循环彩灯设计报告

课程设计说明书

课程名称：数字电子技术

设计题目：循环彩灯

院系：电子信息与电气工程学院

学生姓名：安永军

学号： 201002040062

专业班级：电气工程及其自动化10-1

指导教师：张天鹏翟亚芳杨欣

2012年5月25日

课程设计任务书设计题目循环彩灯

学生姓名安永军所在院系电子信息与电

气工程学院

专业、年级、班

电气工程及其自

动化10-1

任务要求：

1、设计制作一个循环彩灯电路。

2、彩灯数量为8个，8个彩灯依次闪烁，彩灯亮灯时间为1秒。

学生应完成的工作：设计循环彩灯的工作原理，并利用Multisim软件进行电路仿真。利用DXP 软件绘制电路原理图，并设计制作电路的PCB板。根据设计原理对电路进行安装、调试，完成课程设计工作，并提交课程设计报告。

参考文献阅读：

[1]张天鹏 Multisim 09、DXP 09视频教程[M].

[2]童诗白华成英 .模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2005.

[3]程勇 .实例讲解Multisim 10 电路仿真[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[4]邱关源，罗先觉.电路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5]阎石.数字电子技术（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005.

[6]谷树忠刘文洲姜航.Altium Designer教程——原理图、PCB设计与仿真[M].北京：电子工业出版社， 2010.

工作计划：5月14号—16号用 Multisim完成电路原理的设计及仿真；5月17号—18号用Altium Designer设计原理图和PCB设计；5月21号制作PCB板；5月22号--5月23 号发放元器件，安装焊接电路板；5月24号—25号电路板调试，提交课程设计报告。

任务下达日期：2010 年 5 月14 日

任务完成日期：2010 年 5 月25 日

指导教师（签名）：学生（签名）：安永军

循环彩灯

摘要：设计了一个循环彩灯控制电路，该电路具有彩灯8个，8个彩灯依次闪烁，彩灯亮灯时间为1秒。其中，脉冲电路用555定时器组成的多谐振荡器实现；计数电路用74LS192N双时钟可逆计数器实现；编译电路用74LS138N译码器实现；显示电路用八种不同颜色的发光二级管实现。

关键词：循环彩灯；脉冲时钟信号；循环闪烁；定时电路

目录

1.设计背景 (1)

1.1了解数字电路系统的定义及组成 (1)

1.2掌握时钟电路的作用及基本构成 (1)

2.设计方案 (1)

2.1任务分析 (1)

2.2方案论证 (2)

3.方案实施 (2)

3.1原理图设计 (2)

3.2电路仿真 (5)

3.3 PCB制作 (8)

4.结果与结论 (9)

5.收获与致谢 (9)

6.参考文献 (10)

7.附件 (10)

7.1电路原理图 (10)

7.2 PCB布线图 (10)

7.3元器件清单 (11)

1. 设计背景

1.1了解数字电路系统的定义及组成

数字电路是利用数字信号和模拟信号对电路的功能作用进行控制。数字信号通常是用数码形式给出的，用不同的数码表示不同的数量、不同的事物或事物的不同状态。用一定的规则编制这些数码，组成不同的逻辑代码，控制不同的逻辑电路。数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号，其形式包括各种输入接口电路。比如数字频率计中，通过输入电路对微弱信号进行放大、整形，得到数字电路可以处理的数字信号。模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再进行处理。在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性质，接口的条件，以设计合适的输入接口电路。

1.2掌握时钟电路的作用及基本构成

时钟电路是数字电路系统中的灵魂，它属于一种控制电路，按照不同的设计要求产生不同的有规律的时钟信号，控制整个系统按一定的规律工作。时钟电路由时钟电路包括主时钟振荡电路及经分频后形成各种时钟脉冲的电路。比如多路可编程控制器中的 555 多谐振荡电路，数字频率计中的基准时间形成电路等都属于时钟电路。设计时钟电路，应根据系统的要求首先确定主时钟的频率，并注意与其他控制信号结合产生系统所需的各种时钟脉冲。

2. 设计方案

2.1任务分析

通过分析实验设计要求，可知此设计电路中有三部分组成，即时钟脉冲、计数部分和翻译部分。

根据实验要求需要让八个彩灯循环亮，并且每个灯都要亮一秒钟。在第一个灯亮一秒后第二个灯开始亮，第二个灯亮一秒后第三个灯亮，如此依次亮到第八个灯，第八个灯亮一秒后第一个灯亮如此循环。分析可知电路中需要一个，连续发出周期为一秒钟的信号脉冲。所以电路设计中要有时钟脉冲电路。

设计要求，八个灯需要依次亮，如此可知电路中还需要有一个八进制的加法计数器或减法计数器，

计数器输出的连续信号为二进制代码，只有四个输出端口，不能直接驱动负载二极

管组成设计需求的八个灯循环连闪。要将计数器输出的二进制代码转换成八个高低电平信号，来控制灯的亮或灭。所以电路中要有一个3线-8线译码器。译码器输出的是八个高低电平，需要采用发光二极管来实现不同颜色的发光灯，如此译码器翻译出来的高低电平信号便可转换成光信号表现出来。

2.2方案论证

脉冲时钟信号：据数字电子技术中多谐振荡器和555定时器的设计原理和应用可知，该设计电路的时钟脉冲，可由一个555定时器与外接元器件组成的振荡电路来产生一秒钟的低电平时间信号脉冲。

计数部分：由于这次设计需要的是八进制计数器，而现实中又没有现成的八进制计数器，根据学过数字电子技术基础可知，八进制计数器可以有十进制计数器进行改装而成，这次试验中我们可以选择74LS192N双时钟十进制可逆计数器来设计改装成八进制计数器，即可以实现八进制加法计数又可以实现八进制减法计数。

译码部分：设计要求是，实现八个彩灯的循环，可用74LS138N 3线-8线译码器将计数器输出的三位二进制代码翻译成相应的高低电平。由高低电平来控制发光二级管的亮或灭。

3. 方案实施

3.1原理图设计

脉冲时钟信号：555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路，该电路巧妙地将模拟功能与逻辑功能结合在一起，具有使用灵活、方便的特点，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器与电子玩具等许多领域中得到广泛应用。用555定时器设计的多谐振荡器如图1所示。…… T1＝0.7（R1＋R2）C1

T2＝0.7R2C1

T＝T1+T2＝0.7（R1＋2R2）C1

图中555定时器和外接元件 R1、R2、C1、C2构成多谐振荡器，图中所示电路没有稳态，仅有两个暂态，电路也不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2向C1充电，