課  程  設(shè)  計(jì)

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電氣與信息工程學(xué)院

課程名稱電子設(shè)計(jì)與制作實(shí)習(xí)

學(xué)生姓名專業(yè)

題    目循環(huán)彩燈的設(shè)計(jì)與制作

成    績起止日期2015年11月30日～2015年12月13日

目   錄   清   單

2015-2016學(xué)年第一學(xué)期

完成期限：2015年 11月 30日～2015年 12月 13日共2周

2015年11月20日

• 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求
  

要求設(shè)計(jì)一個循環(huán)彩燈，采用8個LED，實(shí)現(xiàn)順序/逆序流水，LED交替頻率可調(diào)。自行設(shè)計(jì)電源部分，為電路板提供直流電源。自行設(shè)計(jì)信號發(fā)生部分，為電路板提供工作頻率。根據(jù)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行循環(huán)彩燈總體方案設(shè)計(jì)，說明設(shè)計(jì)思路，選擇相應(yīng)的元器件型號，列出元器件清單，介紹主要芯片的功能，介紹各具體單元電路設(shè)計(jì)，畫出完整的電路原理圖、PCB圖。

• 設(shè)計(jì)思路
  

通過分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，可知此設(shè)計(jì)電路中有三部分組成，即時鐘脈沖產(chǎn)生部分、計(jì)數(shù)部分和譯碼部分。  根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求需要讓八個彩燈循環(huán)亮，并且循環(huán)速度可以調(diào)，方向可改變。在第一個燈亮后第二個燈開始亮，第二個燈亮后第三個燈亮，如此依次亮到第八個燈，第八個燈亮后第一個燈亮如此循環(huán)。分析可知電路中需要連續(xù)發(fā)出周期可調(diào)的信號脈沖，所以電路設(shè)計(jì)中要有時鐘脈沖電路。設(shè)計(jì)要求八個燈需要依次亮，如此可知電路中還需要有一個八進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，由于還需要方向可切換，因此需要可逆計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器輸出的連續(xù)信號為二進(jìn)制代碼，只有四個輸出端口，不能直接驅(qū)動負(fù)載二極管組成設(shè)計(jì)需求的八個燈循環(huán)連閃。 要將計(jì)數(shù)器輸出的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成八個高低電平信號，來控制燈的亮或滅。所以電路中要有一個3線-8線譯碼器。譯碼器輸出的是八個高低電平，需要采用發(fā)光二極管來實(shí)現(xiàn)不同顏色的發(fā)光燈，如此譯碼器翻譯出來的高低電平信號便可轉(zhuǎn)換成光信號表現(xiàn)出來。

• 各單元電路說明
  

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變壓器輸出9V電壓經(jīng)整流橋整流，電容濾波之后，輸入7805線性穩(wěn)壓集成芯片，經(jīng)穩(wěn)壓，輸出5V直流電壓，再經(jīng)電容濾一次波，作為電路的工作電壓。

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555定時器是一種多用途的單片中規(guī)模集成電路，該電路巧妙地將模擬功能與邏輯功能結(jié)合在一起，具有使用靈活、方便的特點(diǎn)，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器，因而在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、 家用電器與電子玩具等許多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。用555定時器設(shè)計(jì)的多諧振蕩器如上圖所示。……         

T1＝0.7（R1＋R2）C1

T2＝0.7R2C1

T＝T1+T2＝0.7（R1＋2R2）C1

圖中555定時器和外接元件  R1、R2、C1、C2構(gòu)成多諧振蕩器，圖中所示電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅有兩個暫態(tài)，電路也不需要外加觸發(fā)信號，利用電源通過R1、R2向C1充電，以及C1通過R1放電，使電路產(chǎn)生激蕩。

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74LS193是雙時鐘方式的八進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，其工作原理是：74193上升沿觸發(fā)，由UP，DOWN兩管腳控制加減計(jì)數(shù)，有置數(shù)端LD和復(fù)位端CLR，BRW和CO分別輸出高電平表示加進(jìn)位和減進(jìn)位A,B,C,D為置數(shù)輸入端口。QA,QB,QC,QD為計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)輸出端口。由于138譯碼器只需要3個輸入端，因此計(jì)數(shù)器只用到ABC三個低位輸入端，最高位通過開關(guān)連接到CLR清零端。

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此次實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了74LS138N  3線-8線譯碼器，如上圖所示 有三個輸入端即A、B、C，它們共有8種狀態(tài)的組合，由二進(jìn)制代碼表示，二進(jìn)制代碼的高低排位為C、B、A的順序。輸入二進(jìn)制代碼即可譯出對應(yīng)的8個輸出電平信號Y0～Y7,輸出信號為低電平有效（即只有一個通道的輸出是低電平，其余通道輸出全是高電平）。例如輸入端送進(jìn)代碼000，輸出端Y0被選中為低電平0，其余都是高電平1。譯碼器設(shè)置了G1、G2A、G2B 3個使能輸入端，由功能表知當(dāng)G1=1，且G2A=G2B=0時，譯碼器處于工作狀態(tài)。

• 總電路說明
  

時鐘部分：據(jù)數(shù)字電子技術(shù)中多諧振蕩器和555定時器的設(shè)計(jì)原理和應(yīng)用可知，該設(shè)計(jì)電路的時鐘脈沖，可由一個555定時器與外接元器件組成的振蕩電路來產(chǎn)生時間信號脈沖。計(jì)數(shù)部分：由于這次設(shè)計(jì)需要的是八進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這次試驗(yàn)中我們可以選擇74LS193N雙時鐘八進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器來設(shè)計(jì)，即可以實(shí)現(xiàn)八進(jìn)制加法計(jì)數(shù)又可以實(shí)現(xiàn)八進(jìn)制減法計(jì)數(shù)。  譯碼部分：設(shè)計(jì)要求是，實(shí)現(xiàn)八個彩燈的循環(huán)，可用74LS138N 3線-8線譯碼器將計(jì)數(shù)器輸出的三位二進(jìn)制代碼翻譯成相應(yīng)的高低電平。由高低電平來控制發(fā)光二級管的亮或滅。

• 元器件清單
  

• 設(shè)計(jì)總結(jié)及體會
  

在電路完成安裝后，對其進(jìn)行了通電測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如同設(shè)計(jì)要求一樣，八個發(fā)光二級管一次閃亮，方向可改變。在這次實(shí)習(xí)中若想自己將電路設(shè)計(jì)完成，首先要對555定時器有較深的了解，或者在數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課堂上注意聽講，以至于了解555定時器怎樣工作，最少也要知道，怎樣運(yùn)用555定時器和電容、電阻等元器件連接成多諧振蕩電路。了解74LS193N以及74LS138N的工作原理，要會運(yùn)用74LS193N雙時鐘八進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，知道74LS138N是低電平輸出。熟練掌握Proteus和Protel的運(yùn)用方法，能夠運(yùn)用這兩個軟件自己完成電路的設(shè)計(jì)，仿真，并能夠完成原理圖的繪制和PCB的制作。除此以外還要有比較強(qiáng)的動手能力，在焊接時要保證在無焊接錯誤的情況下，盡量使焊點(diǎn)美觀。這次時間為兩個星期的課程設(shè)計(jì)試驗(yàn)大大培養(yǎng)了我的動手能力和同學(xué)間的相互合作精神。

在實(shí)驗(yàn)過程中對555定時器，74LS193N,74LS138N三個集成芯片的工作原理以及實(shí)際的應(yīng)用有了更深的理解，更加熟練的掌握了Proteus和Protel的應(yīng)用。在21世紀(jì)的高新技術(shù)年代，要想發(fā)展就要掌握高科技技術(shù)，不僅要了解更要知道怎樣也能用，并且熟練的運(yùn)用到生活中，在高科技發(fā)展的現(xiàn)代社會，學(xué)習(xí)并掌握數(shù)字電子技術(shù)對以后個人的發(fā)展有很大的幫助。這次試驗(yàn)對自己在《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程的學(xué)習(xí)有很大的幫助，提高了自己的學(xué)習(xí)積極性。

• 附錄
  

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