循环彩灯电路设计

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：

学号：201102010063

专业班级：自动化2011级2班

指导教师：翟亚芳

2013年6月7日

课程设计任务书设计题目循环彩灯电路设计

学生姓名张哲所在学院电子信息与电气工

程学院

专业、年级、班

自动化

2011级2班

设计要求：

1、设计制作一个循环彩灯的电路；

2、循环彩灯数量为8个；

3、循环彩灯控制方式为8个彩灯一亮一灭，从左向右移动，彩灯亮灯和灭灯时间均为1

秒。

学生应完成的任务：

首先设计循环彩灯的工作原理，在利用Mutisim进行仿真。利用DXP软件绘制电路原理图，并设计制作PCB板。根据设计原理对电路进行安装、调试。最后，撰写课程设计报告。

参考文献：

[1]秦长海.数字电子技术[M].北京：北京大学出版社，2012.10

[2]童诗白.模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社，2011.11

[3]谷树忠.Altiuum Designer.教程[M].北京：电子工业出版社，2010.1

工作计划：

5月27、28日用Multisim进行电路设计和仿真；5月29--31日用Altium Designer09设计原理图和PCB；6月3、4日制作电路板；6月5日安装调试电路；6月6日书写课程设计论文；6月7日提交课程设计论文。

任务下达日期：2013年5 月27 日

任务完成日期：2013年6月7 日

指导教师（签名）：学生（签名）：

循环彩灯电路设计

摘要：设计的是一个八路循环彩灯电路，循环方式为8个彩灯一亮一灭，从左向右移动，彩灯亮灯和灭灯时间均为1秒。电路是由555定时器、74LS161、74LS164三种芯片构成的中规模集成电路，其中555定时器构成多谐震荡电路作为时钟电路，震荡周期为1秒。74LS161 QA输出端接到74LS164 A和B端使74LS164逐渐移位。74LS164依次输出0和1间隔的脉冲信号控制8个灯。

关键词：循环彩灯；555定时器；74LS161；74LS164

目录

1.设计背景 (1)

1.1 了解数字电路系统的定义和组成 (1)

1.2 掌握Multisim 软件和DXP软件的应用 (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 (4)

3.3 PCB制作 (6)

3.4 安装与调试 (7)

4.结果与结论 (7)

5.收获与致谢 (8)

6.参考文献 (9)

7.附件 (9)

7.1 元件清单 (9)

7.2 实物图 (9)

7.3 电路仿真图 (10)

1.设计背景

1.1了解数字电路系统的定义和组成

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。

1.2掌握Multisim软件和Altium Designer09软件的应用

Multisim软件是由加拿大IIT公司推出的大型设计工具软件。它不仅提供了电路原理图输入和硬件描述语言模型输入的接口和比较全面的仿真分析功能，同时还提供了一个庞大的元、器件模型库和一整套虚拟仪器表，可以满足对一般的数字逻辑电路、模拟电路、模拟电路以及数字-模拟混合电路进行分析和设计的需要。

Altium Designer09是一款EDA(Electronic Design Automation)电子系统设计自动化设计软件，主要用于电路设计、电路仿真和印制电路板(PCB)的设计，同时还提供了超高速集成电器硬件描述语言(VHDL)的设计工具进行现场可编程门阵列(FPGA)设计。

2.设计方案

2.1任务分析

循环彩灯电路要求8个彩灯一亮一灭，从左向右移动，彩灯亮灯和灭灯时间均为1秒。首先要设计一个时钟电路提供时钟信号，要求此信号周期为1秒。其次要设计一个驱动电路来驱动八个LED工作，驱动电路能按设计要求方式输出高低电平，点亮LED达到设计要求。

2.2方案论证

在循环彩灯中，时钟电路由555定时器、1个47KΩ、1个51KΩ的电阻和一个10nF 、一个10uF 的电容构成的周期为一秒的时钟周期发生器，为电路提供时钟信号。由74LS161和74LS164组成驱动电路，最终将8个发光二极管按要求点亮。图1为电路框图。

图1 电路框图

3.方案实施

3.1原理图设计

1、时钟电路设计 因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信

号的频率可调，所以采用555定时器组成的多谐振荡器，产生单位脉冲，周期为: T=ln2(R1+2R2)C=1s 。其输出的脉冲用于触发计数器号。图2为多谐振荡器实验连接图。

2、驱动电路设计

驱动电路由74LS161计数器和74LS164八位单向移位寄存器组成,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循环工作。

555多谐振荡器产生周期为0.5s 的脉冲，接向74LS161的Clk ,此时74LS161

的QA 输出为1s 的矩形脉冲，QB 的输出周期为2s 的矩形脉冲，1s 的矩形脉冲使74LS164逐渐移位依次输出0和1间隔的脉冲信号，最终使8

个输出端依次输出间隔的高电平驱动对应的发光二极管。当第八个二极管亮了1s 以后，需要对电路进行清零，即74LS161形成了一个九进制的计数器，而九进制来的高电平与时钟信号与非用以74LS161和

74LS164的清零。图3为驱动电路设计设计图。

计

数 器 寄 存 器 8个L E

D 555

定

时

器

图2 多谐振荡器实验连线图

图3 驱动电路设计图

3、输出电路设计

输出电路有8个发光二极管和8个100Ω的电阻组成。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

3.2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上一一选择器件并进行连接，然后启动开关观察。，根据示波器的波形和彩灯的闪烁情况判断电路是否正常。通过仿真，我们的电路原理图无误，可以制板。.图5为55定时器仿真图，图6为彩灯仿真效果图。

图5 555定时器仿真图

图6彩灯仿真效果图

3.3 PCB制作

根据循环彩灯电路的仿真图，用DXP软件制作电路的原理图，图7为循环彩灯原理图。找到各个器件的封装，然后把各个子模块连接起来，导入PCB板进行布线，在布线过程中要尽可能的减少跳线，尽可能减少板子的使用面积，以及各个器件的布局的合理与美观。使得制作出来的PCB板经济、美观、实用。布好线后将PCB图打印出来，在经过转印、腐蚀、打孔，PCB板就制作好了。图8为循环彩灯PCB图。

图7循环彩灯原理图

图8循环彩灯PCB

3.4安装与调试

按照PCB图将元件一一安装在PCB板中，注意二极管和电容的正负极，然后进行电路板的焊接。焊接完成后按照电路图逐一检查电路有没有漏焊的问题，接下来用万用表逐一检查有没有虚焊或线路断路或线路短路。然后将电路接到5伏电源上进行调试，发现彩灯没有亮，然后又检查电路发现有一个引脚虚焊，从新焊好后就能正常工作了。

4.结果与结论

经过一系列的工作后，制作出的循环彩灯实物能过正常工作，实际结果与理论结果在整体上是一致，符合实验预期要求。

利用555定时器、1个47KΩ、1个51 KΩ的电阻和一个10nF、一个10uF 的电容来设计时钟电路，得到了一个多谐振荡器，其频率是1Hz；利用74LS161

计数器和74LS164移位寄存器来设计的驱动电路，能够按要求驱动电路；利用发个发光二极管和电阻来设计输出电路，当接受高电平时能发光的结果。综上所述，电路设计的完全正确，并得到了正确结果。

5.收获与致谢

两个星期的课程设计，终于结束了。感觉在这段时间中自己学会了很多东西，如设计电路最重要的是思路要清晰，一旦有了自己的思路就应该有层次有条理的探索下去，只要坚持自己的观点和判断，就一定能实现，即便最后发现走进了死胡同，但是探索设想与求证的过程却是通往另一条道路必不可少的环节。在完成这次设计的过程中，我也有参考相关的设计课题，甚至还花了很长的时间去弄清楚别人的设计，以至于后来被束缚住，对自己的设计没有了头绪。学习吸收别人的长处是应该的，但是不能完全沉浸进去，要有自己的思路和观点，并且努力去实现。这就是快乐的最大源泉。在完成本次课设的过程中开始的头几天一直在纠结于用74LS164实现移位寄存器，因为它的原理是很简单的，可是在实际连电路的过程中，一下子遇到了很大的困难，因为外界的干扰因素实在太多了，稍不注意就碰到某个导线了，结果发光二极管就不亮，于是自己得检查到底哪里出现了问题，有得费很长时间去检查管脚是否连错，导线是否松动，或者导线是否坏掉等等情况。经过这次试验，终于感觉到了理论与实际的差别有多大了，当然这个过程也是非常的考验人的，不仅仅是考察你的理论知识，动手能力，以及检查问题并解决问题的能力，更是在考验一个人的耐心，细心。在连接电路的过程中，丝毫不得马虎，必须清楚的了解每个芯片的管脚分布图，功能表。说实话，在实验过程中出现问题并不可怕，可怕的是在反复的受挫中没有革新，不能改进自己的方法和思路。因此自己应该具有创新思维。通过这次课程设计，我对电子技术中的诸多知识有了更深层次的理解，也初步学会了如何将理论知识有机地与实际结合加以运用。同时感谢翟亚芳老师对我的耐心指导和细致的论文批改，很多问题都是翟老师亲自指导的，这次实习真的学到很多东西，这是一次获益匪浅的实习。

6.参考文献

[1]秦长海.数字电子技术[M].北京：北京大学出版社，2012.10

[2]童诗白.模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社，2011.11

[3]谷树忠.Altiuum Designer教程[M].北京：电子工业出版社，2010.1

7.附件

7.1元件清单

表1 实验器件列表

7.2实物图

名称功能及参数个数74LS161 二进制计数 1 555定时器定时 1 74LS164 移位寄存 1

电阻47KΩ、51 KΩ各1个

100Ω8 电容10nF 1

10uF 1 发光二极管红8

7.3电路仿真图

图10 电路仿真图

指导教师评语：

课程设计报告成绩：，占总成绩比例：40％

课程设计其它环节成绩：

环节名称：原理设计，成绩：，占总成绩比例：20％环节名称：PCB设计，成绩：，占总成绩比例：20％环节名称：安装调试，成绩：，占总成绩比例：20％总成绩：

指导教师签字：

年月日

本次课程设计负责人意见：

负责人签字：

年月日