武漢理工大學電工電子技術課程設計學 號： 課 程 設 計題 目學 院專 業班 級姓 名指導教師年月日目錄摘要31設計任務及要求42方案設計及選擇42.1 方案設計42.2 方案的比較與選擇83單元電路的設計94 整體電路圖及原理154.1整體電路圖154.2工作原理165 電路調試及結果分析165.1調試166 結果評價與改進方法176.1結果評價176.2改進方法177總結188參考文獻18摘要 多組彩燈按照一定的順序點亮構成的電路具有很高的觀賞性，在生活中有著很廣泛的應用，例如廣告牌，霓虹燈等。本設計中彩燈控制器可用于對霓虹燈或彩燈及節日字燈的控制，本次課程設計將對設計框圖、設計電路圖、單元電路圖、工作原理、所用器件、電路調試等方面進行介紹，最后對本次課程設計進行總結。關鍵詞：循環，計數，單元電路彩燈循環控制電路的設計與制作1設計任務及要求（1）8個彩燈能夠自動循環點亮。 （2）彩燈循環顯示且頻率快慢為1S。 選作：設計具有控制彩燈左移，右移，全亮及全滅功能的電路2方案設計及選擇2.1 方案設計2.1.1 方案一根據設計要求，使用計數器來實現循環，設計電路使其可實現以下功能 1）彩燈右移依次點亮的循環； 0000000100100011010001010111 0110 2）彩燈左移依次點亮的循環： 0111011001010100001100100000 0001 3）彩燈全滅的功能；00000000 設計方案原理圖反饋電路邏輯門電路3-8譯碼器計數器脈沖發生器 LED燈顯示 各單元電路所用器件為： 1）脈沖發生器：使用555構成的多諧振蕩電路產生頻率為1Hz的脈沖信號； 2）計數器電路：使用一片74LS192實現計數功能； 3）譯碼器電路：使用一片74LS138來實現譯碼功能； 4）邏輯門芯片：使用一片7420與非門芯片和兩片7404非門芯片實現上述三種功能。 按照原理圖進行設計，得到的電路圖如下所示 2.1.2 方案二 同方案一，使用計數器實現循環，設計電路實現以下功能： 1）彩燈右移依次點亮的循環； 0000000100100011010001010111 0110 2）彩燈左移依次點亮的循環： 0111011001010100001100100000 0001 3）彩燈全滅的功能；00000000 4）彩燈全亮的功能；11111111設計方案原理圖反饋電路邏輯門電路3-8譯碼器計數器脈沖發生器LED燈顯示 各單元電路所用器件為： 1）脈沖發生器：使用555構成的多諧振蕩電路產生頻率為1Hz的脈沖信號； 2）計數器電路：使用一片74LS163實現計數功能； 3）譯碼器電路：使用一片74LS138來實現譯碼功能； 4）邏輯門芯片：使用一片7410與非門芯片和兩片7404非門芯片實現上述三種功能。 按照原理圖進行設計，得到的電路圖如下所示2.2 方案的比較與選擇 1從設計的要求來看，兩種方案都實現了彩燈的循環控制，但方案一全亮功能未實現，方案二四種功能全實現。即左移循環，右移循環，全滅控制，全亮控制。 2從設計的原理來看，方案一使用雙時鐘計數器，設計思路較為清晰，且反饋電路簡單。而方案二使用的是16進制加法計數器，在進行反饋電路設計時，所需理論知識較強。其他的輔助設計較多。 3從電路的復雜程度來看，方案一明顯比方案二電路簡捷。 4從電路的耗材方面來看，方案一比較節省材料和費用。綜上所述，選擇方案一較經濟劃算且電路可行性較強。3單元電路的設計3.1脈沖發生電路 由于上述設計中所用到的芯片全要有脈沖信號的觸發才能完成相應的功能，所以就需要用到脈沖產生電路。我這里用到的是用555定時器設計的多諧振蕩器，多諧振蕩器的優點是在接通電源之后就可以產生一定頻率和一定幅值矩形波的自激振蕩器，而不需要再加輸入信號。而用555定時器設計的多諧振蕩器也有很多優點，由于555定時器內部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，這樣就使多諧振蕩器產生的振蕩頻率受電源電壓和環境溫度變化的影響很小。 接通電源后，電容C1被充電，當VC上升到2/3VCC時，使輸出電壓為低電平，同時放電三極管T導通，此時電容C2通過RB和T放電，VC下降。當VC下降到2/3VCC時，V0翻轉為高電平。當放電結束后，T管截止，VCC通過RA 和RB 將向電容器C2充電，當VC上升到2/3VCC時，電路又翻轉為低電平。如此周而復始，于是，在電路的輸出端就得到一個周期性的矩形波。脈沖發生電路圖其輸出信號的頻率為： f=1.43/(R1+2R2)C1 其中R1=0.8K R2=1.5K C1=47uF 從而算出頻率f=8Hz 該頻率滿足設計要求3.2 74LS192計數器電路 74LS192是雙時鐘方式的十進制可逆計數器。(BCD,二進制)。 CPU為加計數時鐘輸入端，CPD為減計數時鐘輸入端。 LD為預置輸入控制端，異步預置。 CR為復位輸入端，高電平有效，異步清除。 CO為進位輸出：1001狀態后負脈沖輸出， BO為借位輸出：0000狀態后負脈沖輸出。74LS192引腳排列圖74LS192功能表設計原理說明1）當計數器時鐘UP接脈沖信號，DOWN接1，實現加計數，此時實現0000到0111的計數過程（即八進制計數），由于是異步高電平清零，故當狀態為1000時，將QD接到CLR端則實現八進制加法計數。2)當計數器時鐘DOWN接脈沖信號，DOWN接1，實現減計數，此時實現0111到0000的計數過程，由于是異步低電平置數，故當狀態為1001時，將QD,QA接入7420與非門的1C,1D端，將QB,QC接入7404非門的1A,2A端通過1Y,2Y端輸出接入7420的1A,1B端，74201Y輸出端接74192的LOAD（置數端）端，則實現初值為7的減法八進制計數。 用74LS192設計的計數器電路如下所示3.3 74138譯碼器電路 下圖所示A2，A1,A0為地址（數碼）輸入端，A2為高位，A0為低位。Y0-Y7為譯碼狀態信號輸出端，輸出邏輯符號圖中的小圓圈是指輸出信號低電平有效。G1，G2，G3為使能端。74138邏輯符號74138輸出表達式（E1=G1，E2A=G2，E2B=G3） 引腳排列圖74138功能表設計原理說明 將74LS192的QC,QB,QA端分別接入74138的A,B,C端，G1接1，G2A,G2B接地，使譯碼器正常工作，通過譯碼輸出YO-Y7，實現譯碼功能。因為74138輸出為低有效，故需要接入非門電路，所以采用7404非門芯片，將每一個非門輸出端接到LED燈上。 為了實現全滅功能，結合譯碼器的功能表知，當G2B=1時，譯碼器不工作，輸出端Y0-Y7全為1，經過非門電路，使得LED燈全滅。這是可用一個開關1控制全滅操作。 用74138譯碼器設計的譯碼電路如下所示3.4 LED燈顯示電路八個LED燈均為共陰極接法，其輸入端與兩個7404非門芯片的每個輸出端相接。當7404輸出端為高電平時，LED燈點亮。 顯示電路如下4 整體電路圖及原理 4.1整體電路圖 4.2工作原理1） 右移循環點亮：1，4,5開關往上撥，2，3開關往下撥.此時電路中清零端接QD，G2B接地，置數端接VCC，時鐘UP接脈沖源，DOWN接VCC，整個電路進行右移循環控制。LED燈依次往右點亮。2） 左移循環點亮：1,4開關往下撥，2,3,5開關往上撥。此時電路中清零段接VCC,G2B接地，置數端接7420的1Y輸出端，時鐘UP接VCC，DOWN接脈沖源，整個電路進行左移循環控制。LED燈依次往左點亮。3） 全滅控制：5開關往下撥。此時電路中G2B=0，譯碼器不工作，無論其他幾個開關狀態如何，LED燈全部熄滅。5 電路調試及結果分析5.1調試 由于元件的性能，連接電路的人為因素，以及環境因素的影響等，連接好的電路往往需要進行調試。5.1.1調試步驟 1）檢查電路連接好電路,然后對照原理圖，逐項檢查電路中的元件連接情況，注意觀察是否有連線錯誤，特別要注意是否會出現電源短路的情況，還要注意電容是否存在極性。 2）通電 將5v的直流電源接入電路中，觀察電路是否存在異常現象，如冒煙，產生火花等，如果出現異常現象，應及時斷開電源，檢查故障。若電路無反應，則應檢查各元器件的管腳是否松動，導線是否開路。3) 操作開關進行 根據電路的工作原理，通過控制各個開關實現彩燈的左移、右移、全滅。若果存在問題，則應繼續檢查電路并調試，直到排除故障。5.1.2發現的問題1） 將所有線路搭建好，且檢查無誤后，進行初步調試，發現燈無規則點亮，最后查證是接到譯碼器B端的插孔損壞。2） 在調試過程中發現按一次電源開關，LED燈亮一次，沒有循環。發現是555定時器的兩個電容接反。3） 共陰極的LED燈需要用導線接到公共地端才能使LED燈正常點亮。4） 把74192的輸出引腳搞反，將高位看成低位，低位看成高位，以致燈無規則的閃爍。6 結果評價與改進方法 6.1結果評價 通過反復調試，最后實現了課設要求的基本內容，對調試的結果很滿意，LED燈沒有其他異常現象的出現。對每個芯片都做了功能測試，就是搭建整個大電路中，由于各種因素的影響會出現各種各樣的問題，這是我們需要注意的地方。 6.2改進方法 1）唯一不足的地方就是沒有實現全亮功能，且用了6個芯片。可以使用雙時鐘74193十六進制計數器，這樣可以不用清零端，置數端進行設計，而且能夠少用一個7420芯片。直接用一個開關控制UP,DOWN時鐘的輸入信號。即可實現左移，右移循環。 7總結 這次的課程設計是一次難得的鍛煉機會，讓我們能夠充分利用所學過的理論知識還有自己的想象的能力，另外還讓我們學習查找資料的方法，以及自己處理分析電路，設計電路的能力。我相信是對我一個很好的提高。平時在學習理論知識的時候，根本就沒有想到我所學的這些東西有什么用，他們可以做成什么，只是一味的利用它們來解決課后的習題，沒有想其他的用途。這次的課程設計讓我懂得了它們在實際的用途，還有我們身邊的很多電路，例如頻率計、交通燈、數字鐘等這些都是我們自己可以實現的。 此次課程設計是我進大學的第一個課程設計。從最初的選題，購買元器件，組裝，調試到完成設計，每一個過程都是鍛煉自己。極大的鍛煉了電路設計實踐能力，培養了自己獨立設計能力。此次課程設計是我專業知識的檢驗和鞏固。在整個電路的設計過程中，花費時間最多的是各個模塊電路的連接及電路的細節設計上，通過對方案的