循环彩灯课程设计

成绩

课程设计说明书

题目：循环彩灯电路设计

课程名称：数字电子技术

学院：电子信息与电气工程学院

学生姓名：李倩

学号：0025

专业班级：电子信息工程2011级1班

指导教师：翟亚芳

2013 年6 月7 日

课程设计任务书

循环彩灯

摘要：设计制作了一个循环彩灯控制电路，该电路可以控制8个彩灯从左到右依次点亮，然后依次熄灭，点亮和熄灭的时间间隔为1秒。电路主要由555定时器、同步十六进制加法计数器74LS161和8位串行输入、并行输出移位寄存器74LS164以及2输入端4与非门74LS00组成。555定时器可以产生振荡周期为1秒的时钟信号；74LS161对时钟信号进行加法计数；74LS00对74LS161产生的信号进行取反，74LS164对74LS00输出的信号移位寄存输出并驱动对应的发光二极管工作，使其可以达到可以依次点亮依次熄灭的目的。

关键词：555定时器；加法计数器；反相器；移位寄存器；

目录

1. 设计背景 (1)

了解数字电路系统和数字电路的定义和组成 (1)

掌握时钟电路的作用及基本构成 (1)

2. 设计方案 (1)

任务分析 (1)

方案论证 (2)

3. 方案实施 (2)

原理图设计 (2)

电路仿真 (4)

PCB制作 (5)

安装与调试 (6)

4. 结果与结论 (6)

5. 收获与致谢 (6)

6. 参考文献 (7)

7. 附件 (7)

电路原理图 (8)

仿真图 (8)

PCB布线图 (9)

实物图 (10)

元器件清单 (11)

1. 设计背景

了解数字电路系统和数字电路的定义和组成

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。

数字电路是用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路，又叫数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

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，整个系统都在它的控制下按一定的规律工作。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

任务分析

根据课程设计要求，设置彩灯数量为8个，8个彩灯从左到右依次点亮，然后依次熄灭，点亮和熄灭的时间间隔为1秒。要想达到这样的目的，我们应该用什么样的元器件呢首先8个彩灯要依次亮，时长为一秒，因此我们必须要找一个能提供周期为一秒的

脉冲信号，多谐振荡器可以满足，多谐振荡器可以产生相应的时钟脉冲，产生时钟脉冲后，要想办法将脉冲计数，这样才能控制八个LED灯，因此这时可以接一个74LS161加法计数器，除了要控制八个灯，还要使八个灯依次点亮，依次熄灭，因此还需要一个移位寄存器，74LS164可以满足我们的条件，因为74LS161的Q4端口依次输出的是00000000，而别的端口的信号不能满足这样，而且我们后面的电路二极管是共阳极的，为了使其先出现，所以用一个反相器74LS00将其反一下。然后用移位寄存器将产生的信号进行移位，使LED灯产生依次点亮依次熄灭的结果。

方案论证

电路结构框图如图1所示。

图1 电路结构框图

3. 方案实施

原理图设计

1、时钟电路设计

555集成定时电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，可连接成多谐振荡电路，产生时钟脉冲信号，用于触发计数器。其振荡周期由R1，R2和C1、C2决定，方便计算,调节555定时器构成的时钟信号产生电路如图2所示。根据振荡周期计算公式2

ln

)2

2

1

(C

R

R

T+

=可得，该电路的振荡周期为1s，因此可以计算出555定时器中需要47KΩ、51KΩ电阻和10nF、10uF的电容。

图2 多谐振荡器

2、驱动电路设计

由74LS161加法计数器、74LS00与非门和74LS164移位寄存器组成,用以驱动发光二极管正常工作，并且在时钟电路的控制下让八个发光二极管根据要求工作。

设计原理：74LS161可以将多谐振荡电路产生的脉冲进行计数，是为了能够控制八个LED灯，然后用74LS00将74LS161产生的信号进行反相，是为了使传入74LS164的脉冲为，然后将74LS00传入的脉冲进行移位，这样就可以使得LED灯依次点亮依次熄灭。驱动电路图如图3所示。

图3 驱动电路图

3、输出电路设计

输出电路有8个发光二极管和2个100Ω的电阻和一个低电平组成。只有当从驱动电路过来的是高电平，才可以让发光二极管导通发光。输出电路如图4所示。

图4 输出电路

电路仿真

在各单元电路设计的基础上，按照总体电路图在仿真软件Multisim上一一选择芯片并进行连接，然后启动开关观察。将电路在Multisim上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，为各个开关设置好适当的键盘打开数值连接，然后打开Multisim的开关，根据彩灯的闪烁情况判断电路是否正常。用555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率理论值为1Hz，可能因为电压的不稳定，在开始时彩灯亮的时间并不为1s，而且亮灯不稳定，在经过我们的仔细检查修改之后，彩灯按照时长为1秒进行依次发亮。根据仿真结果可知电路原理无误，可以进行PCB板布线。仿真图如图5所示，多谐振荡器产生的脉冲信号如图6所示。