数字电路课程设计.docx
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数字电路课程设计.docx
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数字电路课程设计
数字电路课程设计报告
设计课题:
彩灯控制器(10灯)
专业班级:
12电信1
学生姓名:
学 号:
指导教师:
曾祥华
设计时间:
2014.3-2014.4
彩灯控制器(10灯)
一、设计任务与要求
(1)花型实现二个变化:
花型1:
10路灯分两半。
从左至右渐亮,循环两次;花型2:
10路灯从中间到两边对称地逐次渐亮循环两次。
(2)节拍实现变化:
显示间隔0.5s,2s可调。
二、方案设计与论证
节拍的快慢变化可有74双上升沿D触发器完成,它可实现二分频。
1.方案一、
函数信号发生器
2.方案二、
10个LED灯
161控制循环电路
CD4017控制电路
分频器
函数信号发生器
脉冲发生电路由555定时器及电阻电容组成;分频器由74ls74组成;两种花型分别由两个CD4017控制,第一个4017控制花型1:
10路灯分两半,从左至右渐亮,第二个4017控制花型2:
10路灯从中间到两边对称地逐次渐亮。
要实现两种花型分别循环两次需要接入计数器来控制花型循环。
若要改变彩灯的闪烁速度,可以通过改变电容C1的大小来实现。
通过分析,结合设计电路性能指标、器件的性价比,本设计电路选择方案二。
三、单元电路设计与参数计算
1、脉冲发生电路
图3-1脉冲发生电路
555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充、放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。
这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路、以及多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。
下图是NE555的内部功能原理框图和内部管脚图。
用555定时器构成多谐振荡器
用555定时器构成多谐振荡器电路如图所示。
电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容器C通过电阻R2和D端放电,使uC下降,降到VCC/3时,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电。
如此循环,振荡不停,电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图所示。
输出信号uO的脉宽tW1、tW2、周期T的计算公式如下:
tW1=0.7(R1+R2)C
tW2=0.7R2C
T=tW1+tW2=0.7(R1+2R2)C
函数信号发生器产生0.5s脉冲:
由公式T=0.7×(R1+2R2)×C可计算得0.5=0.7×(R1+2R2)×C
其中R1用10k可调电阻,R2用1k电阻,C1=10nF,C2=10uF
2、分频电路
74LS74是个双D触发器,把其中的一个D触发器的Q非输出端接到D输入端,时钟信号输入端CLOCK接时钟输入信号,这样每来一次CLOCK脉冲,D触发器的状态就会翻转一次,每两次CLOCK脉冲就会使D触发器输出一个完整的正方波,这就实现了2分频。
把同一片74LS74上的两路D触发器串联起来,其中一个D触发器的输出作为另一个D触发器的时钟信号,还可以实现4分频。
图3-2分频电路
四、总原理图及元器件清单
1.总原理图如下:
2.元件清单
表1元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注(单价)
按键开关
1
1.5
电位器
10k
1
3
R2
1k
1
0.1
C1
10nF
1
0.3
C2
10uF
1
0.3
74ls74
2
1
74ls161
1
1
CD4017
2
1
继电器
5v
1
3
1N4007
22
1
R
200Ω/330Ω
15
0.1
LED彩灯
红
20
0.1
五、性能测试与分析
(1)测试步骤
将彩灯控制器(十灯)的电源线与地线分别与实验箱上的5V电源和GND相连后,打开实验箱开关。
拨动电路板上的控制开关,观察花型变化情况。
(2)测试数据
开关拨开后,花型依次实现二个变化:
花型1:
10路灯分两半。
从左至右渐亮,花型2:
10路灯从中间到两边对称地逐次渐亮。
(5)结论分析
该设计基本符合彩灯控制器(十灯)要求,但也有许多不足,由于设计的不完善导致最后作品在测试时不能实现循环两次的功能,经分析可能是计数器74ls161的接线错误导致电路无法实现循环功能。
六、结论
该电路由脉冲发生电路、分频电路、循环控制电路、花型控制电路,10
个LED彩灯构成,通过不同的组合形式实现了两种花型的变换:
其中第一个CD4017输出高电平的顺序分别是③、②、④、⑦、⑩脚,故③、②、④、⑦、⑩脚的高电平使10串彩灯实现了花型1:
10路灯分两半,从左至右渐亮。
同理第二个CD4017输出高电平的顺序分别是③、②、④、⑦、⑩脚,故③、②、④、⑦、⑩脚的高电平使10串彩灯实现了花型2:
10路灯从中间到两边对称地逐次渐亮,各种发光方式可按自己的需要进行具体的组合,若要改变彩灯的闪光速度,可改变电容C1的大小。
优点与不足:
该电路的优点在于成本低,不足在于没有实现循环两次的功能而是出现了无限循环,说明计数器的设计不完善,导致功能无法实现。
心得体会:
总的来说这次的课程设计是有一定难度的,在设计电路的过程中我也遇到了很多难题,比如:
怎样把设计的部分功能电路都组合起来实现总的电路,怎样改进电路使其简单化等。
但是问题最多的是焊接过程中由于疏忽导致的错误,在经过一遍又一遍的检查后,发现定时器555的接线有误导致无法产生脉冲输出,LED灯不能闪动,还有部分芯片的接地管脚忘记接地,在经过修改之后电路板才终于显示出了设计的花型。
通过这次课程设计让我明白了理论和实际操作之间差距,而且也让我很明确的意识到自己在数电上还有很多知识不足,在这几周的设计中让我对数字电路这门课程有了更深入的了解,在电路的设计过程中加深了对数字电路的了解及运用能力,对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解。
再则,通过此次课程设计,我对实验所用到的proteus软件有了一定的了解,并发现proteus软件中的元件比multisim软件中的更加齐全,并且操作简单,使用proteus软件画图更加便捷,这对以后的工作和学习的帮助都很有用处。
七、参考文献
1.梅慧楠,朱中华,程时杰.基于park变换的UPQC检测方法研究[J].电力科学与工程,2005,(01):
17-21.
2.孙人杰;《电路数据手册TTL电路》电子工业出版社
3.唐颖;《数字电路》重庆大学出版社
4.杨志忠;数字电子技术(第二版).北京:
高等教育出版社
5.王港元编《电工电子实践指导》江西科学技术出版社
6.谢自美.电子线路设计·实验·测试[M].武汉:
华中科技大学出版社,2006:
76-77.
7.彭介华编《电子技术实验与课程设计》高等教育出版社
物理与电子信息学院数字电路课程设计成绩评定表
专业:
电子信息工程班级:
12电信学号:
姓名:
课题名称
彩灯控制器(十灯)
设计任务与要求
(1)花型实现二个变化:
花型1:
10路灯分两半。
从左至右渐亮,循环两次;花型2:
10路灯从中间到两边对称地逐次渐亮循环两次。
(2)节拍实现变化:
显示间隔0.5s,2s可调。
设计报告成绩
评分标准:
有合理的方案设计和论证、电路参数的计算、总原理图和清单。
(0-20分)
电路板制作、调试规范,有详细制作和调试过程。
(0-10分)
电路板测试合理,对性能指标测试数据完整,正确;进行数据处理规范,进行了误差计算和误差分析。
(0-15分)
对课程设计进行了总结,有体会,并能提出设计的改进、建设性意见。
(0-5分)
设计报告成绩:
电子
作品成绩
评分标准:
电路正确,能完成设计要求提出的基本功能。
(0-30分)
电路板焊接工艺规范,焊点均匀,布局合理。
(0-20分)
电子作品成绩:
课程设计成绩
总成绩:
指导教师:
2014年月日
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- 关 键 词:
- 数字电路 课程设计