电子技术课程设计报告-彩灯控制电路设计报告.doc

电子技术课程设计报告学 院： 电气及电子工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间： 2011年12月23日 成 绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 彩灯控制电路设计报告一. 设计要求（1）利用所学的电子技术知识搭建彩灯控制电路，实现16个彩灯依次循环闪烁。（2）在搭建电路之前要先用Multisim画好电路原理图，因此要对Multisim软件熟悉，了解他的用途，能够独立完成电路的设计，学会分析电路故障，对元器件认识透彻，清楚各个芯片的结构及用途。（3）电路仿真后，能够根据自己设计的原理图搭建电路，并且调试成功。二. 设计的作用、目的1. 通过课程设计，使学生加强对电子技术电路的理解。2. 掌握电子线路设计的基础方法和一般过程，能灵活的应用已学过的集成模块构成电路实现要求的功能。3. 学会查询资料、方案比较，以及设计计算及制作调试环节。4. 学会利用面包板搭接电路，合理安排线路。5. 将软件仿真结果与实际电路结果进行对比6. 培养自己的创新能力和创新思维。7. 培养自己实践的能力,解决问题的能力及现有知识基础上的创新。8. 掌握电子电路安装和调试的方法及其故障排除方法，学会用面包板对电路进行仿真。9. 通过查阅手册和文献资料，培养独立分析问题和解决问题的能力。10. 通过电子技术的课程设计使学生能够对电子技术及应用有进一步的理解，同时也巩固了所学的模电与数电知识，使所学的电子技术应用于实际，贴近生活，走向社会，增加学习的动力。11. 此外电子技术课程设计的主要目的是培养学生手动实践，搭建电路的能力，将理论与实际相结合的主要体现，使学生能够在学习理论知识的同时，对电子元器件及电子技术这门技术有更深入的认识，随着电子技术应用的推广，本次设计也是培养当代大学生的必要途径。 三. 设计的具体实现1 系统概述根据设计要求，要实现彩灯循环功能，必备的模块就是74161N和74LS138N，通过这些元件和计数器的真值表，利用相关的电路实现彩灯循环闪烁功能。单元电路设计(或仿真)与分析。通过 74LS14、74LS161、74LS138 这些元件和计数器的真值表，利用相关的电路实现彩灯循环闪烁功能。当通电后每来一个脉冲，计数器 74LS161 加1，输出1。3-8 译码器所接的发光二极管依此发光。 则电路组成及工作原理 ：彩灯控制器电原理图如下所示，其中 74LS14 为电路提供非门。2单元电路设计(或仿真)与分析    1）74ls14施密特触发器构成多谐振荡器时， 仅需外接一个电阻 R 和一个电容 C ，电路如图所示。电阻R和电容C组成定时电路，电阻R跨接在施密特触发器D的输出端和输入端之间。工作波形其中通过调节R和C的大小，即可改变振荡周期。功能表：2）74ls16174LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能，：<74ls161引脚图>管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0P3清零/MR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0Q3以及进位输出TC. (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)输 入 输 出 CR CPLD EPETD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 状态码加1<74LS161功能表>从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。各个拐角名称：1角清零端，低电平有效，本次设计接高电平即VCC（5v）；2角接时钟信号，可以自己设计占空比可调的时钟信号，方式很多，如简单接法可以接施密特触发器亦或者用555接多谐振荡器均可，本次试验可简单化直接接脉冲信号；3 4 5 6 角为A B C D四个输入端也是置数初始端，本次设计不需要清零与置数且均是从0开始计数因此此拐角均接地；7角10角为使能端，计数器要想正常计数此角接高电平5v；11 12 13 14拐角为QD QC QB QA四个输出端，D为高位；15角是进位输出，本次设计用不到，因此可悬空不接。根据真值表可以计算出输出函数。3）74ls13874ls138译码器内部电路逻辑图功能表简单应用74HC138:74LS138 为3 线8 线译码器，共有 54/74S138和 54/74LS138 两种线路结构型式，其74LS138工作原理如下： 当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。 74LS138的作用:利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。 若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器用与非门组成的3线-8线译码器74LS138<74ls138译码器内部电路>3线-8线译码器74LS138的功能表<74ls138功能表>无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到74LS138的八个输出管脚，任何时刻要么全为高电平1芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出管脚全为高电平1。如果出现两个输出管脚在同一个时间为0的情况，说明该芯片已经损坏。当附加控制门的输出为高电平（S1）时，可由逻辑图写出<74ls138逻辑图>由上式可以看出，在同一个时间又是这三个变量的全部最小项的译码输出，所以也把这种译码器叫做最小项译码器。71LS138有三个附加的控制端、和。当、时，输出为高电平（S1），译码器处于工作状态。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表3.3.5所示。这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器的功能。带控制输入端的译码器又是一个完整的数据分配器。在图3.3.8电路中如果把作为“数据”输入端（在同一个时间），而将作为“地址”输入端，那么从送来的数据只能通过所指定的一根输出线送出去。这就不难理解为什么把叫做地址输入了。例如当101时，门的输入端除了接至输出端的一个以外全是高电平，因此的数据以反码的形式从输出，而不会被送到其他任何一个输出端上。4) Multisim 软件简介：加拿大 EWB （Electrical Workbench） EWB4.0 EWB5.0 EWB6.0 Multisim2001 Multisim 7 Multisim 8 Multisim 9 Multisim 10 目前在各高校教学中普遍使用 Multisim2001，网上最为普遍的是 Multisim 9，NI 于 20 07 年 08 月 26 日发行 NI 系列电子电路设计软件，NI Multisim v 10 作为其中一个组成部 分包含于其中。 EDA 就是“Electronic Design Automation”的缩写技术已经在电子设计领域得到广泛应 用。发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。一台电子产品的设计过程，从 概念的确立，到包括电路原理、PCB 版图、单片机程序、机内结构、FPGA 的构建及仿真、 外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计，再到 PCB 钻孔图、自动贴片、 焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。EDA 技术借 助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设 计检验、设计优化和数据处理等工作。EDA 已经成为集成电路、印制电路板、电子整机系 统设计的主要技术手段。美国 NI 公司（美国国家仪器公司）的 Multisim 9 软件就是这方 面很好的一个工具。而且 Multisim 9 计算机仿真与虚拟仪器技术（LABVIEW 8） （也是美 国 NI 公司的）可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题。学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的做到了变被动学习为主动学习。这些在教学活动中已经得到了很好的体现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器对教员的教学也是一个很好的提高和促进。 Multisim 10 通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路；通过交互式 SPICE仿真, 迅速了解电路行为；借助高级电路分析, 理解基本设计特征；通过一个工具链, 无缝地集成 电路设计和虚拟测试；通过改进、整合设计流程, 减少建模错误并缩短上市时间。 NI Multisim 软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电 路进行设计和验证。凭借 NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用 工业标准 SPICE 模拟器模仿电路行为。 借助专业的高级 SPICE 分析和虚拟仪器， 您能在设 计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与 NI LabVIEW 和 Signal Express 软件的集成， 完善了具有强大技术的设计流程， 从而能够比较具有模拟数据的实现 建模测量。5) 发光二极管3电路的安装与调试   在用Multisim仿真完成后，根据设计的原理图（如上），搭建电路，在搭建电路的过程中主要遇到问题包括以下三大类：首先也是最容易出错的地方，就是对芯片的拐角认识程度还不够深，连线过程中可能由于线路复杂而导致搭线错误；其次是硬件问题，由于器件有限，短路线规格不统一，我在这次试验后半程中发现后面的导线插头明显比前面的细，因此在后面调试的过程中，出现了线路搭建不紧密，信号不稳，进而导致观察结果不准确，但很侥幸的是，我在把导线搭回去的时候发现交通灯正常工作了，并且同仿真的效果一致，但自己很清楚这一点，在搭建数字电路时，电路的连接一旦松懈，或端口不稳定，一般情况下很难正常工作，并且电路的检测也是一个复杂又难熬的工作，尤其对信号检测尤为困难； 最后就是161与138计数器不能正常工作，可能的原因又分为俩大类：其一，连线错误，值得注意的是，对于161芯片的清零端，置数端，以及俩个使能端的解法尤其容易出错，并且在连接电路的同时如果布线不理想，会使电路表面上看起来相当复杂，VCC 与GND 的位置也极容易弄混，这就大大的增加了连线错误的几率；其二，就是芯片本身坏了，但是这种情况一般情况下不容易出错，因为我们实习所用的芯片全是新的，即便是芯片的缘故，换一个芯片便可以解决问题。实际操作中电路有改动 电路连接完毕，接通电源，十六个LED彩灯循环变亮。电路连接正确. 1、在实际连电路时，会出现接触不好等情况。这是由于试验箱的质量和试验器件的质量不好的关系。这时可用万用表测量各个接头的电压来判断是否是接触不好。2、要注意每个元器件的工作原理和功能，以及逻辑器件的管脚图，以免因此而造成不必要的过失。3、红绿灯不亮，极有可能正负极接反，调整过来。 4、 搭接工作完成后，做一次系统的检查，如果各部分连线正确，方可接通电源，进行调试。调试中如果发现实验现象与设计要求不符合，可从简单部分或某一个预知特性的点开始，逐级进行查找，逐步缩小故障可能存在的范围，直到查出故障点并排除，使之达到预定的目的。5、在实际的调试过程中，面包板可能会出现接触不良等状况。这是由于面包板本身的构造等因素引起的。6、要注意每个元器件的工作原理和功能，以及逻辑器件的管脚图，以免因此而造成不必要的过失。7、搭接工作完成后，做一次系统的检查，如果各部分连线正确，方可接通电源，进行调试。调试中如果发现实验现象与设计要求不符合，可从简单部分或某一个预知特性的点开始，逐级进行查找，逐步缩小故障可能存在的范围，直到查出故障点并排除，使之达到预定的目的。四心得体会、存在问题和进一步的改进意见等1在课程设计中运用所学知识将其付诸实践，这并不是在课后看书过程中的深入理解，这需要的是一种理论联系实践的能力。理论知识往往都是在一些理想状态下的假设论，而实际的动手操作则完全不同，需要考虑实际中的很多问题。2在课程设计实习中通过对电路的连接懂得了如何通过设计的分析对所连电路的整体布局，如何更好的放置芯片在最合适的位置。在导线的连接上，如何选择导线走向是关键，我们应该尽量保证所连电路一清二楚，3我们在实验中遇到一些自己无法弄明白的问题，可以请教一些同学。在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的想法，其他人的设计一定有值得你借鉴的地方。4实现过程中不仅要求对知识的掌握要足够准确与精通，更要有绝对的耐心与细心。我在这次的实习中其实就有连错线的时候，很难检查出来，费了好长时间才检查出来任何东西只会说不会做都是不行的，在这次数电课程设计中我深有体会。通过这次对音响和彩灯电路的设计，让我在错误中改正提高，学会发现错误和思考应对的办法，运用所学到知识，在实践中加深理解，分析问题，提高了综合能力，而不像以前的只会纸上谈兵。电路设计中出现的各种错误，如运算错误，这类烦琐的小问题，没有足够的耐性，很容易产生放弃的念头，但最终坚持了下来，在完成任务时，产生了极大的成就感。另一方面，与各种电路器件打交道的过程中，培养了我对专业知识学习的兴趣，只有不断的丰富自己，才能更加全面的掌握这门技术。仿真的时候，按照原理图，并没有遇到太大的问题，只要接入示波器和电压表。通过数据和波形更直观的对电路进行分析，而对电路分析既要进行交流分析又要进行直流分析，还有要通过示波器进行瞬态分析，此处必须保证波形不失真才能使各参数达到指标要求。由于第一次接电路，对过程与方法都很不清楚，刚拿到手时不知从哪下手，通过与组员的不断讨论以及向老师的请教，我们慢慢上手，并成功。此次设计虽然只有几天的时间，但是我觉得得到东西比课本上得到的还要珍贵，很庆幸自己好好把握了这次机会，使自己在专业的学习上获得了很大提高。通过本次电子技术课程设计让我对电子技术这门课程产生了浓厚的兴趣，并且对本学期所学的数电知识有了进一步的理解，尤其是对74LS161芯片的认识，让我对计数器的实际应用有了更深的理解，利用计数器与门电路可以搭建任意进制计数器，并利用门电路控制输出结果，应用实际问题之中，并且，通过这次的课程设计使我对模拟电子电路、数字电子电路的相关知识的理解更加深刻，学会了应用电子电路的知识设计电路的思路和方法。本次课程设计中应用了Multisim这一功能强大的仿真软件，在一天的课程设计中使我掌握了Multisim的使用方法，并完成了对设计电路的搭接、仿真、调试，为以后在学习和工作中使用Multisim打下了基础。在设计、仿真过程中出现了许多问题，但经过思考和同学的讨论顺利的完成了本次课程设计，训练了我们思考问题和解决问题的能力，是对我们能力品质的一种提高。五附录    174ls161芯片1个274ls138芯片1个374ls14芯片1个4300电阻1个5390电阻1个6470f电容1个7直流稳压电源5v8LED彩灯16个9导线若干10面包板1块六参考文献序号·作者名·书刊名·出版杜·出版时间(刊号)1. 阎石 数字电子技术基础 高等教育出版社 19982. 房国志 模拟电子技术基础 国防工业出版社 2007,33. 邱关源 电路 高等教育出版社 2006