本文格式為Word版，下載可任意編輯——彩燈循環(huán)控制器設(shè)計(jì)

電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書

題目：彩燈循環(huán)控制器（B）

學(xué)生姓名：曹文天學(xué)號：202306010211院（系）：電信學(xué)院專業(yè)：電氣082指導(dǎo)教師：張震強(qiáng)

2023年12月10日

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摘要

這次課程設(shè)計(jì)的題目是彩燈循環(huán)控制器。題目的要求是：（1）采用一個(gè)半導(dǎo)體數(shù)碼管作為控制器的顯示器，能夠自動(dòng)地依次顯示出數(shù)字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然數(shù)列），1、3、5、7、9（奇數(shù)列），0、1、2、3、4、5、6、7（音樂符號數(shù)列）和0、2、4、6、8（偶數(shù)列）,然后又依次顯示出自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)列和音樂符號數(shù)列……如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。（2）開啟電源時(shí)，控制器可自動(dòng)清零，從接通電源時(shí)刻起，數(shù)碼管最先顯示出自然數(shù)列的0，再顯示出1，然后按上述規(guī)律變化。

彩燈控制器主要是通過計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)彩燈控制電路的實(shí)質(zhì)是要產(chǎn)生一系列的數(shù)列，包括自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)列、音樂數(shù)列，然后通過一個(gè)七段數(shù)碼管顯示出來。這些數(shù)列的生成均是通過不斷給一個(gè)74HC160脈沖，使其從0到9計(jì)數(shù)并不斷循環(huán)。再用另一片74HC160作為循環(huán)控制，把它設(shè)置成四循環(huán)計(jì)數(shù)器，不斷輸出00到11。當(dāng)其輸出00時(shí)為自然數(shù)列輸出，01時(shí)為奇數(shù)列輸出，10時(shí)為偶數(shù)列輸出，11時(shí)為音樂數(shù)列輸出。0到9的數(shù)列產(chǎn)生后在不同狀態(tài)下通過兩片74HC153置成所需數(shù)列通過CD4511譯碼連接數(shù)碼管輸出。另外，依照上述方法產(chǎn)生的奇、偶數(shù)列相鄰兩個(gè)數(shù)顯示的時(shí)間是自然數(shù)列及音樂數(shù)列的二倍。則要用JK觸發(fā)器加74HC153對自然數(shù)列及音樂數(shù)列的脈沖進(jìn)行二分頻，使得四種數(shù)列相鄰兩個(gè)數(shù)顯示的時(shí)間一致。最終脈沖的產(chǎn)生是通過555電路組成多諧振蕩器來產(chǎn)生的。我設(shè)置脈沖頻率為2HZ，這樣經(jīng)分頻后在數(shù)碼管上顯示的數(shù)字為一秒變一下。最終要把它們有效的結(jié)合起來聯(lián)合工作，就可以實(shí)現(xiàn)目的功能。

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目錄

1設(shè)計(jì)題目以及要求……………………12設(shè)計(jì)總體思路以及基本原理………………….13單元電路模塊的設(shè)計(jì)………….2

3.1數(shù)列的產(chǎn)生……………23.1.1自然數(shù)列的產(chǎn)生原理及電路圖…….23.1.2奇數(shù)列的產(chǎn)生原理及電路圖……….33.1.3偶數(shù)列的產(chǎn)生原理及電路圖……….33.1.4音樂數(shù)列的產(chǎn)生原理及電路圖…….43.2脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)……………………...5脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)原理及電路圖………..5

3.3循環(huán)控制電路的設(shè)計(jì)…………………...5循環(huán)控制電路的設(shè)計(jì)原理及電路圖……..53.4二分頻電路的設(shè)計(jì)……………6二分頻電路的設(shè)計(jì)原理及電路圖………..64總電路的電路圖……………75焊接、調(diào)試以及心得體會(huì)…………………8

5.1焊接階段………………...85.2調(diào)試階段………………...85.3心得體會(huì)………………...96總結(jié)…………10--課程設(shè)計(jì)說明書

圖3.1.1自然數(shù)列的產(chǎn)生

3.1.2奇數(shù)列的產(chǎn)生設(shè)計(jì)原理及電路

奇數(shù)列要求輸出1、3、5、7、9。同樣用一片74HC160，將其置數(shù)端A、B、C、D接地，給使能端ENP、ENT、LOAD、CLR均置1，不斷給其脈沖，不同的是給數(shù)碼管的低位A永遠(yuǎn)置1，這樣本來160輸出0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001，但給數(shù)碼管卻輸入0001、0001、0011、0011、0101、0101、0111、0111、1001、1001，則在數(shù)碼管上顯示1、3、5、7、9。奇數(shù)列的產(chǎn)生電路圖如下：

U2VCC5VU10VCC345671091ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO1413121115DCD_HEX3451I1100Hz1A274HC160N_6V圖3.1.2奇數(shù)列的產(chǎn)生3.1.3偶數(shù)列的產(chǎn)生設(shè)計(jì)原理及電路

偶數(shù)列要求輸出0、2、4、6、8。同樣用一片74HC160，將其置數(shù)端A、B、C、D接地，給使能端ENP、ENT、LOAD、CLR均置1，不斷給其脈沖，不同的是給數(shù)碼管的低位A永遠(yuǎn)置0，這樣本來160輸出0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001，但給數(shù)碼管卻輸入0000、0000、0010、0010、0100、0100、0110、0110、1000、1000，則在數(shù)碼管上顯示0、2、4、6、8。

偶數(shù)列的產(chǎn)生電路圖如下：-6-

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U2VCC5VU13456ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO1413121115DCD_HEX345VCC710911I1100Hz1A274HC160N_6V0

圖3.1.3偶數(shù)列的產(chǎn)生3.1.4音樂數(shù)列的產(chǎn)生設(shè)計(jì)原理及電路圖

音樂數(shù)列要求輸出0、1、2、3、4、5、6、7。用一片74HC160，將其作成八進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由于74HC160為同置數(shù)、異清零，將其置數(shù)端A、B、C、D接地，給使能端ENP、ENT、CLR均置1，輸出端QA、QB、QC接三輸入與非門，輸出端接LOAD。則當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為0111時(shí)，LOAD為0，當(dāng)再來一個(gè)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器置0。計(jì)數(shù)器輸出0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111，數(shù)碼管顯示0、1、2、3、4、5、6、7。

音樂數(shù)列的產(chǎn)生電路圖如下：

U2VCC5VU13456ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO1413121115DCD_HEX235401I150Hz1AVCC710912U3A74HC10N_6V74HC160N_6V6

圖3.1.4音樂數(shù)列的產(chǎn)生

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3.2脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)

脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)原理及電路圖

我所需要的秒脈沖發(fā)生器可以由一個(gè)集成的555定時(shí)器構(gòu)成，當(dāng)電源接通后，VCC通過對R1、R2向電容充電。電容上得到電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)電容上的電壓上身到2/3VCC時(shí)，輸電壓VO為零，電容放電。當(dāng)電壓下降到1/3VCC時(shí)，輸出電平為高電平，電容放電終止。這樣周而復(fù)始便形成了振蕩。我們要的周期是0.5秒，頻率是2赫茲。周期T可以由下面的公式可知：f=(R1+R2)CLn2

脈沖發(fā)生器的電路圖如下：

VCC5VVCCR136kΩR310kΩ108U3VCC4ExtTrig+_A+_+B_XSC1R218kΩ13RSTDISTHRTRICONGND1OUT3476252C110uFC210nFLM555CN0

圖3.2脈沖發(fā)生器

3.3循環(huán)控制電路的設(shè)計(jì)

循環(huán)控制電路的設(shè)計(jì)原理

用另一片74HC160作為循環(huán)控制，把它設(shè)置成四循環(huán)計(jì)數(shù)器，由于74HC160為同置數(shù)、異清零，將其置數(shù)端A、B、C、D接地，給使能端ENP、ENT、CLR均置1，輸出端QA、QB接雙輸入與非門，輸出端接LOAD。則當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為0011時(shí)，LOAD為0，當(dāng)再來一個(gè)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器置0不斷輸出00到11。當(dāng)其輸出00時(shí)為自然數(shù)列輸出，01時(shí)為奇數(shù)列輸出，10時(shí)為偶數(shù)列輸出，11時(shí)為音樂數(shù)列輸出。-8-

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循環(huán)控制電路的電路圖：

U3U2AVCC5V30DCD_HEX74HC00N_6VBCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO14131211151256VCC4V110Hz5V74HC160N_6V

圖3.3循環(huán)控制電路

3.4二分頻電路的設(shè)計(jì)

二分頻電路的設(shè)計(jì)原理

我的二分頻電路是通過JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的。將JK觸發(fā)器的J、K連接在一起接高電平，并將使能端PR、CLR接高電平，則從CLK端輸入一個(gè)頻率的脈沖，從Q端輸出的脈沖為輸入的一半，從而實(shí)現(xiàn)二分頻。

二分頻電路的電路圖

XSC1VCC5V+A_+B_ExtTrig+_4~1PRU1A1Q5VCC31V110Hz5V121J1CLK1K20~1Q~1CLR15674HC112N_6V圖3.4二分頻電路-9-

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4總電路的電路圖

現(xiàn)在各單元電路完成了，最終要把它們有效的結(jié)合起來聯(lián)合工作，實(shí)現(xiàn)目的功能。

首先由555多諧振蕩器產(chǎn)生2HZ的脈沖，經(jīng)74HC112后分頻，之后再接一數(shù)據(jù)選擇器74HC153。74HC153的A、B管腳接控制循環(huán)的四進(jìn)制計(jì)數(shù)器QA、QB端，C0、C3接112的出端1HZ脈沖，C1、C2接555的出端2HZ脈沖。這樣當(dāng)數(shù)碼管顯示自然數(shù)列與音樂數(shù)列時(shí)，計(jì)數(shù)器74HC160得到1HZ脈沖，當(dāng)數(shù)碼管顯示奇數(shù)列與偶數(shù)列時(shí)，計(jì)數(shù)器74HC160得到2HZ脈沖，保證四組數(shù)列每兩個(gè)數(shù)顯示間隔為1S。

555產(chǎn)生的脈沖信號加在兩個(gè)74HC160的CLK端，控制循環(huán)的160由于使能端EPT平日為0不計(jì)數(shù)，而另一片74HC160在脈沖的作用下不斷顯示0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，當(dāng)一次循環(huán)完成后計(jì)數(shù)器會(huì)產(chǎn)生進(jìn)位信號，使RCO變?yōu)?，進(jìn)位信號加在控制循環(huán)的160的ENT端，使其計(jì)數(shù)，跳轉(zhuǎn)一位。剛上電時(shí)控制循環(huán)的160為00，輸出自然數(shù)列，計(jì)數(shù)的160循環(huán)一次控制循環(huán)的160變?yōu)?1，輸稀奇數(shù)列，再循環(huán)一次160變?yōu)?0，輸出偶數(shù)列，再循環(huán)一次160變?yōu)?1，輸出音樂數(shù)列，之后160有變?yōu)?0，輸出自然數(shù)列，周而復(fù)始，不斷循環(huán)。

我用兩片74HC153使計(jì)數(shù)器得到的數(shù)列變?yōu)樽匀粩?shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)列、音樂數(shù)列。74HC153為雙四選一數(shù)據(jù)選擇器。我讓兩片G1、G2全接低電平，兩片數(shù)據(jù)選擇端A、B與控制循環(huán)的160的QA、QB端相接。這樣在QAQB為00時(shí)，兩片4個(gè)C0被選中，在QAQB為01時(shí)，兩片4個(gè)C1被選中，在QAQB為10時(shí)，兩片4個(gè)C2被選中，在QAQB為11時(shí)，兩片4個(gè)C3被選中。計(jì)數(shù)的160QA接1C0與1C3，1C1接高電平，1C2接地，QB接2C0到2C3，QC接其次片的1C0到1C3，QD接其次片的2C0到2C3，這樣兩片74HC153的四個(gè)輸出端在不同狀態(tài)下輸出的就為自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)列、音樂數(shù)列。

我將74HC153輸出信號接到一片CD4511，用其驅(qū)動(dòng)七段共陰數(shù)碼管。

最終我將1K電阻與10UF電容串聯(lián)起來，一端接高電平，另一端接地，從電阻與電容中間引一根線接兩片160的CLR端，利用電容的充放電使控制器有上電復(fù)位能力。-10-

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總電路圖如下：

U6A74HC00N_4V43VCCVCC5V3456ABCDENPENT~LOAD~CLRCLK5VU1QAQBQCQDRCO1413121115U31C01C11C21C32C02C12C22C3AB~1G~2G1Y7VCC654310111213142U119U1012136543101112131421151C01C11C21C32C02C12C22C3AB~1G~2G1Y7VCC7109122Y1615DCD_HEX02Y98074HC160N_4VC1R1191k|?100uF11574HC153N_4V1474HC153N_4VVCC5V03456710912ABCDENPENT~LOAD~CLRCLK18U2QAQBQCQDRCO1413121115U412566543101112131421151C01C11C21C32C02C12C22C3AB~1G~2G1Y71721VCC92Y94U9A1Q5XFG13121J~1PR74HC160N_4VR21k|?20C2100uF107U7A74HC32N_4V11U8A1CLK1K~1Q~1CLR6U5A74HC10N_4V74HC153N_4V01574HC112N_4VU12A74HC04N_4V74HC86N_4V

圖4.1總電路圖5焊接、調(diào)試以及心得體會(huì)

5.1焊接階段

本次焊接，共用我去一個(gè)星期的時(shí)間。我與同組的同學(xué)每天下課后都去焊接試驗(yàn)室。我們先在電路板上將器件布局好，之后才連線。我發(fā)覺自己的動(dòng)手能力不強(qiáng)，看似簡單的剪線、去皮、焊接花去我不少時(shí)間。但我與同學(xué)緊湊協(xié)同，共同努力，終究焊接成功。這次焊接我把握了大量焊接技巧，鍛煉了動(dòng)手能力，真是一舉多得。

5.2調(diào)試階段

調(diào)試我認(rèn)為是最麻煩的階段。當(dāng)我焊接好之后上電觀測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)只出來自然數(shù)列、奇數(shù)列與偶數(shù)列，之后就不斷循環(huán)，音樂數(shù)列出不來。我不知道是我連線有誤還是器件壞了，每天只能盲目地查線。我反復(fù)檢查好多天也沒出結(jié)果，只能去找張老師。老師在百忙當(dāng)中抽空給我檢查原理，發(fā)現(xiàn)我的原理圖有一個(gè)地方不對，但在仿真中卻看不出來。我改正錯(cuò)誤之后覺得應(yīng)當(dāng)成功了，但當(dāng)我上電時(shí)給的電壓過高，器件一共燒了5個(gè)。我只好用示波器測波形，一個(gè)一個(gè)器件的檢查，看哪個(gè)器件是壞的。當(dāng)我把這些故障都排出后，結(jié)果終究出來了。-11-

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在這次調(diào)試過程中我熟練地把握了運(yùn)用示波器及萬用表檢查錯(cuò)誤的方法，通過不斷的檢查錯(cuò)誤鍛煉了自己的排查錯(cuò)誤的能力。

我覺得實(shí)踐必需要心細(xì)，任何小的錯(cuò)誤都能導(dǎo)致結(jié)果的錯(cuò)誤，我們要想盡方法排查錯(cuò)誤，才能最終成功。

5.3心得體會(huì)

通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力。我從一得到題目就認(rèn)真思考設(shè)計(jì)方案，不斷完善自己的方案，使得仿真成功。之后我又自己買元器件，認(rèn)識了不少元器件，學(xué)到了大量課本上學(xué)不到的知識。后來我們又焊板子，自己調(diào)試結(jié)果。

在設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的狀況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，因此花費(fèi)在這上面的時(shí)間用去好多。我認(rèn)識到理論與實(shí)踐有一定的差距，因此我們要多實(shí)踐，鍛煉自己解決問題分析問題的能力。

我沉得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對課本知識的穩(wěn)定和加強(qiáng)，由于課本上的知識太多，平日課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了好多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識。平日看課本時(shí)，有時(shí)問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住好多東西。譬如一些芯片的功能，平日看課本，這次看了，下次就忘了，通過動(dòng)手實(shí)踐讓我們對各個(gè)元件映象深刻。認(rèn)識來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。這么長時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我們也失落過，也曾一度熱心高漲。從開始時(shí)滿富盛激情到最終汗水背后的繁雜心情，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無不令我回味無長。

生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動(dòng)是人類生存生活永恒不變的話題。通過實(shí)習(xí)，我才真正領(lǐng)會(huì)到“艱苦奮斗〞這一詞的真正含義，我才意識到老一輩電子設(shè)計(jì)為我們的社會(huì)付出。我想說，設(shè)計(jì)確實(shí)有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學(xué)習(xí)中，很少有機(jī)遇能有實(shí)踐的機(jī)遇，但我們可以，而且設(shè)計(jì)也是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的任務(wù)，一起的工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，協(xié)同默契，多少人間開心在這里灑下，我感覺我和同學(xué)們之間的距離更加近了；我想