課程設計說明書
題目： 迴圈彩燈電路設計
課程名稱：數字電子技術
學院：電子資訊與電氣工程學院
學生姓名： 張濤
學號：201102010111
專業班級：自動化2011級2班
指導教師： 翟亞芳
2013 年 6 月 5 日
課程設計任務書
迴圈彩燈
摘要：設計製作了乙個迴圈彩燈控制電路，該電路可以控制8個彩燈迴圈點亮，每個彩燈點亮時間為1秒。控制電路主要由555定時器、加法計數器74ls161、與非門74ls00、74ls05反相器、移位暫存器74ls164組成。
555定時器構成多諧振盪器，產生時鐘訊號。移位暫存器執行移位。加法器對時鐘訊號進行計數。
關鍵詞：555定時器；移位暫存器；加法計數器；反相器；電路**
目錄1.設計背景1
1.1了解數位電路系統的定義及組成1
1.2掌握時鐘電路的作用及基本構成1
2.設計方1
2.1任務分析1
2.2方案論證2
3.方案實施2
3.1原理圖設計2
3.2電路**4
4.結果與結論5
4.1pcb製作5
4.2安裝與除錯6
5.收穫與致謝6
6.參考文獻7
7.附件7
7.1電路原理圖7
7.2pcb佈線圖7
7.3元器件清單8
1. 設計背景
1.1了解數位電路系統的定義及組成
數字電子技術是資訊、通訊、計算機、自動控制等領域工程技術人員必須掌握的基本理論和技能。數位電路系統的主要內容：數制、邏輯閘電路、邏輯代數、組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、脈衝波形、數字系統設計、數模模數轉換電路、半導體儲存器等。
數位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訊號轉換成數碼訊號，其形式包括各種輸入介面電路。比如數字頻率計中，通過輸入電路對微弱訊號進行放大、整形，得到數位電路可以處理的數碼訊號。
模擬訊號則需要通過模數轉換電路轉換成數碼訊號再進行處理。
1.2掌握時鐘電路的作用及基本構成
時鐘電路是數位電路系統中的靈魂，它屬於一種控制電路，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盪電路及經分頻後形成各種,時鐘脈衝的電路。比如多路可程式設計控制器中的555多諧振盪電路，數字頻率計中的基準時間形成電路等都屬於時鐘電路。
設計時鐘電路，應根據系統的要求首先確定主時鐘的頻率，並注意與其他控制訊號結合產生系統所需的各種時鐘脈衝。
2.設計方案
2.1任務分析
充分了解迴圈彩燈設計要求，明確迴圈彩燈設計系統的全部功能、要求及技術指標；熟悉處理訊號與控制物件的各種引數、關係和特點。根據迴圈彩燈的原理構思總體設計方案。為了控制整個電路的訊號輸入，需要用到55定時器和設計需要的電阻和電容一起構成週期為一秒的時鐘訊號發生器，從而為整個電路提供所需要的連續時鐘訊號。
為了實現對輸入脈衝的計數，需要用到計數器，為了實現移位需要用到移位暫存器。為了將訊號輸出來，需要用到八個發光二極體。
2.2方案論證
本次課程設計中，為了產生時鐘脈衝訊號，需要用到多諧振盪器，多諧振盪器是一種自激振盪器，在接通電源後不需要外加觸發訊號，便能自動地產生時鐘脈衝，它可以由多鐘方式構成，如對稱式多諧振盪器，環形振盪器，用施密特觸發器構成的多諧振盪器，石英多諧振盪器，用555定時器構成的多諧振盪器，其中環形振盪器結構簡單，是利用延遲負反饋產生振盪的。其它幾種多諧振盪器雖然各有特點與功能，但由於本次課程設計中所給器材有限，所以選用555定時器構成多諧振盪電路來產生設計中的時鐘脈衝訊號；需要計數器的清零端與其高位輸出端相接，然後由三個低位輸出端輸出二進位制訊號0—7的迴圈：移位暫存器實現從左到右的順序移動，從而實現彩燈的閃爍。
3. 方案實施
3.1原理圖設計
1、時鐘電路設計
選擇合適的數字器件，應用dxp或multisim繪製電路圖。555整合時及電路一種數字、模擬混合型的中規模積體電路，可連線成多諧振盪電路，產生單位脈衝，用於觸發計數器。555定時器的邏輯符號圖如圖1所示。
圖1 555定時器的邏輯符號圖
555定時器可以很方便地構成多諧振盪器，由555定時器產生週期為1s時鐘訊號。根據振盪週期計算公式可得，該電路的振盪週期為1s。
圖2 由555定時器構成的時鐘訊號產生電路
2、驅動電路設計
由加法計數器74ls161和移位暫存器74ls164、與非門74ls00組成，用以驅動發光二極體正常工作，並且在時鐘電路的控制下讓八個發光二極體迴圈工作。設計原理：把555定時器的輸出端接74ls161計數器的加數計數器端，將74ls161計數器的輸出端分別接74ls164移位暫存器的輸出端，再把74ls164移位暫存器的8個輸出端分別接8個彩燈。
這樣就完成了迴圈彩燈的迴圈控制。驅動電路圖如圖3所示
圖3 驅動電路圖
3、輸出電路設計
輸出電路有8個發光二極體和1個100ω的電阻組成。輸出電路如圖4所示。
圖4 輸出電路圖
3.2電路**
在各單元電路設計的基礎上，按照總體電路圖在**軟體multisim上一一選擇晶元並進行連線，然後啟動開關觀察。將電路在multisim上連線好後，為各個電阻和電容選取適當值，為各個開關設定好適當的鍵盤開啟數值連線，然後開啟multisim的開關，根據彩燈的閃爍情況判斷電路是否正常。通過**，我們的電路原理圖無誤，可以製板。
**圖如圖5所示，波形圖如圖6所示。
根據**結果可知電路原理無誤，可以進行pcb板佈線。
圖5 **圖
圖6 波形圖
4. 結果與結論
4.1 pcb製作
在佈線前要在dxp中完成對電路圖個元件的封裝。在封裝時，要注意，因為對於同乙個元件可能有多種封裝方式。封裝時根據所給元件的型別選擇合適的封裝對各個元件進行封裝。
封裝完成後，把原理圖匯入pcb板。匯入pcb板後，再對元件的位置重新手動擺放，使盡量少的線重疊，以減少佈線時的跳線出現，我們最後剩4根不可減少的跳線，當然在設計允許的範圍內。
4.2安裝與除錯
在安裝上，我們要注意發光二極體有沒有插反，我們第一次將兩電容安反了，出現不迴圈，然後換過來就好了，安裝好所有的晶元和電路原件後，按照電路圖逐一檢查電路有沒有漏焊的問題，接下來用萬用表逐一檢查有沒有虛焊或線路斷路或線路短路。**路沒有問題的情況下連線電源除錯，之後用電源逐個模組進行檢查。電路板可以正常工作，達到了預期效果
5. 收穫與致謝
在課程設計的過程中，較多的時間是用來查閱資料，因為還是第一次做電子課程設計，查書，查課本，通過電子線路課程設計，我了解了電子產品設計的一般過程，掌握電子線路設計的基礎方法和一般過程，能用**軟體對電子線路進行**設計，能用portel等軟體繪製pcb圖，掌握了電子電路除錯的方法，能解決設計與除錯過程**現的一般問題，能正確選用元器件與材料，能對所設計電路的指標和效能進行測試並提出改進意見，能查閱各種有關手冊和正確編寫設計報告。在學完《模擬電子技術基礎》和《數字電子技術》課程之後，我已經具有了一定的理論基礎，實踐技能和自學能力。在複習和課程設計任務有關的單元電路，理清頭緒，按照電子電路的一般設計步驟進行設計。
本次課程設計是三人一組，在設計過程中我們相互討論、相互啟發、共同努力，這讓我們認識到團隊協作的重要性。
這次課程設計要特別感謝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
[1] 童詩白.模擬電子技術基礎[m].北京：高等教育出版社，2005.
[2] 秦長海，張天鵬，翟亞芳.數字電子技術[m].北京：北京大學出版社，2012.
[3] 邱關源，羅先覺.電路（第五版）[m].北京：高等教育出版社，2006.
[4] 閻石.數字電子技術（第五版）[m].北京：高等教育出版社，2005.
7. 附件
7.1 電路原理圖
電路原理圖如圖7所示
圖7 電路原理圖
7.2 pcb佈線圖
pcb佈線圖如圖8所示
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