数字电路课设--彩灯循环控制电路设计

数字电子技术课程设计报告题目名称：彩灯循环控制电路设计姓名：程小松学号：150712162班级：15电本6班指导教师：X媛XX工程技术学院信息工程与自动化系数电课程设计任务书一、设计题目：彩灯循环控制电路设计二、设计任务：1）巩固和加强《数字电子技术基础》课程的理论知识；2）掌握电子电路的一般设计方法，了解电子产品研制开发过程；3）掌握电子电路安装和调试及故障排除方法，学会用Multisim软件对进行电路仿真操作；4）通过查阅手册和文献资料，提升独立分析问题和解决问题的能力；5）培养创新能力和创新思维。

三、设计报告：1、格式要求：⑴页面：A4，上下左右页边距2.0厘米。

⑵题目：小二黑体加粗；大标题：三号黑体加粗；小标题：小四黑体加粗；正文：五号宋体。

⑶页码：底部居中。

2、报告内容：1.封面2.内容提要3.正文1)设计要求2)题目分析3）设计思路与原理4）电路图的仿真5）心得体会6）参考文献四、进度安排：五、参考资料：[1] 康华光.电子技术基础-数字部分[M].华中理工大学教研室.[2] 高吉祥.电子技术基础-实验与课程设计[M]. 电子工业.[3] 付子仪.电子技术课程指导书[M]. XX理工大学.目录一、内容提要1二、课程设计目的错误!未定义书签。

三、课程设计要求1四、电路组成框图2五、元器件清单3六、各功能块电路图36.1 脉冲信号发生器36.1.1 555定时器36.1.2 多谐振荡器56.2 顺序脉冲发生器66.3 彩灯循环系统96.4仿真电路总图12七、结果分析12八、总结1一、内容提要本次电路设计利用555定时器、计数器等设计LED彩灯控制电路。

通过按键实现如下循环特性：当按键没有按下时8个彩灯交叉循环点亮：即在前四秒内第1、3、5、7盏灯依次点亮、后四秒内8、6、4、2盏灯依次点亮，而当按键按下一次后（按下两次等效于没有按下），实现8盏灯依次循环点亮（产生灯光追逐音乐、活跃气氛的效果），并设计成同步电路模式。

用555定时器设计的多谐振荡器来提供时序脉冲，其优点是在接通电源之后就可以产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器，而不需要再外加输入信号。

由于555定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，这样就使多谐振荡器产生的振荡频率受电源电压和环境温度变化的影响很小。

之后脉冲信号输入到计数器，同时将计数器输出端QC、QB、QA接到译码器的输入端，当译码器输出电平为低电平时，与其相连接的LED会变亮。

LED采用共阳极连接，并串上500Ω的电阻。

电路由按键SPST_NC_SB控制，使彩灯进入到不同的循环模式。

电路图连接好后，经Multisim软件调试测试，电路可以实现设计要求，即实现从题中要求的交叉循环显示和音乐序列的循环显示。

整体电路采用同步电路模式，采用TTL集成电路，电压V cc均为5V。

运用了所学的555定时器、译码器、计数器与逻辑门电路等相应的电路器件，提高了对于数字电子技术这门专业基础课的认识与理解，在实践中发现不足，努力改正，提高了我自学、创新等能力，同时我们也掌握了相应设计电子电路的能力，有利于今后对于专业课程的学习。

关键词：555定时器计数器译码器彩灯循环控制2．课程设计要求1）提出设计方案；要根据指导教师布置的课题，学会找参考书籍、查阅手册、图表和文献资料等。

通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法；2）通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法；3）学习电子设计自动化EDA（Electronic Design Automation）工具Multisim并设计电路图，功能仿真；4）掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力，能在教师指导下，完成课程任务。

按任务要求，设计电路，计算参数，选择元器件。

根据所设计的电路和所选择的元器件制板，焊接安装电路，并按照调试步骤进行调试。

逐步排除故障最终达到设计要求；5）撰写设计报告，写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸及心得体会了解与课题有关的电子线路以及元器件工程技术规X。

6）培养严肃认真的工作作风和科学态度。

通过课程设计实践，逐步建立正确的生产观念、工程观念和全局观点；7）利用555定时器、计数器等设计LED彩灯控制电路。

要求有原理电路、EDA仿真和实际电路；8）彩灯循环控制的功能要求为：通过按键实现如下循环特性，当按键没有按下时8个彩灯交叉循环点亮，即在前四秒内第1、3、5、7盏灯依次点亮，后四秒内8、6、4、2盏灯依次点亮，而当按键按下一次后（按下两次等效于没有按下），实现8盏灯依次循环点亮（产生灯光追逐音乐、活跃气氛的效果）；9）要求设计成同步电路模式；10）参考器件：该电路可由555定时器、同步4位二进制计数器74HCl61，3线-8线译码器／分配器74HC138等组成。

也可由学生自行选择器件。

3．电路组成框图图1 基本电路框架原理图4.元器件清单表1 元器件清单一览表型号名称数量555定时器（LM555CM）脉冲信号发生器 174LS161D 16进制加法计数器 174LS138N 3线—8线译码器 274LS08D 四2输入与门 2LED 发光二极管8SPST_NC_SB 按键 1电容2(1μF、10nF)电阻3(500Ω、442kΩ、500kΩ) 5．各功能块电路图5.1 脉冲信号发生器5.1.1 555定时器555定时器是由比较器C1和C2，基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。

VH是比较器C1的输入端，v12是比较器C2的输入端。

C1和C2的参考电压VR1和VR2由VCC经三个五千欧电阻分压给出。

在控制电压输入端VCO悬空时，VR1=2/3VCC，VR2=1/3VCC。

如果VCO外接固定电压，图2 555定时器逻辑符号则VR1=VCO，VR2=1/2VCO。

RD是置零输入端。

只要在RD端加上低电平，输出端v0便立即被置成低电平，不受其他输入端状态的影响。

正常工作时必须使RD处于高电平。

图2中的数码1—8为器件引脚的编号。

555定时器是一种中规模集成电路，如图3所示，只要在外部配上适当阻容元件，就可以方便地构成脉冲产生和整形电路。

图3 555定时器内部结构图(A) 电路组成555集成定时器由五个部分组成:1) 基本RS 触发器：由两个“与非”门组成 2) 比较器：C1、C2是两个电压比较器3) 分压器：阻值均为5千欧的电阻串联起来构成分压器，为比较器C1和C2提供参考电压。

4) 晶体管开卷和输出缓冲器：晶体管VT 构成开关，其状态受Q 端控制。

输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3，其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。

(B) 基本功能当0=R 时，1=Q ，输出电压OL o V V =为低电平，VT 饱和导通。

当1=R 时，CCTH V V 32>时，CC TR V V 31>时，C1输出低电平，C2输出高电平，1=Q ，Q ＝0，OLo V v =，D T 饱和导通。

当1=R 、CC TH V V 32<、CCTR V V 31>时，C1、C2输出均为高电平，基本RS 触发器保持原来状态不变，因此ov 、VT 也保持原来状态不变。

当1=R 、CC TH V V 32<、CCTR V V 31<时，C1输出高电平，C2输出低电平，0=Q ，Q＝1，OHo V v =，VT 截止。

表2 555定时器逻辑功能表输 入 输 出 阈值输入(vI1)触发输入(vI2)触发输入(vI2)输出()放电管T ××0 0 导通 1 1 截止 1 0 导通1不变不变5.1.2 多谐振荡器产生信号脉冲的方法很多，这里选用的是多谐振荡器。

它可以在接通电源后产生一定频率和一定幅值的矩形波，用作脉冲信号源。

由于555定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路行式，用555定时器组成的多谐振荡器振荡频率手电源电压和温度变化的影响很小，使产生的波形更稳定，所以我们选用555定时器组成多谐振荡器。

其内部结构如图4所示：图4 多谐振荡器内部结构图接通电源后，电容C1被充电，当Vc上升到2/3Vcc时，使Vo为低电平，同时555定时器内部的放电三极管T导通，此时电容C1通过R2和三极管放电，Vc下降。

当Vc下降到1/3Vcc时，Vo翻转为高电平。

电容C1放电所需时间为T2=R2*C1*ln2≈0.7R2*C1当放电结束是，T截止，Vcc通过R1、R2 及电容C1充电，Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc 所需时间，即为电容C1充电所需时间为T1=(R1+R2)*C1*ln2≈0.7(R1+R2)*C1当Vc上升到2/3Vcc时，电路又翻转为低电平。

如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。

T=(R1+2R2)*C1*ln2≈0.7(R1+2R2)*C1其工作波形如图5所示：图5 多谐振荡器工作波形电容C2取10nF，将电源Vcc中杂质成分滤除，起到抗干扰作用。

考虑到彩灯循环点亮的时间要求，故设计出多谐振荡器的振荡周期为1s，即振荡频率为1Hz。

由于T=(R1+2R2)*C1*ln2≈0.7(R1+2R2)*C1=1s，取C1=1μF，可得R1+2R2=1442 kΩ，取R1=442kΩ，R2=500kΩ。

占空比q=( R1+R2)/ (R1+2R2) ≈0.65，将各原件按照电路图所示与555定时器相连接，即得到所需多谐振荡器，从而产生脉冲信号。

5.2 顺序脉冲发生器在设计中需要系统按照事先规定的顺序进行一系列的操作。

这就要求统的控制部分能给出一组在时间上有一定先后顺序的脉冲信号，再用这组脉冲形成所需要的各种控制信号。

顺序脉冲发生器就是用来产生这样一组顺序脉冲的电路。

本题采用计数器和译码器组合成顺序脉冲发生器，其电路图如图6所示。

所示电路是用4位同步二进制计数器74LS161和3线－8线译码器74LS138构成顺序脉冲发生器电路。

图中以74LS161的低3位输出QC、QB 、QA 作为74LS138的3位输入信号。

由74LS161的功能表可知，为使电路工作在计数状态，LOAD、CLR、ENP和ENT均应接高电平。

由于它的低3位触发器是按八进制计数器连接的，所以在连接输入CLK信号的情况下，QC QB QA 的状态将按000一直到111 的顺序反复循环，并在译码器输出端依次输出Y0’至Y7’的顺序脉冲。

图6 顺序脉冲发生电路按照题目要求，通过按键实现如下循环特性，当按键没有按下时8个彩灯交叉循环点亮，即在前四秒内第1、3、5、7盏灯依次点亮，后四秒内8、6、4、2盏灯依次点亮，而当按键按下一次后（按下两次等效于没有按下），实现8盏灯依次循环点亮（产生灯光追逐音乐、活跃气氛的效果）。