數(shù)電課程設(shè)計 循環(huán)彩燈

真誠為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料，若有不當之處，請指正。 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計 題 目 循環(huán)彩燈控制電路設(shè)計 學生姓名 學 號 學 院 專 業(yè) 指導教師 二Ｏ一三年 十二月十三日 1 / 18 目錄 1. 設(shè)計目的………………………………………………………………1 2. 課程設(shè)計的目的與要求………………………………………………1 3. 設(shè)計方案與論證………………………………………………………1 3.1設(shè)計內(nèi)容…………………………………………………………1 3.2總體方案論證……………………………………………………1 4. 設(shè)計原理及功能說明…………………………………………………1 4.1循環(huán)彩燈的工作原理……………………………………………2 4.2 555定時器的功能說明…………………………………………2 4.3十進制加/減計數(shù)器CD4510的功能說明………………………3 4.4 4線-10線譯碼器CD4028的功能說明…………………………4 4.5雙D觸發(fā)器74LS74的功能說明………………………………5 5. 單元電路的設(shè)計………………………………………………………6 5.1彩燈的電路設(shè)計…………………………………………………6 5.2控制電路的設(shè)計…………………………………………………6 5.3總電路圖…………………………………………………………7 6. 硬件的制作與調(diào)試……………………………………………………7 6.1制作過程…………………………………………………………7 6.2調(diào)試過程…………………………………………………………7 7. 總結(jié)…………………………………………………………………8 附錄一：設(shè)計制作成果 附錄二：元器件清單 1. 設(shè)計目的 （1） 完成系統(tǒng)方案設(shè)計與制作方案設(shè)計 （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)計的任務(wù)與要求 （1） 紅黃綠三個彩燈能正向反向交替循環(huán)點亮 （2） 采用分立元件設(shè)計 3. 設(shè)計方案與論證 3.1設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計一個循環(huán)彩燈，用4.5V的電壓供電，能夠使紅黃綠三個彩燈正向反向交替循環(huán)點亮。 3.2總體方案論證 系統(tǒng)總體方案如圖1所示 電源 循環(huán)彩燈 控制電路 圖1 （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） 控制電路的作用是控制各個彩燈是否導通以及循環(huán)的順序。為了實現(xiàn)這一功能，控制電路中需要有555定時器、十進制加/減計數(shù)器CD4510、4線-10線譯碼器CD4028、雙D觸發(fā)器74LS74這四個集成塊。 （3） 我們用紅黃綠三個發(fā)光二極管，來代表彩燈的循環(huán)點亮。 （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、導線將各電子元器件連接起來。 4. 設(shè)計原理及功能說明 4.1循環(huán)彩燈的工作原理 三個發(fā)光二極管從控制電路獲得高低不同的電平控制信號，以此來控制循環(huán)彩燈的點亮順序。 4.2 555定時器的功能說明 （1）介紹：555定時器是一種多用途的集成電路，只需外接少數(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)計中，我們把555定時器接成多諧振蕩器。 （2）實物圖 圖2 （3） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖3 （4） 多諧振蕩器的接法 圖4 （5） 產(chǎn)生的電壓波形 圖5 振蕩周期T=0.69(R1+2R2)C 在本設(shè)計中，R2為51kΩ的固定電阻，C為3.3μF的電解電容，而R1使用2MΩ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。 4.3十進制加/減計數(shù)器CD4510的功能說明 （1） 介紹：CD4510相對于普通的計數(shù)器而言，它既可以做加法運算，也可以做減法運算。通過改變管腳10（UP/DOWN)的高低電平，切換加法運算和減法運算。當10腳為高電平時做加法計數(shù)，當10腳為低電平時做減法計數(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） 實物圖 圖6 （3） 功能圖和引腳圖 圖7 圖8 此處管腳名稱與總電路圖（圖19）中管腳名稱對應(yīng)關(guān)系如下： CP→CLOCK CR→RESET Q0~Q3→Q1~Q4 LD→PRESET ENABLE GND→Vss （4） 功能表 圖9 4.4 4線-10線譯碼器CD4028的功能說明 （1）介紹：CD4028是BCD－十進制或二進制－八進制譯碼器，它由4個緩沖輸入端口、譯碼邏輯門和10個緩沖器組成。加至四個輸入端口A0～A3的一個BCD碼在十個十進制譯碼器輸出十個相應(yīng)的順序脈沖，輸出為高電平有效。 （2）實物圖 圖10 （3） 引腳圖 圖11 此處管腳名稱與總電路圖（圖19）中管腳名稱對應(yīng)關(guān)系如下： A→A0 B → A1 C → A2 D → A3 GND → Vss （4）功能表 圖12 在本設(shè)計中，Y0、Y1、Y2依次為高電平，然后Y2、Y1、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為帶預置和清除端的兩組D型觸發(fā)器。 （2） 實物圖 圖13 （3）邏輯圖和引腳圖 圖14 圖15 此處管腳名稱與總電路圖（圖19）中管腳名稱對應(yīng)關(guān)系如下： R→CLR CP → CLK C → A2 D → A3 GND → Vss （4）功能表 圖16 在本設(shè)計中，我們只用其中一個D觸發(fā)器，其輸出信號+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 5.1彩燈的電路設(shè)計 三個發(fā)光二極管從控制電路獲得高低不同的電平控制信號，以此來控制循環(huán)彩燈的點亮順序。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)光二極管的通斷。 圖17 5.2控制電路的設(shè)計 將555定時器、十進制加/減計數(shù)器CD4510、4線-10線譯碼器CD4028、雙D觸發(fā)器74LS74這四個集成塊按其工作原理和功能正確連接，獲得想要得到的Y 0、Y1、Y2控制信號。 圖18 5.3總電路圖 圖19 6. 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定時器、十進制加/減計數(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。若三個彩燈依次雙向流動循環(huán)，則循環(huán)彩燈設(shè)計成功。若未滿足上述要求，則根據(jù)不同的情況，對照電路原理圖，再進行調(diào)試，直到滿足上述要求為止。在調(diào)試的過程中，我發(fā)現(xiàn)雙D觸發(fā)器74LS74中的一個D觸發(fā)器損壞，換接了另一個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，我覺得收獲頗多。我將所學的數(shù)字電子技術(shù)的知識再一次運用到具體的電路設(shè)計與制作中。總結(jié)了不少經(jīng)驗，提高了設(shè)計技術(shù)，發(fā)散了思維，開闊了眼界。我認識到，在硬件制作的過程中電路元器件的布局一定要合理，且必須準確無誤的連接，爭取一次性將所有元器件正確地連接，而且布線要簡潔整齊，這樣可以節(jié)省不少制作的時間，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)計時，必須清楚地知道每一個元器件的作用，心中既要有整體的思路，也要在細節(jié)上做到清清楚楚、明明白白?？傊?，我在這次的數(shù)電課程設(shè)計中，從設(shè)計到制作，再到調(diào)試，最后做出了一個循環(huán)彩燈的成品，獲得了很大的成就感，也增強了自信，為以后能夠設(shè)計制作更復雜的電子產(chǎn)品，做了良好的鋪墊。 參考文獻：[1] 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基本教程[M]. 清華大學出版社, 2007. 附錄一 設(shè)計制作成果 圖20 附錄二 元器件清單 名 稱 型 號 數(shù)量 干電池 1.5V 3 濾波電容C1 3.3F電解電容 1 濾波電容C2 0.1F電容 1 三極管 9013 4 發(fā)光二極管 紅 1 發(fā)光二極管 綠 1 發(fā)光二極管 黃 1 電阻 180 3 電阻R1 51k 1 電阻R2 15k 1 電阻R3 51k 1 電阻R4 4.7k 1 電位器RW 2M電位器 1 集成電路IC1 555定時器 1 集成電路IC2 十進制加/減計數(shù)器CD4510 1 集成電路IC3 4線-10線譯碼器CD4028 1 集成電路IC4 雙D觸發(fā)器74LS74 1 面包板 SYB-120 2 導線 單股 若干 溫馨提示：最好仔細閱讀后才下載使用，萬分感謝！