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電氣與信息工程學院

課程名稱電子設計與制作實習

學生姓名專業(yè)

題    目循環(huán)彩燈的設計與制作

成    績起止日期2015年11月30日～2015年12月13日

目   錄   清   單

2015-2016學年第一學期

完成期限：2015年 11月 30日～2015年 12月 13日共2周

2015年11月20日

• 設計任務及要求
  

要求設計一個循環(huán)彩燈，采用8個LED，實現(xiàn)順序/逆序流水，LED交替頻率可調。自行設計電源部分，為電路板提供直流電源。自行設計信號發(fā)生部分，為電路板提供工作頻率。根據(jù)技術指標進行循環(huán)彩燈總體方案設計，說明設計思路，選擇相應的元器件型號，列出元器件清單，介紹主要芯片的功能，介紹各具體單元電路設計，畫出完整的電路原理圖、PCB圖。

• 設計思路
  

通過分析實驗設計要求，可知此設計電路中有三部分組成，即時鐘脈沖產生部分、計數(shù)部分和譯碼部分。  根據(jù)實驗要求需要讓八個彩燈循環(huán)亮，并且循環(huán)速度可以調，方向可改變。在第一個燈亮后第二個燈開始亮，第二個燈亮后第三個燈亮，如此依次亮到第八個燈，第八個燈亮后第一個燈亮如此循環(huán)。分析可知電路中需要連續(xù)發(fā)出周期可調的信號脈沖，所以電路設計中要有時鐘脈沖電路。設計要求八個燈需要依次亮，如此可知電路中還需要有一個八進制的計數(shù)器，由于還需要方向可切換，因此需要可逆計數(shù)器。計數(shù)器輸出的連續(xù)信號為二進制代碼，只有四個輸出端口，不能直接驅動負載二極管組成設計需求的八個燈循環(huán)連閃。 要將計數(shù)器輸出的二進制代碼轉換成八個高低電平信號，來控制燈的亮或滅。所以電路中要有一個3線-8線譯碼器。譯碼器輸出的是八個高低電平，需要采用發(fā)光二極管來實現(xiàn)不同顏色的發(fā)光燈，如此譯碼器翻譯出來的高低電平信號便可轉換成光信號表現(xiàn)出來。

• 各單元電路說明
  

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變壓器輸出9V電壓經整流橋整流，電容濾波之后，輸入7805線性穩(wěn)壓集成芯片，經穩(wěn)壓，輸出5V直流電壓，再經電容濾一次波，作為電路的工作電壓。

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555定時器是一種多用途的單片中規(guī)模集成電路，該電路巧妙地將模擬功能與邏輯功能結合在一起，具有使用靈活、方便的特點，只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器，因而在波形的產生與變換、測量與控制、 家用電器與電子玩具等許多領域中得到廣泛應用。用555定時器設計的多諧振蕩器如上圖所示。……         

T1＝0.7（R1＋R2）C1

T2＝0.7R2C1

T＝T1+T2＝0.7（R1＋2R2）C1

圖中555定時器和外接元件  R1、R2、C1、C2構成多諧振蕩器，圖中所示電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅有兩個暫態(tài)，電路也不需要外加觸發(fā)信號，利用電源通過R1、R2向C1充電，以及C1通過R1放電，使電路產生激蕩。

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74LS193是雙時鐘方式的八進制可逆計數(shù)器，其工作原理是：74193上升沿觸發(fā)，由UP，DOWN兩管腳控制加減計數(shù)，有置數(shù)端LD和復位端CLR，BRW和CO分別輸出高電平表示加進位和減進位A,B,C,D為置數(shù)輸入端口。QA,QB,QC,QD為計數(shù)數(shù)據(jù)輸出端口。由于138譯碼器只需要3個輸入端，因此計數(shù)器只用到ABC三個低位輸入端，最高位通過開關連接到CLR清零端。

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此次實驗運用了74LS138N  3線-8線譯碼器，如上圖所示 有三個輸入端即A、B、C，它們共有8種狀態(tài)的組合，由二進制代碼表示，二進制代碼的高低排位為C、B、A的順序。輸入二進制代碼即可譯出對應的8個輸出電平信號Y0～Y7,輸出信號為低電平有效（即只有一個通道的輸出是低電平，其余通道輸出全是高電平）。例如輸入端送進代碼000，輸出端Y0被選中為低電平0，其余都是高電平1。譯碼器設置了G1、G2A、G2B 3個使能輸入端，由功能表知當G1=1，且G2A=G2B=0時，譯碼器處于工作狀態(tài)。

• 總電路說明
  

時鐘部分：據(jù)數(shù)字電子技術中多諧振蕩器和555定時器的設計原理和應用可知，該設計電路的時鐘脈沖，可由一個555定時器與外接元器件組成的振蕩電路來產生時間信號脈沖。計數(shù)部分：由于這次設計需要的是八進制計數(shù)器，這次試驗中我們可以選擇74LS193N雙時鐘八進制可逆計數(shù)器來設計，即可以實現(xiàn)八進制加法計數(shù)又可以實現(xiàn)八進制減法計數(shù)。  譯碼部分：設計要求是，實現(xiàn)八個彩燈的循環(huán)，可用74LS138N 3線-8線譯碼器將計數(shù)器輸出的三位二進制代碼翻譯成相應的高低電平。由高低電平來控制發(fā)光二級管的亮或滅。

• 元器件清單
  

• 設計總結及體會
  

在電路完成安裝后，對其進行了通電測試，實驗結果如同設計要求一樣，八個發(fā)光二級管一次閃亮，方向可改變。在這次實習中若想自己將電路設計完成，首先要對555定時器有較深的了解，或者在數(shù)字電子技術基礎課堂上注意聽講，以至于了解555定時器怎樣工作，最少也要知道，怎樣運用555定時器和電容、電阻等元器件連接成多諧振蕩電路。了解74LS193N以及74LS138N的工作原理，要會運用74LS193N雙時鐘八進制可逆計數(shù)器，知道74LS138N是低電平輸出。熟練掌握Proteus和Protel的運用方法，能夠運用這兩個軟件自己完成電路的設計，仿真，并能夠完成原理圖的繪制和PCB的制作。除此以外還要有比較強的動手能力，在焊接時要保證在無焊接錯誤的情況下，盡量使焊點美觀。這次時間為兩個星期的課程設計試驗大大培養(yǎng)了我的動手能力和同學間的相互合作精神。

在實驗過程中對555定時器，74LS193N,74LS138N三個集成芯片的工作原理以及實際的應用有了更深的理解，更加熟練的掌握了Proteus和Protel的應用。在21世紀的高新技術年代，要想發(fā)展就要掌握高科技技術，不僅要了解更要知道怎樣也能用，并且熟練的運用到生活中，在高科技發(fā)展的現(xiàn)代社會，學習并掌握數(shù)字電子技術對以后個人的發(fā)展有很大的幫助。這次試驗對自己在《數(shù)字電子技術基礎》課程的學習有很大的幫助，提高了自己的學習積極性。

• 附錄
  

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