武漢理工大學《數字電子線路》課程設計說明書附件1：學號：0121209310130課程設計題目多功能多路流水燈控制電路的設計仿真與制作學院信息工程學院專業電子信息工程班級電信1201姓名魯玲指導教師孟哲2014年6月20日課程設計任務書學生姓名：魯玲專業班級：電信1201指導教師：孟哲工作單位：信息工程學院題目:多功能多路流水燈控制電路的設計仿真與制作初始條件：集成譯碼器、計數器、555定時器、移位寄存器、LED和必要的門電路或其他器件。要求完成的主要任務:（包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、課程設計工作量：1周內完成對數字頻率計的設計、仿真、裝配與調試。2、技術要求：=1\*GB3①設計一個具有16路（或矩陣）LED不同顯示方式或顯示圖形的控制電路。=2\*GB3②不同顯示方式的控制可以是自動結合按鍵手控等。③確定設計方案，按功能模塊的劃分選擇元、器件和中小規模集成電路，設計分電路，畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。3、查閱至少5篇參考文獻。按《武漢理工大學課程設計工作規范》要求撰寫設計報告書。全文用A4紙打印，圖紙應符合繪圖規范。時間安排：1）第1-2天，查閱相關資料，學習設計原理。2）第3-4天，方案選擇和電路設計仿真。3）第4-5天，電路調試和設計說明書撰寫。4）第6天，上交課程設計成果及報告，同時進行答辯。指導教師簽名：年月日系主任（或責任教師）簽名：年月日目錄TOC\o"1-3"\h\u17392前言 29741設計方案 365821.1設計意義 3117501.2設計目的 3113421.3原理圖及工作原理 325852電路板焊接技術介紹 420162.1焊接操作要領 49742.2注意事項 565822.3.焊接調試 625853電路板的安裝與制作 620163.1確定電路板整體布線圖 6TOC\o"1-3"\h\u9743.2555振蕩電路 665823.374LS191計數部分 7117503.474LS138譯碼電路和LED顯示部分 7117503.55V直流穩壓電源電路 725854電路板的調試 820164.1調試方法和步驟 820164.2出現的問題及處理方法 8525856582電路實拍圖 10117506總結及心得體會 1225857元件清單 13 8參考文獻 142585附件 15前言隨著電子技術的快速發展尤其是數字技術的突飛猛進，多功能流水彩燈憑著簡易，高效，穩定等特點出現在我們日常生活中的各種場所，店鋪門面裝飾、家居裝潢、城市墻壁更是隨處可見。與此同時，還有一些城市采用不同的流水燈打造屬于自己的城市文明，塑造自己的城市魅力。目前，多功能流水燈的種類已有數十種，如廣告裝潢、家居裝飾、店鋪招牌燈等等。所以，多功能流水燈的設計具有相當的代表性。本次課程設計要設計一個多功能多路流水燈控制器（用16只發光二極管顯示），是多功能流水彩燈中較簡單的，但這是進行復雜設計的基礎。本設計方案中利用NE555構成多諧振蕩產生連續脈沖作為74LS191計數器的脈沖源，在經過74LS138驅動輸入到發光二極管。首先要分析設計要求，從要實現多功能、多路入手推導出要使用的芯片。多功能流水燈，就是要具有一定的變化規律的功能，主要考察了數字電路中的計數器、、多諧振蕩等，多諧振蕩電路給其它的電路提供脈沖源，設計過程中需要了解相關芯片（NE555、74LS191、74LS138）的具體功能，引腳圖，真值表等，認真布局，在連接過程中更要仔細認真。設計方案1.1設計意義（1）熟悉多功能多路流水燈的原理與功能；（2）掌握數字電路的功能，學會如何用555時鐘電路產生方波信號；（3）熟悉掌握計數器、譯碼器的功能與原理；（4）了解時序電路與邏輯電路的功能與應用。1.2設計目的（1）掌握組合邏輯電路、時序邏輯電路及數字邏輯電路系統的設計、安裝、測試方法；（2）進一步鞏固所學的理論知識，提高運用所學知識分析和解決實際問題的能力；（3）提高電路布局﹑布線及檢查和排除故障的能力；（4）提高自己焊接電路板的能力；（5）培養書寫綜合實驗報告的能力。1.3電路圖及工作原理本設計采取的方案由用555多諧振蕩器一個、74LS191一片、74LS138兩片、可變電容、電阻、電容、LED組成。74LS191計數器的時鐘信號由555多諧振蕩器提供，改變55的振蕩頻率即可改變計數器的快慢，從而控制彩燈閃爍的快慢。計數器輸出信號輸入至138譯碼器，控制138譯碼器譯碼得到不同的輸出信號，決定流水燈的循環變化。多功能流水燈電路圖如圖1-1所示。在本設計中所使用的電源是自制的5V直流穩壓電源，電路圖如圖1-2所示。圖1-1設計電路圖圖1-25V直流穩壓電源電路圖電路板焊接技術介紹2.1焊接操作要領2.1.2焊前準備物料：含直接用料和輔料，留意焊接元件有否極性要求，元件腳有否有氧化、油污等。焊接時，對焊接溫度，時間有否特別要求；

工/器具：視焊接元件而定，應有錫線座、元件盒、焊槍、焊臺、鑷子、剪鉗等。如有防靜電要求，應注意采用防靜電工/器具，同時操作員應戴好防靜電手腕帶。

2.1.2實施焊接

準備好焊錫絲和烙鐵頭，烙鐵頭要保持潔凈；

步驟：烙鐵頭對準焊點→烙鐵接觸焊點→加焊錫→移開焊錫絲→拿開電烙鐵。具體如下：

1.加熱焊件（同時加熱元件腳和焊盤）；2.熔化焊錫：當焊件加熱到能熔化焊料的溫度后，將錫線置于焊點，焊錫開始溶化并潤濕焊點；

3.在焊點加入適當的焊錫后，移開錫線；

4當焊錫完全濕潤焊點后，以大致45°的角度移開烙鐵。以上過程對一般焊點在大約2～3秒鐘完成，應注意在焊錫尚未完全凝固以前不要晃動接元件，以免造成虛焊。

2.1.3焊接后的處理

當焊接結束后，應檢查有無漏焊、錯焊（極性焊反）、短路、虛焊等現象，清理PCB板上的殘留物如：錫渣、錫碎、元件腳等。

2.1.4對焊點的基本要求

1.焊點應具有良好的導電性；2.焊點應具有一定的強度；3.焊接點的焊料要適當；4.焊接點的表面應具有良好的光澤；（溫度過高，焊接時間過長，都會使焊點發烏，影響焊點的強度）5.焊點不應有毛刺及間隙；6.焊接點表面要清潔。2.2注意事項1.焊接順序。器件焊接順序以先焊接好的元件不影響后面元件的焊接為原則，一般先焊接體積較小的電阻電容等器件，后焊接體積較大的元件，接插件最后焊接。2.合適的焊接時間。焊接時間是指在焊接全過程中，進行物理和化學變化所需要的時間。它包括被焊金屬達到焊接溫度的時間、焊錫的熔化時間、助焊劑發揮作用及生成金屬合金的時間幾個部分。當焊接溫度確定后，就應根據被焊件的形狀、性質、特點等來確定合適的焊接時間。焊接時間過長，易損壞元器件或焊接部位；過短，則易造成假焊或虛焊，達不到焊接要求。一般，每個焊點焊接一次的時間最長不超過5s。5、焊接結束后，用列子夾住被焊元件適當用力拉撥一下，檢查元件是否被焊牢。如果發現有松動現象，必須重新進行焊接。2.3焊接調試1.按照焊接要領完成焊接。2.用萬用表電阻擋測量電源輸入端，看是否有短路現象。如有，應在加電前排除。電路板的安裝與制作3.1確定電路板整體布線圖根據設計電路原理圖1-1和圖1-2在紙上設計電路板的布線圖。此過程要參照第二章中的焊接注意事項。3.2555振蕩電路555振蕩電路原理圖如圖3.1所示。參照第二章內容按照設計好的布線圖擺放元件并焊接。此部分焊接好后需給電路接上5V電壓，觀察綠色發光二極管是否正常發光，并用萬用表測量555芯片各管腳電壓是否正常。如不正常則應先排除故障后才能進行下一部分電路的焊接。在本次制作過程中，綠色發光二極管能正常發光，且555芯片各管腳電壓正常。圖3-1555振蕩電路圖3-274LS191計數電路3.374LS191計數電路74LS191計數電路原理圖如圖3-2所示。參照第二章內容按照設計好的布線圖擺放元件并焊接。3.474LS138譯碼電路和LED顯示部分74LS138譯碼電路和LED顯示部分原理圖如圖3-3所示。參照第二章內容按照設計好的布線圖擺放元件并焊接。因為74LS138譯碼器輸出端低電平有效，所以LED顯示部分采用共陰極接法。在焊接時要注意不要發光二極管的正負極接反了，以免燒壞管子。3.55V直流穩壓電源電路參照圖1-2進行安裝與焊接。因為變壓器輸入為220V交流電，所以在連接變壓器插頭時要格外仔細，確保連接好后用絕緣膠布將接口處包裹起來，以免發生漏電現象，對人體造成危害。圖3-374LS138譯碼電路和LED顯示部分4電路板的調試4.1調試方法和步驟1.檢查電路設計的原理圖，確定連接無誤；2.檢測導線是否斷路，再用萬用表檢測每部分是否完好；3.檢查整個電路是否都正確，看每個發光二極管是不是都能正常發光，各部件均能正常工作，看流水燈是否能按要求正常工作。4.2出現的問題及處理方法1.第一次檢查完電路板確定無誤后，為安全起見，先用電池盒代替自制電源給電路供電，發現前8個流水燈全亮，而后8個流水燈全不亮，接在555定時器輸出端的綠色發光二極管時亮時不亮。用萬用表測量555定時器各管腳電壓，發現其他管腳電壓正常，但輸出管腳（即管腳3）電壓為零。在知道故障處后，又對照電路圖反復檢查了幾遍，并確定電路焊接上沒有虛焊情況，最后發現是74LS191及74LS138芯片的16管腳和8管腳沒有相應的接電源和地。排除故障后，接通電源，流水燈正常工作，根據雙擲開關的通斷情況相應的左循環和右循環。且接通不同電容時，流水燈閃爍快慢相應變化。2.確定多路流水燈電路能正常工作后，便改用自制5V直流穩壓電源給其供電，插上插頭后發現流水燈全不亮。用萬用表檢測發現電源輸出端沒有電壓顯示，不一會兒電路突然冒起小火花，于是我們趕緊關了電源，開始仔細檢查電源電路。最后得出結論是導線接觸不良，改善后再接通電源，電路和之前一樣正常工作。3.在課設答辯時，接通電源發現發光二極管全都不亮，于是我們又重新檢查電路。用萬用表測試最后發現整流橋輸入電壓為二十幾伏，而輸出電壓為零，由此確定是整流橋部分出現了問題。請教了實驗室學長后知道了是導線太細的緣故。因為電源部分電流較大，若導線太細，會導致焊錫溫度過高而融化，出現虛焊現象，甚至會燒壞元件。解決了導線的問題后發現電路仍無法工作，經檢查發現是整流橋器件已被燒壞，換上新的整流橋后電路正常工作。5電路板實拍圖圖5-1多功能多路流水燈電路正面圖圖5-1多功能多路流水燈電路正面圖圖5-2多功能多路流水燈電路反面圖5-2多功能多路流水燈電路反面圖5-35V直流穩壓電源實物圖圖5-35V直流穩壓電源實物圖圖5-4總設計實物圖圖5-4總設計實物圖6.總結及心得體會在這近一個星期的課程設計時間內，我感到忙碌又充實。慶幸的是這期間我們沒有考試，所以不必分心復習，有足夠的時間來做課程設計。我們組共三人，我的主要任務是焊電路板。起初我還竊喜自己的任務簡單，不必花很多精力，但在看其他組員設計電路、仿真的時候我突然想到：如果對設計原理圖沒有深刻理解的話，電路焊接出現問題時該怎么調試改進呢？于是，我也開始查閱資料，分析理解組員設計好的電路原理圖，并一起商量討論，提出改進意見，確定最終設計圖。而且在真正開始電路板的焊接時，我才意識到這并不是一項輕松的活。仿真圖上給的是芯片的邏輯圖，與其引腳圖差別很大，在焊接時必須首先依據各芯片的引腳圖畫出電路原理圖，確定導線布局，還要考慮到導線交叉、跳線的問題。為了更好地理解電路圖原理并幫助更好的改進電路，我另外用Multisim軟件對電路進行了仿真并不斷調試，體會電容、電阻不同取值對流水燈閃爍快慢的影響。在最后的硬件調試階段出現了不少問題，首先是忽略了各芯片的16管腳和8管腳，在這個低級的問題上浪費了不少時間，查出問題后我深刻領悟到一個道理——細節決定成敗。所以在之后的調試中，每當出現問題我就從微小細節處開始檢查，往往是覺得最不可能出現差錯的地方就是問題所在之處。在后來的電源調試中也是因為導線接觸不良這個小問題導致電路不能正常工作，甚至冒起火花。這又讓我體會到謹慎的重要性，特別是涉及到高電壓的時候。雖然有這些問題，但在組員們的共同努力下，最終還是解決了這些問題，得到了一個較理想的設計作品——多功能多路流水燈控制電路。通過這一次課程設計，我了解了多功能流水燈的一系列功能，以及各單元電路的工作原理。通過自己動手做出實物來領會課本上學到的NE555、74LS191、74LS138等芯片的工作原理和工作狀態；進一步熟悉了Mulitisim仿真軟件的使用方法；焊接能力得到了提高。同樣也很重要的一點就是，在這次課程設計中我體會到了團結的重要性，收獲了更深刻的友誼。特別是我們組是三個女生，且都對這方面并不精通，起初很多同學為我們感到憂慮，擔心我們會做不好。但通過努力，我們做到了，而且發現比預期的容易的多。現在課程設計結束了，我深刻體會到，凡事不管難易、不論男女，只要你想去做，并且努力了，結果就一定是好的。7.元件清單8.參考文獻[1]康華光.電子技術基礎