第8頁共13頁制作循環彩燈實習報告制作循環彩燈實習報告制作循環彩燈實習報告循環彩燈摘要：設計一個循環彩燈控制電路，該電路實現了讓八個彩燈循環閃爍的功能，并且循環閃爍的時間為1秒。其中，閃爍時間由555定時器這樣的時鐘電路產生周期為1秒的脈沖所控制；彩燈的循環閃爍由十進制計數器接受定時器產生的脈沖所控制；彩燈顯示功能由三線八線譯碼器實現，輸出分配數據直接控制燈的閃爍。用Multisim10對設計電路進行仿真可得到八個發光二極管循環閃爍的結果。關鍵詞：循環彩燈；555定時器；計數器；譯碼器；發光二極管目錄1.設計背景……………………21.1了解數字電路系統的定義及組成………21.2掌握時鐘電路的作用及基本構成…………22.設計方案……………………22.1任務分析……………………22.2方案論證……………………33.方案實施…………………33.1原理圖設計…………………33.2電路仿真……………………73.3PCB制作…………………84.結果與結論…………………85.收獲與致謝………………96.參考文獻……………………97.附件…………97.1電路原理圖………………107.2PCB布線圖………………117.3元器件清單……………111.設計背景1.1了解數字電路系統的定義及組成用數字信號完成對數字量進行算術運算和邏輯運算的電路稱為數字電路，或數字系統。由于它具有邏輯運算和邏輯處理功能，所以又稱數字邏輯電路。數字電路包括數字脈沖電路和數字邏輯電路。前者研究脈沖的產生、變換和測量；后者對數字信號進行算術運算和邏輯運算。數字電路系統一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路、時鐘電路和電源等。輸入電路主要作用是將被控信號轉換成數字信號，其形式包括各種輸入接口電路。比如數字頻率計中，通過輸入電路對微弱信號進行放大、整形，得到數字電路可以處理的數字信號。在設計輸入電路時，必須首先了解輸入信號的性質，接口的條件，以設計合適的輸入接口電路。1.2掌握時鐘電路的作用及基本構成時鐘電路是數字電路系統中的靈魂，它屬于一種控制電路，整個系統都在它的控制下按一定的規律工作。時鐘電路包括主時鐘振蕩電路及經分頻后形成各種時鐘脈沖的電路。比如多路可編程控制器中的555多諧振蕩電路，數字頻率計中的基準時間形成電路等都屬于時鐘電路。設計時鐘電路，應根據系統的要求首先確定主時鐘的頻率，并注意與其他控制信號結合產生系統所需的各種時鐘脈沖。2.設計方案2.1任務分析任務中要實現8個彩燈循環閃爍，可以通過譯碼器實現。要求又有1秒的時間控制，因此需要一個時鐘控制電路，555定時器可以產生；又要使八個彩燈依次閃爍且循環，故要用可逆計數器來實現一個加法功能，才能保證實現要求。需要注意的是計數器輸入端怎樣接高低電平才能實現循環；使用譯碼器來進行譯碼。2.2方案論證根據任務要求，將整個設計化為三大電路：一、時鐘電路。首先用555定時器進行設置，與電阻和電容一起構成周期為一秒的時鐘周期發生器，為電路提供時鐘信號產生一秒的脈沖，支持整個電路的工作。二、驅動電路。可以由74LS192N計數器和74LS138N三線八線譯碼器組成用以驅動發光二極管正常工作的電路，并且在時鐘電路的控制下讓八個發光二極管循環工作。三、輸出電路。由八個發光二極管組成，在驅動電路控制下循環工作。3.方案實施3.1原理圖設計選擇合適的數字器件，應用DXP或multisim軟件繪制各單元的邏輯電路圖。1、時鐘電路用555定時器設計的多諧振蕩器如圖1所示。圖1555定時器構成的脈沖發生器電路用555定時器構成的多諧振蕩器電路如圖1所示：圖中電容C、電阻R1和R2作為振蕩器的定時元件，決定著輸出矩形波正、負脈沖的寬度。定時器的觸發輸入端（2腳）和閥值輸入端（6腳）與電容相連；集電極開路輸出端（7腳）接R1、R2相連處，用以控制電容C的充、放電；外界控制輸入端（5腳）通過0.01uF電容接地。下面圖2是多諧振蕩器的工作波形圖。圖2多諧振蕩器的工作波形圖電路接通電源的瞬間，由于電容C來不及充電，V=0v，所以555定時器狀態為1，輸出Vo為高電平。同時，集電極輸出端（7腳）對地斷開，電源V對電容C充電，電路進入暫穩態一，此后，電路周而復始地產生周期性的輸出脈沖。多諧振蕩器兩個暫穩態的維持時間取決于RC充、放電回路的參數。暫穩態Ⅰ的維持時間，即輸出Vo的正向脈沖寬度T1≈0.7C；暫穩態二的維持時間，即輸出Vo的負向脈沖寬度T2≈0.7R2C。因此，振蕩周期T=T1+T2=0.7C，振蕩頻率f=1T。正向脈沖寬度T1與振蕩周期T之比稱矩形波的占空比Ｄ，由上述條件可得D=（R1+R2）（R1+2R2），若使R2R1，則D≈12，即輸出信號的正負向脈沖寬度相等的矩形波（方波）。2、驅動電路下面圖3是用SN74LS192N設計的計數器控制電路。圖3計數器設計的控制電路74LS192是雙時鐘方式的十進制可逆計數器，其工作原理是：74192上升沿觸發，由UP，DOWN兩管腳控制加減計數，有異步置數端LOAR和異步復位端CLR，BO’和CO’分別輸出高電平表示加進位和減進位。由于74192沒有保持腳，故需要外圍電路實現保持功能。因為74192上升沿觸發，所以把UP，DOWN強制置低電平即可實現保持功能。四個主從觸發器的輸出端，由兩計數輸入之一的“低”到“高”電平的過渡而被觸發。計數方向在其它計數輸入端為“高”時，由脈沖的計數輸入端所定。當置數輸入為“低”時，把所希望的數據送入數據輸入端上，來把每個輸出端預置到兩電平之一。輸出將符合獨立于計數脈沖的數據輸入的改變。清零輸入在加高電平時，迫使所有輸出端為低電平。清零功能獨立于計數輸入和置數輸入。清零、計數和置數等輸入端都是緩沖過的。借位和進位兩輸出端可級聯遞增計數和遞減計數兩功能。借位輸出在計數器下謚時，產生寬度等于遞減計數輸入的脈沖；同樣，進位輸出在計數器上謚時,產生寬度等于遞加計數輸入的脈沖。下面是驅動電路的另一個器件74LS138譯碼器所構成的電路圖。圖4由74LS138譯碼器組成的部分驅動電路譯碼器可以將輸入代碼的狀態翻譯成相應的輸出信號，以高、低電平的形式在各自的輸出端口送出，以表示其意愿。譯碼器有多個輸入端和多個輸出端。假如輸入端個數為1個，每個輸出端只能有兩個狀態，則輸出端個數最多有2n個。常用譯碼器輸入、輸出端口數來稱呼譯碼器，如3線-8線譯碼器，4線-10線譯碼器等。74138就是一個三線-八線譯碼器。74138有三個輸入端：OE1、OE2A、OE2B和八個輸出端Y0-Y7，當三個輸入端的編碼為000時，譯碼器輸出Y0=0，而Y1-Y7=1。即Y0對應于OE1、OE2A、OE2B為000狀態，低電平有效。A、B、C為使能控制端，起到控制譯碼器是否能進行譯碼的作用。只有C輸入為高電平，A和B都為低電平時才能進行譯碼，否則不論輸入為何值，輸出端均為1。3、輸出電路輸出電路有八個發光二極管和一個330Ω的保護電阻，驅動電路傳輸的是低電平才會導通所以八個二極管要反向放置，下面圖5是此設計的輸出電路圖。圖5八個發光二極管組成的輸出電路圖3.2電路仿真在各單元電路設計的基礎上，用multisim軟件把各單元電路連接起來，畫出符合軟件要求的系統整體邏輯電路圖。系統整體電路設計完成后，對系統整體進行仿真，驗證設計的正確性。本設計的循環彩燈仿真電路圖如下。圖6循環彩燈的仿真電路圖仿真結果是：八個發光二極管依次閃爍,經過嚴密的時間測量，由于計算數據的誤差每個彩燈閃爍的時間不正好是一秒鐘，有毫秒的誤差。3.3PCB制作經過仿真以后，在DXP軟件中新建電路原理圖在進行編譯執行后，對其進行元件的封裝的選擇，選擇合理的封裝之后在進行PCB布線。1、PCB板布線在布線前要在DXP中完成對電路圖個元件的封裝。在封裝時要注意，因為對于同一個元件可能又有多種封裝方式。封裝時要根據所給元件的類型對各個元件進行封裝。封裝完成后，把原理圖導入PCB板后，再對元件的位置重新手動擺放，布線是要盡量減少交叉重疊的線。觀察元件的三視圖，以保證封裝是正確。2、電路板制做完成布線后，對PCB圖進行打印輸出，然后再用制板機制板。制板時要盡量使線不要相連，以免制出的板不能使用。制板完成后，要對制好的板進行鉆孔，打磨，直至板合格為止。3、安裝與調試按照打印好的電路圖，在PCB板上利用電烙鐵進行各元件的焊接。焊接時要注意不能使焊盤焊接處與其他線相連。調試時可能得不出仿真時的結果，要結合各方面進行考慮，電阻，電容，或者是電路的焊接問題。調試的時候以為安裝好就可以直接工作，結果彩燈未按預先估計那樣閃爍，經過反復仔細檢查發現線路焊接有兩個點脫焊，修正后需要進一步的檢查與調試。4.結果與結論仿真結果和預期的一樣，八個燈依次循環閃爍。繼續制板安裝后進行調試燈未亮，仔細檢查后是之前布線時的一根紅線脫焊，在進行修正之后又調試了下燈仍然不亮，檢查后未發現焊接處的問題，可能是電阻或電容的參數設置有問題，繼續進行調試了下燈終于亮了，達到了八個彩燈依次循環閃爍的效果。5.收獲與致謝通過這次實習我對數字電路產生了濃厚的興趣，也有了新的認識，發現它在實際中應用的很廣泛，而且在實習中我對555定時器，74192,74138這些芯片有了更深一層的了解。但是實習過程中也遇到了不少的問題,尤其是一開始在電路圖的設計方面不知道如何下手，整個電路必須充分考慮到各個方面才能使電路設計完整，經過老師的指導和查詢資料才最終實現預期的效果。然后布線、制版分布元件，最后是焊接，經過細心周密的設計后終于成功完成任務。這次課程設計要特別感謝***老師、***老師、***老師的耐心輔導以及在設計中給出的寶貴建議和意見，在此我表示深深的感謝！6.參考文獻童詩白.模擬電子技術基礎.北京:高等教育出版社,201X.臧春華.電子線路設計與應用.北京:高等教育出版社,201X.邱關源,羅先覺.電路（第五版）.北京:高等教育出版社,201X.閻石.數字電子技術（第五版）.北京:高等教育出版社,201X.張陽天,韓異凡.ProtelDXP電路設計.北京:高等教育出版社,201X.7.附件7.1電路原理圖電路原理圖如下圖7所示。圖7電路原理圖7.2PCB布線圖PCB布線圖如下圖8所示。圖8PCB布線圖7.3元器件清單本設計所用到的元件清單如表1所示。表1元器件清單附送：第13頁共13頁制作循跡小車實習總結制作循跡小車實習總結制作循跡小車實習總結哈爾濱理工大學目錄一、設計要求及注意事項3（2）電機驅動模塊.4（3）簡易控制模塊8（2）調試..11（1）電阻..11（3）LED12電子實習報告一、設計要求及注意事項1.能獨立完成設計內容并完全掌握其內部結構、工作原理和安裝調試過程。2.要求在設計過程中能熟練掌握其元器件的計算、焊接技術和電路故障的判別方法。3.焊接順序，先貼片后插件。4.要求焊接的電路板調試時正常且安裝好小車后能正常運行。5.進入實習基地后按指定的實驗臺就位，未經許可，不得擅自挪換儀器設備。6.要愛護儀器設備及其它公物，凡違反操作規程，不聽從教師指導而損壞者，按規定賠償。7.未經指導教師許可，不得做規定以外的實驗項目。8.要保持實習室的整潔和安靜，不準大聲喧嘩，不準隨地吐痰，不準亂丟紙屑及雜物。9.必須嚴格按設備操作書的要求去使用設備，注意人身及設備安全，不要盲目操作。二、設計的作用、目的1．利用所學過的基礎知識，通過本次電子實習培養獨立解決實際問題的能力；2．鞏固本課程所學的理論知識和實驗技能；3．掌握常用電子電路的一般設計方法，提高設計能力和實驗、動手能力，為今后從事電子電路的設計、研制電子產品打下基礎。4.熟練掌握焊接機能、電子元器件的識別。5.了解智能循跡小車構成的設計方法。6.培養團隊的協作和溝通能力。三、設計的具體實現1.系統概述智能移動機器人平臺以雙電機輪式小車為底層移動平臺，單片機為控制核心，通過紅外探測模塊實現對行車路線的感知，電機驅動模塊實現對直流電機的驅動控制，從而完成自動行駛的功能。如圖：可以根據實際需要進行多模塊擴展。使用金屬探測模塊完成對金屬物體的探測，拓展超聲波模塊實現避障、測距功能，利用測溫模塊感知環境溫度，采用無線傳輸模塊實現數據的傳輸及無線遙控等。如圖：2.單元電路設計與分析電源模塊如圖焊接完成的電路板供電系統的原理圖如下7805的5V輸出給單片機以及各個功能模塊供電，在實際應用過程中我們可能需要好幾塊7805，但是我們要注意的是：各個7805之間的輸出絕對不能夠并聯。7806的6V輸出給電機供電作為動力電源。7805與7806要共地。（2）電機驅動模塊如圖焊接完成的電路板L298內部的原理圖如下OUT1與OUT2與小車的一個電機的正負極相連，OUT3與OUT4與小車的另一個電機的正負極相連，單片機通過控制IN1與IN2,IN3與IN4分別控制電機的正反轉。ENA與ENB分別控制兩個電機的使能。注意：X表示狀態不定電機驅動模塊原理圖L298有兩路電源分別為邏輯電源和動力電源，上圖中6V為邏輯電源，12V為動力電源。J4接入邏輯電源，J6接入動力電源，J1與J2分別為單片機控制兩個電機的輸入端，J3與J5分別與兩個電極的正負極相連。ENA與ENB直接接入6V邏輯電源也就是說兩個電機時刻都工作在使能狀態，控制電機的運行狀態只有通過J1與J2兩個接口。由于我們使用的電機是線圈式的，在從運行狀態突然轉換到停止狀態和從順時針狀態突然轉換到逆時針狀態時會形成很大的反向電流，在電路中加入二極管的作用就是在產生反向電流的時候進行泄流，保護芯片的安全。L298的PCB安裝圖簡易控制模塊如圖焊接完成的電路板利用單穩態觸發電路實現小車的控制，設定電機驅動模塊的IN2=IN4=0；紅外模塊輸出OUT1在未探測到軌跡時輸出高電平,控制電路輸出高電平，IN1=1，小車前行；當有紅外對管探測到軌跡時，即OUT1輸出低電平觸發信號，控制電路使得IN1=0，小車左（右）轉，由于是暫穩態，所轉角度有限，避免超調，從而實現小車的基本循跡功能。如圖：紅外紅外（4）紅外循跡模塊的原理如圖焊接完成的電路板在智能機器人小車的設計中我們使用的是一體反射式紅外對管，所謂一體就是發射管和接受管固定在一起，反射式的工作原理就是接收管接收到的信號是發射管發出的紅外光經過反射物的反射后得到的，所以使用紅外對管進行循跡時必須是白色地板加黑色引導條。下圖為紅外循跡電路的原理圖。上面電路由一組紅外對管、電位器、運算放大器和電阻組成的，R1起到限流的作用，用來控制反光管發出紅外信號的強弱。接收管實際上是一個光敏三極管基極的光電流經過放大后流經電阻R2產生電壓與電位器調節后得到的電壓進行比較。A1與電阻組成一個比較器。在有紅外信號返回時OUT端輸出高電平，反之輸出低電平。紅外循跡對管的安裝圖3.電路的安裝與調試安裝如圖為四塊電路板連線示意圖接口電路連接方式：1、電源模塊連接：電源模塊與單片機連接：+12V接電池正極GND負極J4與電源+5vGND相連接，方塊為正。2、紅外模塊與電源模塊連接：1接電源模塊+5V2接電源模塊對應地3、紅外模塊與單片機連接：7針連接p1.06針連接p1.15針連接p1.24針連接p1.33針連接p1.44、電機驅動與電源模塊連接：+12V與+6V連接+12V旁的GND與+6V旁的GND連接+6vGND+6vGND與電源模塊+5VGND+5VGND連接5、電機驅動與單片機連接：IN1與p2.0連接IN2與p2.1連接IN3與p2.2連接IN4與p2.3連接（2）調試四塊電路板焊接完畢后進行單個電路板的簡單調試，調試了電源模塊與紅外循跡模塊，檢查了驅動模塊的焊接情況。電源模塊電路板的焊接與調試均無問題，驅動的焊接情況良好，只有紅外循跡模塊的調試有情況。只有紅外循跡模塊調試時發光二極管不亮，后用烙鐵將電源接線柱重新焊接調試完成。整車調試：按圖將四塊電路板連線并安裝在小車上，接通電源，用紅外模塊上紅外對管的工作與否觀察小車的運動狀態，當兩只紅外對管都工作時，小車的雙電機都運轉；當左紅外對管工作時，左電機運轉；當右紅外對管工作時，右電機運轉。焊接過程及方法：正式焊接前應練習，