16路彩燈循環(huán)控制器

1、麗水學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)題 目 彩燈循環(huán)控制器 指導(dǎo)教師 黃曉艷 院 系 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程 班 級(jí) 電信062本 學(xué) 號(hào) 29 姓 名 葛龍輝 二九年 十月 二十八日一、 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)16路彩燈循環(huán)控制器。1.2 功能：16路彩燈雙向循環(huán)點(diǎn)亮，且頻率連續(xù)可調(diào)和具有復(fù)位功能。1.3 主要的技術(shù)指標(biāo)：1) 彩燈能夠自動(dòng)循環(huán)點(diǎn)亮2) 彩燈循環(huán)在1-5Hz內(nèi)連續(xù)可調(diào)3) 控制電路具有16路輸出4) 電路具有復(fù)位功能5) 彩燈能夠雙向循環(huán)二、 設(shè)計(jì)方案根據(jù)總的功能和技術(shù)要求，把復(fù)雜的邏輯系統(tǒng)分解成若干個(gè)單元系統(tǒng)，每個(gè)單元電路由標(biāo)準(zhǔn)集成電路來組成。本電路圖設(shè)計(jì)簡單

2、，可分為振蕩電路、計(jì)數(shù)電路、譯碼電路、顯示電路這四個(gè)模塊。設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示。計(jì)數(shù)電路譯碼電路發(fā)光二級(jí)管顯示電路振蕩電路圖2-1 彩燈循環(huán)控制器電路框圖2.1方案比較方案1：該電路由555定時(shí)器、同步十六進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器74LS191和兩片3線-8線譯碼器74LS138組成4線-16線譯碼器組成。該電路由555定時(shí)器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，而且由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器調(diào)節(jié)彩燈循環(huán)點(diǎn)亮的頻率。74LS191芯片只有一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)輸入端，當(dāng)CLK為上升沿時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。管腳控制循環(huán)彩燈的點(diǎn)亮方向，當(dāng)U´/D為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)；當(dāng)U´/D為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行減法計(jì)

3、數(shù)。但此電路不能進(jìn)行復(fù)位，在工作時(shí)可能使電路燒壞，故不選擇此方案。電路圖如圖2-2所示。圖2-2 方案1電路圖方案2：該電路是由555定時(shí)器、4位二進(jìn)制雙時(shí)鐘同步加減計(jì)數(shù)器74LS193和兩片3線-8線譯碼器74LS138組成4線-16線譯碼器組成。該電路由555定時(shí)器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，且由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器調(diào)節(jié)彩燈循環(huán)點(diǎn)亮的頻率。計(jì)數(shù)電路采用74LS193集成芯片。74LS193具有雙時(shí)鐘輸入端，555定時(shí)器腳輸出端分別接到74LS193芯片的CPU和CPD端。當(dāng)CPU為上升沿且CPD為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，當(dāng)CPD為上升沿且CPU為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。當(dāng)CLR為高電

4、平時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位。譯碼器電路由兩片3線-8線譯碼器74LS138組成4線-16線譯碼器組成。顯示電路由于彩燈是一個(gè)接一個(gè)循環(huán)點(diǎn)亮，所以可以不接限流電阻。此方案能滿足本設(shè)計(jì)的基本技術(shù)指標(biāo)，故采用此電路設(shè)計(jì)方案。電路圖如圖2-3所示。圖2-3 方案2電路圖 三、 電路設(shè)計(jì)3.1 時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器,電路輸出便得到一個(gè)周期性的矩形脈沖,其周期為： T=0.7(R1+2R)C (3-1)用555定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘脈沖,控制4位二進(jìn)制雙時(shí)鐘同步加減計(jì)數(shù)器74LS193。彩燈的循環(huán)點(diǎn)亮,在周期為0.2s-1s內(nèi)連續(xù)可調(diào), 電阻值和電容值可設(shè)為：R1=10K ， R2=10K

5、，R3=220K電位器 C1=4.7F，R為R2和R3串聯(lián)相加的值，由公式（3-1）計(jì)算得：Tmin=0.0987s Tmax=1.5463s下圖為NE555芯片的引腳圖。圖3-1 NE555引腳圖NE555引腳功能如下： 1地 GND 2觸發(fā)3輸出 4復(fù)位5控制電壓 6門限(閾值） 7放電 8電源電壓Vcc時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路圖如圖3-2所示。圖3-2 時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路3.2計(jì)數(shù)電路 計(jì)數(shù)器接收555定時(shí)器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，然后輸出到譯碼器。計(jì)數(shù)電路圖如圖3-3所示。圖3-3計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)電路中采用的集成芯片為74LS193，74LS193是具有雙時(shí)鐘的可異步清零、可預(yù)置數(shù)的同步

6、加減計(jì)數(shù)器，是4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。其邏輯符號(hào)如下圖3-4所示。圖3-4 74LS193邏輯符號(hào)圖74LS193芯片功能說明： 異步清零。當(dāng)清零端（CR）為高電平時(shí)，不管時(shí)鐘端（CPd、CPu）狀態(tài)如何，即可完成清零作用。 異步預(yù)置。為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端（CP）狀態(tài)如何，輸出端（Q0Q3）與數(shù)據(jù)輸入端（d0d3）相同。 同步計(jì)數(shù),作用在CPu 上的CP脈沖上升沿，使計(jì)數(shù)器進(jìn)行加法計(jì)數(shù)；作用在CPd上的CP脈沖上升沿，使計(jì)數(shù)器進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)是同步的。當(dāng)進(jìn)行加法計(jì)數(shù)或減法計(jì)數(shù)時(shí)，可分別使用CPu端或CPd端，不使用的CP端應(yīng)為高電平。 有超前進(jìn)位，當(dāng)加計(jì)數(shù)至1111時(shí)，在CPu的低電平期間，進(jìn)位

7、輸出端輸出一個(gè)寬度約等于CPu低電平部分的低電平脈沖；當(dāng)減計(jì)數(shù)至0000時(shí)，在CPd的低電平期間，借位輸出端輸出輸出一個(gè)寬度約等于CPd低電平部分的的低電平脈沖。當(dāng)把和分別連接后一級(jí)的CPD和CPU即可進(jìn)行級(jí)聯(lián)計(jì)數(shù)。 表3.1為74LS193功能表。表3.1 74LS193功能表輸 入輸 出CRCPuCPdD0D1D2D3Q0 Q1 Q2 Q3HLLLL×LHHH××HH××HH×d0××××d1××××d2××××

8、d3×××復(fù)位d0 d1 d2 d3加 法 計(jì) 數(shù)減 法 計(jì) 數(shù)保 持H高電平 L低電平 ×任意 d0 d1d2d3D0D1D2D3的穩(wěn)態(tài)輸入電平74LS193的引出端符號(hào)說明（引腳功能）： 借位輸出端（低電平有效）進(jìn)位輸出端（低電平有效） CPd 減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）CPu加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）CR異步清零端（高電平有效）D0D3 并行數(shù)據(jù)輸入端 異步并行置入控制端（低電平有效）Q0Q3 輸出端（Q0是低位）3.3 譯碼電路譯碼器的邏輯功能是將每個(gè)輸入的二進(jìn)制代碼譯成對(duì)應(yīng)的輸出高、低電平信號(hào)或另外一個(gè)代碼。譯碼電路如下圖3-5所示。

9、圖3-5 譯碼電路本電路用兩片3線-8線譯碼器74LS138組成4線-16線譯碼器，如上圖所示。第（1）片74LS138工作且第（2）片74LS138禁止，將的00000111這8個(gè)代碼譯成8個(gè)低電平信號(hào)。，第（2）片74LS138工作且第（1）片74LS138禁止，將的10001111這8個(gè)代碼譯成8個(gè)低電平信號(hào)。這樣就用兩個(gè)3線8線譯碼器擴(kuò)展成一個(gè)4線16線的譯碼器了。74LS138的邏輯圖如圖3-6所示。 圖3-6 74LS138芯片邏輯圖74LS138功能表如下表所示。 表3.2 74LS138功能表無論從邏輯圖還是功能表我們都可以看到74LS138的八個(gè)輸出管腳，任何時(shí)刻要么全為高電

10、平1芯片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個(gè)為低電平0，其余7個(gè)輸出管腳全為高電平1。如果出現(xiàn)兩個(gè)輸出管腳在同一個(gè)時(shí)間為0的情況，說明該芯片已經(jīng)損壞。3.4 顯示電路本設(shè)計(jì)中采用發(fā)光二極管代替彩燈循環(huán)顯示，由于設(shè)計(jì)中的發(fā)光二極管是單個(gè)依次顯示，故為了簡便，電路中發(fā)光二極管的前面都不接保護(hù)電阻。顯示電路的電路圖如下圖3-7所示。圖3-7 顯示電路為使觀察電路效果更加明顯，設(shè)計(jì)中采用發(fā)光二極管有紅綠黃三種顏色。四、 電路的調(diào)試和測(cè)試1.調(diào)試使用的主要儀器: 數(shù)字萬用表 直流穩(wěn)壓電源 示波器2.測(cè)試電路的方法和技巧:先認(rèn)真檢查一下各元器件連接是否正確，注意各集成電路引腳、線路是否正確。發(fā)光二極管為長正短負(fù)，

11、用數(shù)字萬用表測(cè)試各集成塊的電源端和接地端是否正確。3從以下幾步進(jìn)行檢查和調(diào)試:1).觀察發(fā)光二極管是否正常發(fā)光 接通電源,這時(shí)發(fā)光二極管應(yīng)逐個(gè)點(diǎn)亮,循環(huán)往復(fù),如果不亮,應(yīng)首先檢查振蕩電路是否正常,然后檢查各元件是否焊牢,各發(fā)光二極管是否符合長正短負(fù)。如果發(fā)光二極管正常發(fā)光，則可確定電路已正常工作。2).檢查振蕩電路是否起振如發(fā)光二極管只有第一盞燈常亮而其余都不亮，則表明邏輯電路有問題，應(yīng)先檢查555定時(shí)器是否起振，可用萬用表電壓擋測(cè)定時(shí)器的輸出端腳是否有信號(hào)產(chǎn)生。先將電位器調(diào)到阻值為最大值，使振蕩頻率最低，萬用表用10V電壓擋，紅表筆接腳，黑表筆接地。觀察萬用表指針是否有擺動(dòng)，若指針擺動(dòng)，說明

12、腳有信號(hào)輸出。3).檢查計(jì)數(shù)和譯碼電路如振蕩器有信號(hào)輸出,但發(fā)光二極管仍不能逐個(gè)點(diǎn)亮,就要檢查計(jì)數(shù)器和譯碼器工作是否正常，同樣檢測(cè)譯碼器輸出端是否依次有高電平輸出，查看電源端是否接上，各接地引腳是否為0V。使用有計(jì)數(shù)允許控制端得計(jì)數(shù)器時(shí)，要檢查該端是否為有效狀態(tài)（接地或接電源），如都正常，則可能是采用的計(jì)數(shù)器或譯碼器組建損壞，此時(shí)應(yīng)更換新的集成塊。4.調(diào)試中出現(xiàn)的故障及原因1).彩燈只停留在第一盞燈,不會(huì)循環(huán)原因是在制作PCB圖時(shí),對(duì)單刀雙擲開關(guān)不熟悉,單刀雙擲開關(guān)一端未接地，使計(jì)數(shù)器一直處于復(fù)位狀態(tài)，故彩燈一直停留在第一盞燈。所以用一根跳線把單刀雙擲開關(guān)未接的一端接地。2).彩燈不能循環(huán)原因

13、是74LS193芯片的CPU 端斷路，在腐蝕電路板時(shí)把銅線腐蝕斷了。故用錫絲把銅絲連接上。3).彩燈正向不規(guī)則點(diǎn)亮,逆向不能點(diǎn)亮先開始對(duì)原理圖進(jìn)行檢查，然后對(duì)PCB參照實(shí)物進(jìn)行檢查，結(jié)果還沒有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的地方。拿著實(shí)物去請(qǐng)教指導(dǎo)老師，老師說先去用示波器觀察555芯片和74系列芯片。用示波器觀察555定時(shí)器,在采用5V電壓的情況下,555定時(shí)器輸出電壓只有1V,不能正常驅(qū)動(dòng)74系列的芯片。在此情況下，我以為是電容容抗的問題，換了電容焊在電路板上，測(cè)試發(fā)現(xiàn)555定時(shí)器輸出電壓還是只有1V。這樣測(cè)試一上午之后，發(fā)現(xiàn)在74LS193芯片上加個(gè)觸發(fā)脈沖，彩燈能正向不規(guī)則點(diǎn)亮。下午帶著電路圖和實(shí)物去問老師，

14、老師在幫我檢查電路圖時(shí)，發(fā)現(xiàn)Multisim 10原理圖和DXP中的原理圖不相同，555定時(shí)器的5腳和1腳之間電容接錯(cuò)了。在對(duì)實(shí)物電容進(jìn)行修改之后，接上5V電源，彩燈終于能正向正常點(diǎn)亮。復(fù)位功能也正常，逆向點(diǎn)亮功能和頻率可調(diào)功能都正常。五、 總結(jié)這是大學(xué)四年的第一次電子實(shí)物課程設(shè)計(jì)，這次課程設(shè)計(jì)的主要目的是為了給我們做畢業(yè)設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)，讓我們更加清楚地了解畢業(yè)設(shè)計(jì)的流程。設(shè)計(jì)電路關(guān)鍵在于對(duì)設(shè)計(jì)要求的理解分析以及對(duì)基本電路相關(guān)知識(shí)的熟練掌握。設(shè)計(jì)電路時(shí)，將總體的功能分成若干個(gè)部分來實(shí)現(xiàn)，是簡化電路設(shè)計(jì)思路的很好方法；且搞清各個(gè)模塊的功能與實(shí)現(xiàn)要求操作的具體方法，對(duì)電路故障的檢查也是很有幫助。在調(diào)試過程中，故障是不可避免的，或者正如老師所說沒有故障反而還不正常。產(chǎn)生故障的原因很多，情況也很復(fù)雜，有的是一種原因引起的簡單故障，有的是多很種原因相互作用引起的復(fù)雜故障，因此需要掌握故障的一般診斷方法，故障診斷過程就是以故障現(xiàn)象出發(fā)，通過反復(fù)測(cè)試，做出分析判斷，逐步找出故障的過程。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)來說，要在大量的元器件和線路中迅速、準(zhǔn)確地找出故障是件很不容易的事。先要通過對(duì)原理圖的分析，把系統(tǒng)分成不同功能的電路模塊，通過逐一測(cè)量找出故障模塊，然后再對(duì)故障模塊內(nèi)部加以測(cè)量找出故障，查找故障，分析故障和排除故障，這樣可以提高我們分析問題和解決問題的能力。因此，我