UniversityofSouth電子技術課程設計題目循環彩燈顯示電路學院名稱電氣工程學院指導教師寧志剛吳榮燕班級電氣工程及其自動化083班學號20214450303學生姓名楊穆娟2021年1月15日?電子技術課程設計?任務書1．課程設計的內容和要求〔包括原始數據、技術要求、工作要求等〕：(1)技術要求：設計彩燈循環控制電路，要求該電路彩燈循環快慢可調，控制器具有多路輸出。具體要求為：8路彩燈輸出顯示，有復位控制，復位按鈕斷開時彩燈熄滅，閉合時彩燈循環輸出。可調節彩燈的循環頻率，彩燈用發光二極管模擬。(2)工作要求：①利用電子技術根底理論，分析系統工作原理，設計系統總體框圖和各功能模塊的電路圖；②掌握計算機輔助設計方法，利用Multisim對電路進行仿真設計；③熟悉常用的電子元器件操作使用和測試方法；④掌握電子電路安裝調試技術，選擇適宜的元器件搭接實際電路，掌握電路的測試和故障排除方法。

2．對課程設計成果的要求〔包括圖表〔或實物〕等硬件要求〕：設計電路，安裝調試或仿真，分析實驗結果，并寫出設計說明書,語言流暢簡潔，文字不得少于3500字。要求圖紙布局合理，符合工程要求，使用Protel軟件繪出原理圖〔SCH〕和印制電路板(PCB),器件的選擇要有計算依據。3．主要參考文獻：[1]陳永甫.新編555集成電路應用800例[M].北京：電子工業出版社,2001,7.[2]許小軍.電子技術實驗與課程設計指導——數字電路分冊[M].南京：東南大學出版社,2005,3.[3]郭永貞.電子技術實驗與課程設計指導——模擬電路分冊[M].南京：東南大學出版社,2004,10.[4]南壽松,劉榮林,李曉光等.電子實驗與電子實踐[M].北京：中國標準出版社,2004,11.[5]晶體管技術編輯部(日).電子技術——原理·制作·實驗(楊洋譯)[M].北京：科學出版社,2005,9.[6]付家才.電子工程實踐技術[M].北京：化學工業出版社,2004,4.[7]張玉平.電子技術實驗及電子電路計算機仿真[M].北京：北京理工大學出版社,2005,11.[8]安玉景,李雪瑩.電子技術根底實驗[M].北京：人民郵電出版社,1998,1.[9]楊元挺,唐果南.電子技術技能訓練[M].北京：電子工業出版社,2002,1.[10]盧結成,高世忻,陳力生等.電子電路實驗及應用課題設計[M].合肥：中國科學技術出版社,2006,3.[11]黃仁欣.電子技術實踐與訓練[M].北京：清華大學出版社,2004,9.[12]黃永定.電子實驗綜合實訓教程[M].北京：機械工業出版社,2004,9.[13]譚清雄編.電子實習指導[M].長沙：湖南大學出版社,2007,8.4．課程設計工作進度方案：序號起迄日期工作內容1系統方案和功能模塊電路設計2Multisim電路仿真設計3選購元器件，制作實際電路，電路測試和故障排除4整理設計報告主指導教師寧志剛、吳榮燕日期：2021年11月30日摘要：電子隨著科學技術的開展，電子技術開展突飛猛進，電子芯片的廣泛應用使不少傳統電子產品發生了質的變化。采用電子芯片可以簡化設計，提高產品的工作可靠性。本設計要求設計一個循環彩燈顯示控制電路，根據要求采用了3個芯片，一個555產生觸發脈沖，一個7490二－五－十進制異步計數器和一個74LS138譯碼器。當把計數器接成八進制是，38譯碼器就會從八個輸出端依次循環輸出低電平，從而控制了彩燈的明與滅，到達循環彩燈顯示的效果。本設計將數模電路知識相結合，運用Protel、Multisim等計算機輔助軟件設計測試。然后焊接原件，做出實物。關鍵字：脈沖計數八進制譯碼循環目錄························································11.1循環彩燈的概述·············································1設計任務和主要內容········································12.系統的分析與實現···········································12.1方案選擇····················································22.2系統組成方框圖··············································22.3元器件的結構與原理分析······································32.3.1555簡介···················································32.3.27490概述··················································62.3.374ls138概述···············································82.4電路原理分析················································93．系統的制作與測試··········································103.1運用multisim仿真············································113.2運用Protel制作PCB··········································113.3元件焊接····················································114.總結與心得體會··············································12參考文獻························································13附錄·····························································14引言 循環彩燈的概述隨著人們生活水平的較大提高，人們對于物質生活的要求也在逐漸提高，不光是對各種各樣的生活電器的需要，也開始在環境的幽雅方面有了更高的要求。在現代生活中，彩燈作為一種裝飾，既可以增強人們的感觀，起到廣告宣傳的作用，又可以增添節日氣氛，為人們的生活增添亮麗，用在舞臺上增強晚會燈光效果，利用控制電路可使彩燈〔例如霓虹燈〕按一定的規律不斷的改變狀態，不僅可以獲得良好的欣賞效果，而且可以省電〔與全部彩燈始終全亮相比〕。因此，彩燈控制電路應用越來越豐富我們的生活，成為我們生活不可缺少的一局部。本課題是利用38譯碼器和7490計數器為核心元件實現彩燈的循環控制。設計任務和主要內容設計彩燈循環控制電路，要求該電路彩燈循環快慢可調，控制器具有多路輸出。具體要求為：8路彩燈輸出顯示，有復位控制，復位按鈕斷開時彩燈熄滅，閉合時彩燈循環輸出。可調節彩燈的循環頻率，彩燈用發光二極管模擬。方案選擇方案一：采用一種LED彩燈控制的設計方法，以AT-89C51單片機作為主控核心，與按鍵、顯示器等較少的輔助電路相結合，利用軟件實現對LED彩燈進行控制，控制容易操作。方案二：采用專用彩燈控制芯片WTH9104，該芯片有四路彩燈驅動輸出，單鍵〔AN〕控制八種循環變化把戲，還可以通過數碼管顯示對應功能。〔1燈向前追逐，又向后追逐2燈向前、向后追逐，速度變化3復合循環4燈亮→暗→亮循環5燈向前向后波浪式調光6相近二路同時調光7復合循環0燈又向追逐〕電路框圖如下：圖-1方案三：采用555構成脈沖發生器，由7490構成一個八進制的加計數器，再通過74138譯碼器就可以實現八路燈泡的循環控制。整個電路采用5V的直流電源供電。比擬以上三種方案，第一種方案需要用到單片機，考慮到單片機還沒有學過，難度較大，所以沒有采用；第二種方案需要用到特定燈光控制芯片TWH9104，這種芯片在Multisim仿真軟件原件庫里沒有，無法仿真，而且購置難度比擬大，所以也沒有采用；第三種方案簡單，原理清晰，芯片比擬容易買到，可行性強，因此采用此種方案。系統組成方框圖電源電路時鐘脈沖信號發生電路電源電路時鐘脈沖信號發生電路燈光控制電路2.3.1555簡介一、555電路的結構組成和工作原理(1)電路組成及其引腳圖2.3.1-1圖2.3.1-2(2)555的工作原理它含有兩個電壓比擬器，一個根本RS觸發器，一個放電開關T，比擬器的參考電壓由三只5KΩ的電阻器構成分壓，它們分別使高電平比擬器C1同相比擬端和低電平比擬器C2的反相輸入端的參考電平為和。C1和C2的輸出端控制RS觸發器狀態和放電管開關狀態。當輸入信號輸入并超過時，觸發器復位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電，開關管導通；當輸入信號自2腳輸入并低于時，觸發器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電，開關管截止。是復位端，當其為0時，555輸出低電平。平時該端開路或接。Vco是控制電壓端〔5腳〕，平時輸出的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩定。T為放電管，當T導通時，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路.(3)555電路的引腳功能eq\o(\s\up13(——),TR)觸發eq\o(\s\up13(),TH)閾值eq\o(\s\up13(—),R)復位eq\o(\s\up13(),D)IS放電端eq\o(\s\up13(),OUT)輸出>H導通LH原狀態×H截止H××L導通L圖2.3.1-3二、555電路的應用〔1〕用555電路構成施密特觸發器施密特觸發器是數字系統中常用的電路之一,它可以把變化緩慢的脈沖波形變換成為數字電路所需要的矩形脈沖。施密特電路的特點在于它也有兩個穩定狀態,但與一般觸發器的區別在于這兩個穩定狀態的轉換需要外加觸發信號,而且穩定狀態的維持也要依賴于外加觸發信號,因此它的觸發方式是電平觸發。施密特觸發器電路圖和波形圖如下圖13-2-1，其回差電壓為。假設在電壓控制端⑤外接可調電壓Vco〔1.5～5V〕，可以改變回差電壓,施密特觸發器可方便的地把三角波轉換成方波。當輸入信號時,根本RS觸發器置1,即=0,Q=1，輸出為高電平;假設增加,使得時,電路維持原態不變,輸出仍為高電平;如果輸入信號增加到時,RS觸發器置0,即Q=0,=1,輸出為低電平;再增加,只要滿足,電路維持該狀態不變。假設下降，只要滿足,電路狀態仍然維持不變;只有當時,觸發器再次置1,電路又翻轉回輸出為高電平的狀態,工作波形如下圖。〔2〕555電路構成多諧振蕩器8484765553215R1R2ucC+VDDuoμFtuo0t2t1tuc0T(a)(b)圖2.3.1-5用CC7555構成的多諧振蕩器及工作波形②工作原理：tt③主要參數計算：改變、和的值，就可以改變振蕩器的頻率。如果利用外接電路改變端(5號端)的電位，那么可以改變多諧振蕩器高觸發端的電平，從而改變振蕩周期T。在實際應用中，常常需要調節和。在此，引進占空比的概念。輸出脈沖的占空比為:2.3.27490概述74LS90是異步二—五—十進制加法計數器，它既可以作二進制加法計數器，又可以作五進制和十進制加法計數器。圖2.3.2-2為74LS90引腳排列表，圖2.3.2-3為功能表。通過不同的連接方式，74LS90可以實現四種不同的邏輯功能；而且還可借助R0(1)、R0(2)對計數器清零，借助S9(1)、S9(2)將計數器置9。其具體功能詳述如下：(1)計數脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進制計數器。(2)計數脈沖從CP2輸入，QDQCQB作為輸出端，為異步五進制加法計數器。(3)假設將CP2和QA相連，計數脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，那么構成異步8421碼十進制加法計數器。(4)假設將CP1與QD相連，計數脈沖由CP2輸入QA、QD、QC、QB作為輸出端，那么構成異步5421碼十進制加法計數器。(5)清零、置9功能。異步清零當R0(1)、R0(2)均為“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”時，實現異步清零功能，即QDQCQBQ置9功能當S9(1)、S9(2)均為“1〞；R0(1)、R0(2)中有“0〞時，實現置9功能，即QDQCQBQA＝1001。輸入輸出功能清0置9時鐘QDQCQBQAR0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1CP2110××0××0000清00××011××1001置90××00××0↓1QA輸出二進制計數1↓QDQCQB輸出五進制計數↓QAQDQCQBQA輸出8421BCD碼十進制計數QD↓QAQDQCQB輸出5421BCD碼十進制計數11不變保持圖表2.3.2-1圖2.3.2-2圖2.3.2-3單穩態觸發器波形圖74LS90引腳排列2.3.374ls138概述74LS138為3線－8線譯碼器，共有54/74S138和54/74LS138兩種線路結構型式。當一個選通端〔E3〕為高電平，另兩個選通端〔/E1)和/(E2)〕為低電平時，可將地址端〔A0、A1、A2〕的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。用E1、E2和E3可級聯擴展成24線譯碼器；假設外接一個反相器還可級聯擴展成32線譯碼器。假設將選通端中的一個作為數據輸入端時，74LS138還可作數據分配器。圖2.3.3-174LS138譯碼器引腳圖圖2.3.3-274LS138譯碼器引腳圖和邏輯符號圖為常用的雙極型集成3/8線譯碼器74LS138的內部邏輯圖。圖中A2、A1、A0為三個輸入端，輸入三位二進制數碼。~Y0到~Y7為八個輸出端，Y上的“－〞不代表非運算的含義，表示輸出低電平有效。是S1，S2，S3為控制端，同樣S上的“－〞也不代表非運算含義，表示控制端的有效輸入電平為低電平。用A0，A1，A2的組合控制譯碼器的選通和禁止。圖2.3.3-2是74LS138譯碼器引腳圖和邏輯符號，圖中小圓圈表示低電平有效。圖2.3.3-374LS138集成譯碼器邏輯圖74LS138譯碼器的真值表如表所示。由真值表知，當S1=0或時，譯碼器處于禁止狀態，輸出全為1；當，0時，譯碼器被選通，處于工作狀態，譯碼器輸出與輸入之間的邏輯關系為表2.3.3-474LS138譯碼器的真值表電路設計與原理分析根據方案三的設想，由555產生時鐘脈沖，接到7490加計數器上，把加計數器接成八進制，當加到1000是就異步清零。在將7490的后三個輸出分別接38譯碼器的三個輸入腳，通過譯碼器的譯碼作用，譯碼器的八個引腳將依次輸出一個低電平，假設在其把引腳后接上發光二極管，在輸出有效低電平是二極管會發光，從而可以到達八路彩燈循環顯示的效果。考慮到整個電路的功率加上仿真，終選取10V的直流電壓源供電。由于發光二極管的耐壓在3V左右，所以發光二極管與1K的電阻串聯。由于芯片和二極管對脈沖周期的敏感性與延時性，選擇555外圍的R1為10K，R2為10nF。再在電源側安裝了一個總開關，在7490上裝了一個復位按鈕。整個電路原理圖如下:圖2.4-1T=C(R1+2*R10)ln2=0.7(R1+2*R10)CF=1/T=1.43/(R1+2R10)C=70HZF為70HZ在芯片和二極管的接受范圍內，根據上文對7490和74138的簡介，7490接成八進制，先確保它工作在十進制的狀態下〔1腳接12腳〕，然后再當計數器加到1000是在異步清零〔11腳接2、3腳〕。74138的三個輸入分別接7490的后三個輸出，由于沒有譯碼器的串聯使用，其三個使能端分別G2接高電平，～G2A～G2B都接低電平，八個輸出依次接上八個電阻和一個發光二極管，在原理上確定了電路的可行性。3．系統的制作與測試3.1運用multisim仿真在原理圖確定之后，就通過Multisim軟件仿真。把每個原件都從元件庫里調出來，排好順序后，依次連線。通過測試的到555輸出腳的脈沖波形如下列圖。最后的到的正確的仿真圖如上圖。在接通開關J1A后，八路彩燈循環顯示，按下按鈕J3，彩燈復位，重新從D1開始依次循環點亮。3.2運用Protel制作PCB首先在Protel中連好電路圖〔如圖3.2-1〕，找不到對應的芯片的自己編輯一個，然后設置參數名稱和分裝號，建立網絡列表，接著畫PCB板，調整原件位置時使連線盡量短，還要盡量防止線的交叉，最后布線，觀察3D視圖〔如圖3.2-2,3.2-3〕。3.3元件焊接如圖此次課程設計的設計與制作，讓我了解了制作電路的程序，也讓我回憶了所學的知識，對自己所學有了更深入的了解。課程設計本身要求將以前所學的理論知識運用到實際的電路設計當中，無形中便加深了我們對模數電路的了解及運用能力，對課本以及以前學過的知識有了一個更好的總結與理解。設計接近生活生產實際的物品，使我學會將理論與實際相結合起來思考，擺脫了純理論的空架子。在設計制作過程中，我接觸到了許多平日里常見卻不曾理解的電路原理，也補充了許多平日里忽略的生活知識。電路仿真的進行，讓我對Multisim、Protel等軟件又有了進一步的認識，在仿真過程中，VDD只能用10V電源才能帶動，并且復位開關達不到預期的仿真效果。但做出實物后5V就可以點亮彩燈，且復位按鍵能到達預期效果。在仿真的過程中還出現了其他一些問題，讓我必須細心、耐心的去對待，在同學的幫助下，我對電路故障的排查能力有了很大的提高。總之此次課程設計讓我既溫故又知新。此次設計鍛煉了我們的動手能力，讓我深