摘要：設計乙個迴圈彩燈控制電路，該電路實現了讓八個彩燈迴圈閃爍的功能，並且迴圈閃爍的時間為1秒。其中，閃爍時間由555定時器這樣的時鐘電路產生週期為1秒的脈衝所控制；彩燈的迴圈閃爍由十進位制計數器接受定時器產生的脈衝所控制；彩燈顯示功能由三線八線解碼器實現，輸出分配資料直接控制燈的閃爍。
用multisim 10對設計電路進行**可得到八個發光二極體迴圈閃爍的結果。
關鍵詞：迴圈彩燈；555定時器；計數器；解碼器；發光二極體
1.設計背景2
了解數位電路系統的定義及組成2
掌握時鐘電路的作用及基本構成2
2.設計方案2
任務分析2
方案論證3
3.方案實施3
原理圖設計3
電路**7
pcb製作8
4.結果與結論8
5.收穫與致謝9
6.參考文獻9
7.附件9
電路原理圖10
pcb佈線圖11
元器件清單11
1. 設計背景
了解數位電路系統的定義及組成
用數碼訊號完成對數字量進行算術運算和邏輯運算的電路稱為數位電路，或數字系統。由於它具有邏輯運算和邏輯處理功能，所以又稱數字邏輯電路。數位電路包括數字脈衝電路和數字邏輯電路。
前者研究脈衝的產生、變換和測量；後者對數碼訊號進行算術運算和邏輯運算。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。在設計輸入電路時，必須首先了解輸入訊號的性質，介面的條件，以設計合適的輸入介面電路。
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
任務分析
任務中要實現8個彩燈迴圈閃爍，可以通過解碼器實現。要求又有1秒的時間控制，因此需要乙個時鐘控制電路，555定時器可以產生；又要使八個彩燈依次閃爍且迴圈，故要用可逆計數器來實現乙個加法功能，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迴圈；使用解碼器來進行解碼。
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定時器進行設定，與電阻和電容一起構成週期為一秒的時鐘週期發生器，為電路提供時鐘訊號產生一秒的脈衝，支援整個電路的工作。
二、 驅動電路。可以由74ls192n計數器和74ls138n三線八線解碼器組成用以驅動發光二極體正常工作的電路，並且在時鐘電路的控制下讓八個發光二極體迴圈工作。
三、 輸出電路。由八個發光二極體組成，在驅動電路控制下迴圈工作。
3. 方案實施
原理圖設計
選擇合適的數字器件，應用dxp或multisim軟體繪製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盪器如圖1所示。
圖1 555定時器構成的脈衝發生器電路用555定時器構成的多諧振盪器電路如圖1所示：圖中電容c、電阻r1和r2作為振盪器的定時元件，決定著輸出矩形波正、負脈衝的寬度。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）通過電容接地。
下面圖2是多諧振盪器的工作波形圖。
圖2 多諧振盪器的工作波形圖
電路接通電源的瞬間，由於電容c來不及充電，vc=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vcc對電容c充電，電路進入暫穩態一，此後，電路周而復始地產生週期性的輸出脈衝。多諧振盪器兩個暫穩態的維持時間取決於rc充、放電迴路的引數。
暫穩態ⅰ的維持時間，即輸出vo的正向脈衝寬度t1≈(r1+r2)c；暫穩態二的維持時間，即輸出vo的負向脈衝寬度t2≈。
因此，振盪週期t=t1+t2=(r1+2r2)c，振盪頻率f=1/t。正向脈衝寬度t1與振盪週期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r2>>r1，則d≈1/2，即輸出訊號的正負向脈衝寬度相等的矩形波（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位制可逆計數器，其工作原理是：74192上公升沿觸發，由up，down兩管腳控制加減計數，有非同步置數端loar和非同步復位端clr，bo』和co』分別輸出高電平表示加進制和減進製。由於74192沒有保持腳，故需要外圍電路實現保持功能。
因為74192上公升沿觸發，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(時鐘)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，由脈衝的計數輸入端所定。當置數輸入為「低」時，把所希望的資料送入資料輸入端上，來把每個輸出端預置到兩電平之一。
輸出將符合獨立於計數脈衝的資料輸入的改變。清零輸入在加高電平時，迫使所有輸出端為低電平。清零功能獨立於計數輸入和置數輸入。
清零、計數和置數等輸入端都是緩衝過的。借位和進製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諡時，產生寬度等於遞減計數輸入的脈衝；同樣，進製輸出在計數器上諡時, 產生寬度等於遞加計數輸入的脈衝。
下面是驅動電路的另乙個器件74ls138解碼器所構成的電路圖。
圖4 由74ls138解碼器組成的部分驅動電路
解碼器可以將輸入**的狀態翻譯成相應的輸出訊號，以高、低電平的形式在各自的輸出埠送出，以表示其意願。解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。
常用解碼器輸入、輸出埠數來稱呼解碼器，如3線-8線解碼器，4線-10線解碼器等。74138就是乙個三線-八線解碼器。
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，解碼器輸出y0=0，而y1-y7=1。即y0對應於oe1、oe2a、oe2b為000狀態，低電平有效。
a、b、c為使能控制端，起到控制解碼器是否能進行解碼的作用。只有c輸入為高電平，a和b都為低電平時才能進行解碼，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體和乙個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體要反向放置，下面圖5是此設計的輸出電路圖。
圖5 八個發光二極體組成的輸出電路圖
電路**
在各單元電路設計的基礎上，用multisim軟體把各單元電路連線起來，畫出符合軟體要求的系統整體邏輯電路圖。系統整體電路設計完成後，對系統整體進行**，驗證設計的正確性。本設計的迴圈彩燈**電路圖如下。
圖6 迴圈彩燈的**電路圖
**結果是：八個發光二極體依次閃爍,經過嚴密的時間測量，由於計算資料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。
pcb製作
經過**以後，在dxp軟體中新建電路原理圖在進行編譯執行後，對其進行元件的封裝的選擇，選擇合理的封裝之後在進行pcb佈線。
1、 pcb板佈線
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又有多種封裝方式。封裝時要根據所給元件的型別對各個元件進行封裝。
封裝完成後，把原理圖匯入pcb板後，再對元件的位置重新手動擺放，佈線是要儘量減少交叉重疊的線。觀察元件的三檢視，以保證封裝是正確。
2、 電路板製做
完成佈線後，對pcb圖進行列印輸出，然後再用製板機制板。製板時要盡量使線不要相連，以免製出的板不能使用。製板完成後，要對製好的板進行鑽孔，打磨，直至板合格為止。
3、安裝與除錯
按照列印好的電路圖，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。除錯時可能得不出**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。
除錯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，經過反覆仔細檢查發現線路焊接有兩個點脫焊，修正後需要進一步的檢查與除錯。
多路彩燈實驗報告
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模型製作實習報告
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