数字电子技术综合训练实例.docx
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数字电子技术综合训练实例
数字电子技术综合训练实例
第一节彩灯循环控制器的设计与制作
现代生活中,彩灯越来越成为人们的装饰品,它不仅能美化环境,渲染气氛,还可用于娱乐场所和电子玩具中,现以该课题为例进行分析与设计。
一、设计举例
(一)设计任务书
1.题目
彩灯循环控制电路的设计与制作。
2.技术指标
(1)彩灯能够自动循环点亮。
(2)彩灯循环显示且频率快慢可调。
(3)该控制电路具有8路以上输出。
(二)设计过程举例
在实际工作中,能够实现上述设计任务要求的电路形式或方案很多,现给出几种与数字电路内容结合紧密且容易实现的电路方案,以期开阔思路,学习数字电路的设计与制作方法。
方案一
1.课题分析
此电路主要由三部分组成,其整体框图如图5-1所示。
图5-1彩灯循环控制器电路框图图5-2555定时器组成的振荡器
2.方案论证与实现
(1)振荡电路
主要用来产生时间基准信号(脉冲信号)。
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定时器组成的振荡器,其输出的脉冲作为下一级的时钟信号,电路如图5-2所示。
(2)计数器/译码分配器
计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。
在此电路中采用十进制计数/分频器CD4017,它是一种用途非常广泛的电路。
其内部由计数器及译码器两部分组成,由译码输出实现对脉冲信号的分配,整个输出时序就是O0、O1、O2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平,宽度等于时钟周期。
CD4017有3个输(MR、CP0和~CP1),MR为清零端,当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平,其余输出端(O1~O9)均为低电平。
CP0和~CPl是2个时钟输入端,若要用上升沿来计数,则信号由CP0端输入;若要用下降沿来计数,则信号由~CPl端输入。
设置2个时钟输入端,级联时比较方便,可驱动更多二极管发光。
CD4017有10个输出端(O0~O9)和1个进位输出端~O5-9。
每输入10个计数脉冲,~O5-9就可得到1个进位正脉冲,该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。
由此可见,当CD4017有连续脉冲输入时,其对应的输出端依次变为高电平状态,故可直接用作顺序脉冲发生器。
CD4017的管脚分布图如图5-3所示。
图5-3CD4017的管脚分布图图5-4CD4017与发光二极管组成的显示电路图
(3)显示电路
主要由发光二极管组成,如图5-4所示。
当CD4017的输出端依次输出高电平时,驱动发光二极管也依次点亮,产生一种流动变化的效果。
发光二极管要求驱动电压小一点,一般在1.66v左右,电流在5mA左右。
彩灯的循环速度由脉冲源频率决定。
R、C构成微分电路,用于上电复位。
如有兴趣也可以把发光二极管换成各种颜色的彩灯,这样循环起来就更加好看了。
整机电路如图5-5所示。
图5-5方案一整机电路图
3.PCB图设计与生成
(1)由整机电路图直接生成网络表。
(2)调用ProtelPCB,并进行元器件合理布局。
(3)调用网络表,并自动布线。
(4)PCB图的人工调整及打印输出。
设计完成的PCB图如图5-6所示,如图5-7所示整机电路PCB3D效果图。
图5-6整机电路PCB图图5-7整机电路PCB3D效果图
彩灯循环控制器设计与制作(例1)元器件清单
元件
特征
数量
位置
0.01uF
独石电容
1
C2
10KΩ
3329
1
R3
10uF
25V
1
C1
1KΩ
1/4W
2
R1、R2
1uF
25V
1
C3
300Ω
1/4W
1
R4
CD4017
DIP16
1
U2
NE555
DIP8
1
U1
CON2
SIP2
1
J1
LED
Φ5发光二极管
10
LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、
LED6、LED7、LED8、LED9、LED10
IC管座
DIP16
1
U2
IC管座
DIP8
1
U1
2芯电源线
线径0.15红色、黑色各30CM
1
J1
彩灯循环控制器设计与制作(例1)电路板
1
彩灯循环控制器设计与制作(例1)
(表5-1)实验元器件清单
方案二
1.电路组成
该循环钚控制电路由555定时器、同步4位二进制计数器74HCl63和4线-16线译码器/分配器74HCl54组成。
如图5-8所示。
2.电路原理与实现
电路中555定时器组成多谐振荡器,输出一定频率的矩形脉冲。
74HCl63是同步4位二进制计数器,当输入周期性脉冲信号时,其输出为二进制数形式,并且随着脉冲信号的输入,其输出在0000-1111之间循环变化。
通过4线-16线译码器74HCl54,其16条输出线按照74HCl63所加的二进制数依次变成低电平,哪条输出线为低电平,与它相连的发光二极管就亮。
因任一时刻,只有1个发光二极管亮,故所有16个发光二极管只接1个限流电阻。
该电路的16个发光二极管若组成一个环状,则发光二极管依次点亮时,就像一个光环在滚动一样,可用在灯光布置或装饰上。
其整体电路设计如图5-8所示,图中使用了两条总线Bus1和Bus2,使电路连线简单、清晰。
图5-8方案二整机电路图
3.PCB图设计与生成
(1)由整机电路图直接生成网络表。
(2)调用ProtelPCB,并进行元器件合理布局。
(3)调用网络表,并自动布线。
(4)PCB图的人工调整及打印输出。
设计完成的PCB图如图5-9所示,如图5-10所示整机电路PCB3D效果图。
图5-9整机电路PCB图图5-10整机电路PCB3D效果图
彩灯循环控制器设计与制作(例2)元器件清单
元件
特征
数量
位置
0.01uF
独石电容
1
C2
10KΩ
3329
1
R3
10uF
25V
1
C1
1KΩ
1/4W
2
R1、R2
300Ω
1/4W
1
R4
74HC154
DIP24
1
U1
74LS163
DIP16
1
U2
NE555
DIP8
1
U3
CON2
SIP2
1
J1
LED
Φ5发光二极管
16
LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7、LED8、LED9、LED10、LED11、LED12、LED13、LED14、LED15、LED16
IC管座
DIP24
1
U1
IC管座
DIP16
1
U2
IC管座
DIP8
U3
2芯电源线
线径0.15红色、黑色各30CM
1
J1
彩灯循环控制器设计与制作(例2)电路板
彩灯循环控制器设计与制作(例2)
(表5-2)实验元器件清单
方案三
1.电路组成
该电路由555定时器、12位二进制计数器CD4040和3位二进制译码器74LS138组成。
如图5-11所示。
2.电路原理与实现
CD4040是12位异步二进制计数器,它仅有2个输入端,即时钟输入端CP和清零端CR。
输出端为Q1-Q12.当清零端CR为高电平时,计数器输出全被清零;当清零端CR为低电平时,在CP脉冲的下降沿完成计数。
74LSl38是3线-8线译码器,具有3个地址输入端A2、A1、A0和3个选通端S1、S2、S3以及8个译码器输出端Y0~Y1。
用555定时器组成多谐振荡器,输出频率为f=101Hz。
由CD4040分频后,高3位Q12、Q11、Q10的输出分别接在74LSl38译码器的A2、A1、A03端。
每隔t=512/f≈5s的时间,A0。
变化一次,每隔约10s的时间A1变化一次,每隔15s的时间A2变化一次,从而使其输出端Y0~Y7驱动的发光二极管顺序循环亮与灭。
图5-11方案三整机电路图
3.PCB图设计与生成
(1)由整机电路图直接生成网络表。
(2)调用ProtelPCB,并进行元器件合理布局。
(3)调用网络表,并自动布线。
(4)PCB图的人工调整及打印输出。
设计完成的PCB图如图5-12所示,如图5-13所示整机电路PCB3D效果图。
图5-12整机电路PCB图图5-13整机电路PCB3D效果图
彩灯循环控制器设计与制作(例3)元器件清单
元件
特征
数量
位置
0.01uF
独石电容
1
C2
0.47uF
独石电容
1
C1
10KΩ
1/4W
2
R1、R2
300Ω
1/4W
1
R3
NE555
DIP8
1
U1
74LS138
DIP16
1
U3
CD4040
DIP16
1
U2
CON2
SIP2
1
J1
LED
Φ5发光二极管
8
LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7、LED8
IC管座
DIP8
1
U1
IC管座
DIP16
1
U3
IC管座
DIP16
U2
2芯电源线
线径0.15红色、黑色各30CM
1
J1
彩灯循环控制器设计与制作(例3)电路板
彩灯循环控制器设计与制作(例3)
(表5-3)实验元器件清单
二、设计课题
1.题目
彩灯循环控制电路的设计与制作。
2.技术指标
(1)彩灯能够自动循环点亮。
(2)彩灯循环显示且频率快慢可调。
(3)控制电路具有16路以上输出。
(4)给电路添加复位控制功能,复位按钮闭合彩灯输出,复位按钮断开彩灯熄灭。
3.设计要求
(1)画出电路原理图(或仿真电路图)。
(2)元器件及参数选择。
(3)电路仿真与调试。
(4)PCB文件生成与打印输出。
4.制作要求
自行安装与调试,发现问题和解决问题。
5.编写设计报告
写出设计与制作全过程,附上有关资料和图纸及心得体会等。
6.答辩
在规定时间内,完成叙述并回答提问。
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- 特殊限制:
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- 关 键 词:
- 数字 电子技术 综合 训练 实例