小和美观我们对导入的元件进行了合理的布局。得到了如下图所示的PCB图：3做好了PCB图后，接下来我们就按照做板子的程序进行制作。先将PCB图打印出来. 4.原理图常见错误： （1）ERC报告管脚没有接入信号： a.创建封装时给管脚定义了I/O属性；b.创建元件或放置元件时修改了不一致
22、的grid属性，管脚与线没有连上；c.创建元件时pin方向反向，必须非pinname端连线。（2）元件跑到图纸界外：没有在元件库图表纸中心创建元件。（3）创建的工程文件网络表只能部分调入pcb：生成netlist时没有选global。（4）当使用自己创建的多部分组成的元件时，千万不要使用annotate.5.PCB中常见错误：（1）网络载入时报告NODE没有找到： a.原理图中的元件使用了pcb库中没有的封装； b.原理图中的元件使用了pcb库中名称不一致的封装； c.原理图中的元件使用了pcb库中pinnumber不一致的封装。如三极管：sch中pinnumber为e,b,c,而pcb中为1
23、，2，3。（2）打印时总是不能打印到一页纸上：a.创建pcb库时没有在原点；b.多次移动和旋转了元件，pcb板界外有隐藏的字符。选择显示所有隐藏的字符，缩小pcb,然后移动字符到边界内。（3）DRC报告网络被分成几个部分：表示这个网络没有连通，看报告文件，使用选择CONNECTEDCOPPER查找。另外提醒朋友尽量使用WIN2000,减少蓝屏的机会；多几次导出文件，做成新的DDB文件，减少文件尺寸和PROTEL僵死的机会。如果作较复杂得设计，尽量不要使用自动布线。元件清单：名称型号数量参数计数器74LS1601/定时器CB5551/译码器74LS1381/或门74LS323/非门74LS042
24、/电容C/122uf电容C1/10.01uf发光二极管/19/电阻R/15.1欧姆电阻R1/11K欧姆十体会 在课程设计的过程中，较多的时间是用来查阅资料，因为还是第一次做电子课程设计，图书馆的资料很有限，所以一般通过网上查阅，在此查阅期间，我学会了怎样使用超星阅读器和PDF阅读器。在调试过程中，故障是不可避免的，或者正如老师所说没有故障反而还不正常。产生故障的原因很多，情况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的上多种原因相互作用引起的复杂故障，因此需要掌握故障的一般诊断方法，故障诊断过程就是以故障现象出发，通过反复测试，做出分析判断，逐步找出故障的过程。对于一个复杂的系统来说，要在大量
25、的元器件和线路中迅速，准确地找出故障是见很不容易的事。要通过对原理图的分析，把系统分成不同功能的电路模块，通过逐一测量找出故障模块，然后再对故障模块内部加以测量找出故障，查找故障，分析故障和排除故障，这样可以提高我分析问题和解决问题的能力，因此，我把他看成是一次好的学习机会。 通过电子线路课程设计，我了解了电子产品设计的一般过程，掌握电子线路设计的基础方法和一般过程，能用仿真软件对电子线路进行仿真设计，能用Portel等软件绘制PCB图，掌握了电子电路调试的方法，能独立解决设计与调试过程中出现的一般问题，能正确选用元器件，能对所设计电路的指标和性能进行测试并提出改进意见，能查阅各种有关手册和正
26、确编写设计报告。由于这次的课程设计是一个人单独作一个课题，所以我是采用以自学为主的学习方法。在学完模拟电子技术基础和数字电子技术基础课程之后，我已经具有了一定的理论基础，实践技能和自学能力。在复习和课程设计任务有关的单元电路，理清头绪，按照电子电路的一般设计步骤进行设计。虽然一个人做有点困难，途中不知碰到了多少难题，由于是我自己解决的，所以在解决这些实际难题中得到了很大的提高。十一致谢在设计之前章老师给予我们一些设计思路分析和提示，在这里我要特别感谢章老师提前给我布置了课题和上了有关的课，使我有充足的时间去准备。十二参考文献1：陈晓文主编.电子线路课程设计.北京：电子工业出版社，20042：李银华主编.电子线路设计指导.北京：北京航空大学出版社，20053：http/：4：http/：
