數(shù)電課程設(shè)計(jì)循環(huán)彩燈

1、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)題目循環(huán)彩燈控制電路設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)學(xué)院專業(yè)指導(dǎo)教師0三年十二月十三日目錄1?設(shè)計(jì)目的2?課程設(shè)計(jì)的目的與要求13.設(shè)計(jì)方案與論證13.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容13.2 總體方案論證14?設(shè)計(jì)原理及功能說明11.1 循環(huán)彩燈的工作原理21.2 555定時(shí)器的功能說明21.3 十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器CD4510的功能說明31.4 4線-10線譯碼器CD4028的功能說明41.5 雙D觸發(fā)器74LS74的功能說明55. 單元電路的設(shè)計(jì)65.1 彩燈的電路設(shè)計(jì)65.2 控制電路的設(shè)計(jì)65.3 總電路圖76. 硬件的制作與調(diào)試76.1 制作過程76.2 調(diào)試過程77總結(jié)8附錄一：設(shè)計(jì)制作成果附

2、錄二：元器件清單1. 設(shè)計(jì)目的（1）完成系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與制作方案設(shè)計(jì)（2） 掌握循環(huán)彩燈的工作原理以及各元器件的作用（3） 掌握在面包板上連接各元器件的方法與調(diào)試2. 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求（1）紅黃綠三個(gè)彩燈能正向反向交替循環(huán)點(diǎn)亮（2） 采用分立元件設(shè)計(jì)3. 設(shè)計(jì)方案與論證3.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)循環(huán)彩燈，用4.5V的電壓供電，能夠使紅黃綠三個(gè)彩燈正向反向交替循環(huán)點(diǎn)亮。3.2 總體方案論證系統(tǒng)總體方案如圖1所示循環(huán)彩燈電源控制電路（1）電源我們用三節(jié)1.5V干電池即4.5V直流電源供電，用導(dǎo)線將三節(jié)電池串聯(lián)起來，連接到面包板上相應(yīng)的位置，便可為彩燈和控制電路上的各元器件供電。（ 2） 控制電路的

3、作用是控制各個(gè)彩燈是否導(dǎo)通以及循環(huán)的順序。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，控制電路中需要有555定時(shí)器、十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器CD4510、4線-10線譯碼器CD4028、雙D觸發(fā)器74LS74這四個(gè)集成塊。（ 3） 我們用紅黃綠三個(gè)發(fā)光二極管，來代表彩燈的循環(huán)點(diǎn)亮。（ 4） 除此以外，我們還需要電容、三極管、電阻、電位器等元器件作為電路的組成部分，還有一塊面包板、導(dǎo)線將各電子元器件連接起來。4. 設(shè)計(jì)原理及功能說明4.1 循環(huán)彩燈的工作原理三個(gè)發(fā)光二極管從控制電路獲得高低不同的電平控制信號(hào)，以此來控制循環(huán)彩燈的點(diǎn)亮順序。4.2 555定時(shí)器的功能說明(1) 介紹：555定時(shí)器是一種多用途的集成電路，只需外接少

4、數(shù)電阻和電容，即可構(gòu)成施密特觸發(fā)電路、單穩(wěn)態(tài)電路和多諧振蕩電路。在本電路設(shè)計(jì)中，我們把555定時(shí)器接成多諧振蕩器。(2)實(shí)物圖(3)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖& 丁-(THJ(TRr)I(DISC(4)多諧振蕩器的接法©I115(5)產(chǎn)生的電壓波形圖5振蕩周期T=0.69(Ri+2R2)C在本設(shè)計(jì)中，R2為51kQ的固定電阻，C為3.3PF的電解電容，而Ri使用2MQ的電位器，通過改變電位器的電阻值來改變振蕩周期，因而使彩燈獲得不同的循環(huán)速度4.3 十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器CD4510的功能說明(1)介紹：CD4510相對(duì)于普通的計(jì)數(shù)器而言，它既可以做加法運(yùn)算，也可以做減法運(yùn)算。通過改變管腳10(

5、UP/DOWN)的高低電平，切換加法運(yùn)算和減法運(yùn)算。當(dāng)10腳為高電平時(shí)做加法計(jì)數(shù)，當(dāng)10腳為低電平時(shí)做減法計(jì)數(shù)。通過周期性地改變10腳的高低電平，便可以周期性地控制彩燈的循環(huán)方向(2)實(shí)物圖圖6(3)功能圖和引腳圖CUOCK 一UP/pQH ?RUKTpresetENABLE 一04 i M 一PI 一carry in 一CA KRT out一:e(TOP VIEW)MOO一CLOCK一Q3P3P2 02UP/OOWNRES£ T此處管腳名稱與總電路圖(圖19)中管腳名稱對(duì)應(yīng)關(guān)系如下CPTCLOCKCRfRESETQoQ3AQiQ4LDTPRESETENABLEGNDTVss(4)功

6、能表CLaU/DPERACTIONXijX00NOCOUNT/01jo"*0COUNTUP/101000COUNTDOWNXXX10(IPRESETXXXXf圖94.4 4線-10線譯碼器CD4028的功能說明(1)介紹：CD4028是BCD十進(jìn)制或二進(jìn)制一八進(jìn)制譯碼器，它由4個(gè)緩沖輸入端口、譯石邏輯門和10個(gè)緩沖器組成。加至四個(gè)輸入端口A0?A3的一個(gè)BCD碼在十個(gè)十進(jìn)制譯碼器輸出十個(gè)相應(yīng)的順序脈沖，輸出為高電平有效。(2)實(shí)物圖11圖mm 口此處管腳名稱與總電路圖(圖19)中管腳名稱對(duì)應(yīng)關(guān)系如下AAOBA1CA2DA3GNDVss(4)功能表愉A也AiA九&YaY,Ya斗

7、工xJX,XJL:LLLHLLLLLLLLLLHLHLLLLLLLILHLLLLLLLLLLL.HHLLHLLLLLLHLLLLLHLLLLLHLHLLLLLLLLLHHLLLLLLHLLLLHHHLLLLLLHLLHLLLLLLLLLLHLIHLLJL1LL1,L.,LLL；lLH圖12在本設(shè)計(jì)中，丫0、丫1、Y2依次為高電平，然后Y2、丫1、Y0依次為高電平，完成一次正反循環(huán)。4.5 雙D觸發(fā)器74LS74的功能說明(1)介紹：74LS74為帶預(yù)置和清除端的兩組D型觸發(fā)器。(2)實(shí)物圖圖13(3)邏輯圖和引腳圖圖15圖14此處管腳名稱與總電路圖(圖19)中管腳名稱對(duì)應(yīng)關(guān)系如下RCLRCPC

8、LKCA2DA3GNDVss(4)功能表InputsOutputsPRCLRCLKDQCFLHXXHLHLXXLHLLXXH*H*HHTHHLHHTLLHHHLXQo怎圖16在本設(shè)計(jì)中，我們只用其中一個(gè)D觸發(fā)器，其輸出信號(hào)Q+D用來控制CD4510的管腳10(UP/DOWN)來周期性地改變彩燈的循環(huán)方向。5. 單元電路的設(shè)計(jì)5.1 彩燈的電路設(shè)計(jì)三個(gè)發(fā)光二極管從控制電路獲得高低不同的電平控制信號(hào)，以此來控制循環(huán)彩燈的點(diǎn)亮順序。通過改變連接發(fā)光二極管的三極管的基極電位來控制發(fā)光二極唯的通斷。圖175.2 控制電路的設(shè)計(jì)將555定時(shí)器、十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器CD4510、4線-10線譯碼器CD4028

9、、雙D觸發(fā)器74LS74這四個(gè)集成塊按其工作原理和功能正確連接，獲得想要得到的Yo、丫1、丫2控制信號(hào)5.3 總電路圖圖19 Ji QQQQ6. 硬件的制作與調(diào)試6.1 制作過程在面包板上完成電路的布局。在幾何上將面包板分為兩個(gè)功能區(qū)，上方為彩燈電路，下方為控制電路。將發(fā)光二極管、555定時(shí)器、十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器CD4510、4線-10線譯碼器CD4028、雙D觸發(fā)器74LS74、電容、三極管、電阻、電位器這些元器件合理布局于面包板上。用導(dǎo)線按圖19所示的電路圖正確連接。6.2 調(diào)試過程將三節(jié)電池串聯(lián)，組成4.5V的直流電源。用導(dǎo)線將電源連接到面包板上相應(yīng)的位置。觀察彩燈的發(fā)光情況。若三個(gè)彩燈

10、依次雙向流動(dòng)循環(huán)，則循環(huán)彩燈設(shè)計(jì)成功。若未滿足上述要求，則根據(jù)不同的情況，對(duì)照電路原理圖，再進(jìn)行調(diào)試，直到滿D觸發(fā)器74LS74中的一個(gè)足上述要求為止。在調(diào)試的過程中，我發(fā)現(xiàn)雙D觸發(fā)器損壞，換接了另一個(gè)D觸發(fā)器，電路才正常工作7. 總結(jié)通過一周的數(shù)電課程設(shè)計(jì)，我覺得收獲頗多。我將所學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)的知識(shí)再一次運(yùn)用到具體的電路設(shè)計(jì)與制作中?？偨Y(jié)了不少經(jīng)驗(yàn)，提高了設(shè)計(jì)技術(shù)，發(fā)散了思維，開闊了眼界。我認(rèn)識(shí)到，在硬件制作的過程中電路元器件的布局一定要合理，且必須準(zhǔn)確無誤的連接，爭(zhēng)取一次性將所有元器件正確地連接，而且布線要簡(jiǎn)潔整齊，這樣可以節(jié)省不少制作的時(shí)間，如果電路出現(xiàn)問題，也可以很快找到問題之所在。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，必須清楚地知道每一個(gè)元器件的作用，心中既要有整體的思路，也要在細(xì)節(jié)上做到清清楚楚、明明白白?？傊以谶@次的數(shù)電課程設(shè)計(jì)中，從設(shè)計(jì)到制作，再到調(diào)試，最后做出了一個(gè)循環(huán)彩燈的成品，獲得了很大的成就感，也增強(qiáng)了自信，為以后能夠設(shè)計(jì)制作更復(fù)雜的電子產(chǎn)品，做了良好的鋪墊。參考文獻(xiàn)：1閻石.數(shù)字電子技術(shù)基本教程M.清華大學(xué)出版社，2007.附錄一設(shè)計(jì)制作成果圖20附錄二元器件清單名稱型號(hào)數(shù)量干電池1.5V3濾波電容Cl3.3PF電解電容1濾波電容C20.WF電容1三極管90134發(fā)