八路循环彩灯设计分析报告

八路循环彩灯设计报告

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

成绩

课程设计说明书（论文）

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：李振振

学号：201202010115

专业班级：自动化2012级2班

指导教师：翟亚芳

2014 年6 月6日

课程设计任务书设计题目循环彩灯电路设计

学生姓名李振振所在学院电子信息与电气工

程学院

专业、年级、班

自动化

2012级2班

设计要求：

1、设计制作一个循环彩灯电路；

2、彩灯数量为8个；

3、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。

学生应完成的任务：

1、明白循环彩灯的工作原理，完成循环彩灯电路设计，利用Mutisim进行仿真。

2、利用DXP软件绘制电路原理图，并设计制作PCB板。

3、根据设计原理对电路进行安装、调试。

4、撰写并提交课程设计报告。

参考文献：

[1] 秦长海,张天鹏,翟亚芳.数字电子技术[M].北京：北京大学出版社，2012.

[2] 班春华.电子线路设计与应用[M].北京：高等教育出版社，2005.

[3] 张睿.Altium Desiner6.0原理图与pcb设计[M].北京：电子工业出版社，2007

[4] 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.

工作计划：

5月26—27日用Multisim软件完成电路功能仿真；

5月28—30日利用Altium Designer软件完成电路原理图设计和PCB板设计;

6月3—5日完成PCB板制作、电路安装与调试工作；

6月5—6日验收结果、提交课程设计报告。

任务下达日期：2014年5月26 日

任务完成日期：2014 年 6 月 6 日

指导教师（签名）：学生（签名）：

循环彩灯电路设计

摘要：设计了一个循环彩灯电路，该电路可以实现8个彩灯从左到右依次点亮，然后依次熄灭，且点亮和熄灭的时间间隔均为1秒的功能。该电路主要由555定时器、74LS164移位寄存器、74LS00与非门、LED等组成，555定时器提供周期为1s的脉冲信号，74LS164和74LS00共同提供顺序脉冲，从而达到设计要求。经Multisim仿真测试，该电路可以实现功能要求。利用Altium Designer软件对电路进行了原理图设计和PCB设计，并对电路进行了安装和调试，调试结果正常。

关键词：循环彩灯；555定时器；74LS164移位寄存器；74LS00与非门；电路仿真；PCB设计

目录

1.设计背景 (1)

1.1数字电路的介绍 (1)

1.2时钟电路的作用及基本结构 (1)

1.3Multism和Aultism软件的功能及使用 (1)

2.设计方案 (2)

2.1 课题任务 (2)

2.2 任务分析 (2)

3.实施方案 (2)

3.1原理图设计 (2)

3.2电路仿真 (5)

3.3 PCB制作 (7)

3.4安装与调试 (7)

4.结果与结论 (8)

5.收获与致谢 (8)

6.参考文献 (9)

7.附件 (9)

7.1电路原理图 (9)

7.2仿真图 (11)

7.3PCB布线图 (11)

7.4实物图 (12)

7.5元器件清单 (13)

1．设计背景

1.1数字电路的介绍

数字电子技术是信息、通信、计算机、自动控制等领域工程技术人员必须掌握的基本理论和技能。数字电路系统的主要内容：数值、逻辑门电路、数模/模数转换电路、半导体存储器等。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制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在进行处理。

1.2时钟电路的作用及基本构成

多谐振荡器是产生举行脉冲的典型电路，常用来做脉冲信号源。多谐振荡器没有输入端，接通电源变自激振荡。多谐振荡器起振之后，电路没有稳态，只有两个暂稳态，它们交替变化，输出连续的脉冲信号。用555定时器构成的多谐振荡器，先用定时器构成施密特触发器，然后将施密特触发器的输出经RC积分电路接到施密触发器的输入端。可以通过调节其RC的值来产生所需要周期大小的脉冲信号。

1.3 Multism和Aultism软件的功能及使用

Multism以W indows为仿真基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力，所以可以使用M ultism交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。通过Multism和虚拟仪器技术，工作者可以完成理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计。Aultism Designer软件是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，DXP提供了全面的设计解决方案。因此我们可以使用DXP和Aultism软件进行设计和仿真。

2.设计方案

2.1 课题任务

设计一个循环彩灯，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。该循环彩灯的时钟脉冲是由555定时器控制的，要求555定时器周期为一秒的脉冲信号，驱动部分由74LS164和74LS00组成，提供顺寻脉冲，以实现彩灯依次点亮和熄灭。

2.2 任务分析

根据设计任务可知，LED灯有两种工作状态，依次点亮和依次熄灭。通过555定时器构成多谐振荡器通过电阻和电容来控制计时，产生周期为一秒的脉冲信号，从而实现八个彩灯灯亮和灯熄的时间均为一秒；再选用74LS164移位寄存器，该寄存器通过输入端输入高低电平，将脉冲信号依次左右或上下传递，将处于74LS164移位寄存器最高位的循环彩灯作为74LS00反相器的输入端，反相器的输出端作为移位寄存器的输入端，以此达到脉冲信号的改变，从而实现LED灯一次闪亮和依次熄灭。

3. 实施方案

3.1 原理图设计

1. 时钟电路设计

555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。用它可以构单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。本次设计选用的是它构成的多谐振荡器，产生单位脉冲，用于出发计数器。555定时器的逻辑符号如图1所示。

图1 555定时器的逻辑符号图

555定时器的功能表如表1所示。

表1 555定时器的功能表

输入输出D

R'U TH U TR U O T D

0 1 1 1 1

×

CC

2

V

3

>

CC

2

V

3

<

CC

2

V

3

<

CC

2

V

3

>

×

CC

1

V

3

>

CC

1

V

3

>

CC

1

V

3

<

CC

1

V

3

<

低电平

低电平

不变

高电平

高电平

导通

导通

不变

截止

截止

555定时器可以很方便地构成多谐振荡器，多谐振荡器是一种无稳态触发器，接通电源后，不需外加触发信号，就能产生矩形波输出。由于矩形波中含有丰富的谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器是一种常用的脉冲波形发生器,触发器和时序电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器产生的。本实验正是利用其产生震荡脉冲，作为信号发生器使用。电源电压取5V，我们用占空比为2/3的脉冲信号，理论上R1、R2应均为48k，电容C为10uF,但实际应用中R1、R2阻值选的分别为47k、48k。所以根据振荡周期计算公式T=(R1+R2)Cln2可得，该电路的振荡周期为1.028s，误差为2.8%。

由555定时器构成的时钟信号产生电路如图2所示。

图2 由555定时器构成的时钟信号产生电路图

2．驱动电路设计

该模块由74LS164移位寄存器和74LS00与非门组成，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二极管循环工作。

设计原理把555定时器的输出端OUT接74LS164的CLK端，在上升沿的作用下，输入数据被送入移位寄存器。将移位寄存器的最高位输出端接反相器，与非门的输出端接移位寄存器的输入端A、B。当移位寄存器的输入端输入为高电平时，输出端依次移位，使彩灯点亮，移动到最高位时，输入端经过反相器后转化为低电平，从而彩灯依次熄灭，于此反复，形成了循环。

驱动原理图如图3所示。

图3 驱动原理图

3. 输出电路设计

输出电路有八个发光二极管、八个100欧姆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，才可以让发光二级管导通发光。输出电路如图4所示。