多功能多路流水燈控制電路的設(shè)計(jì)仿真與制作

武漢理工大學(xué)《數(shù)字電子線路》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書附件1：學(xué)號(hào)：0121209310130課程設(shè)計(jì)題目多功能多路流水燈控制電路的設(shè)計(jì)仿真與制作學(xué)院信息工程學(xué)院專業(yè)電子信息工程班級(jí)電信1201姓名魯玲指導(dǎo)教師孟哲2014年6月20日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：魯玲專業(yè)班級(jí)：電信1201指導(dǎo)教師：孟哲工作單位：信息工程學(xué)院題目:多功能多路流水燈控制電路的設(shè)計(jì)仿真與制作初始條件：集成譯碼器、計(jì)數(shù)器、555定時(shí)器、移位寄存器、LED和必要的門電路或其他器件。要求完成的主要任務(wù):（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書撰寫等具體要求）1、課程設(shè)計(jì)工作量：1周內(nèi)完成對(duì)數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)、仿真、裝配與調(diào)試。2、技術(shù)要求：=1\*GB3①設(shè)計(jì)一個(gè)具有16路（或矩陣）LED不同顯示方式或顯示圖形的控制電路。=2\*GB3②不同顯示方式的控制可以是自動(dòng)結(jié)合按鍵手控等。③確定設(shè)計(jì)方案，按功能模塊的劃分選擇元、器件和中小規(guī)模集成電路，設(shè)計(jì)分電路，畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。3、查閱至少5篇參考文獻(xiàn)。按《武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)工作規(guī)范》要求撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告書。全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時(shí)間安排：1）第1-2天，查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)原理。2）第3-4天，方案選擇和電路設(shè)計(jì)仿真。3）第4-5天，電路調(diào)試和設(shè)計(jì)說(shuō)明書撰寫。4）第6天，上交課程設(shè)計(jì)成果及報(bào)告，同時(shí)進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日目錄TOC\o"1-3"\h\u17392前言 29741設(shè)計(jì)方案 365821.1設(shè)計(jì)意義 3117501.2設(shè)計(jì)目的 3113421.3原理圖及工作原理 325852電路板焊接技術(shù)介紹 420162.1焊接操作要領(lǐng) 49742.2注意事項(xiàng) 565822.3.焊接調(diào)試 625853電路板的安裝與制作 620163.1確定電路板整體布線圖 6TOC\o"1-3"\h\u9743.2555振蕩電路 665823.374LS191計(jì)數(shù)部分 7117503.474LS138譯碼電路和LED顯示部分 7117503.55V直流穩(wěn)壓電源電路 725854電路板的調(diào)試 820164.1調(diào)試方法和步驟 820164.2出現(xiàn)的問(wèn)題及處理方法 8525856582電路實(shí)拍圖 10117506總結(jié)及心得體會(huì) 1225857元件清單 13 8參考文獻(xiàn) 142585附件 15前言隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展尤其是數(shù)字技術(shù)的突飛猛進(jìn)，多功能流水彩燈憑著簡(jiǎn)易，高效，穩(wěn)定等特點(diǎn)出現(xiàn)在我們?nèi)粘Ｉ钪械母鞣N場(chǎng)所，店鋪門面裝飾、家居裝潢、城市墻壁更是隨處可見(jiàn)。與此同時(shí)，還有一些城市采用不同的流水燈打造屬于自己的城市文明，塑造自己的城市魅力。目前，多功能流水燈的種類已有數(shù)十種，如廣告裝潢、家居裝飾、店鋪招牌燈等等。所以，多功能流水燈的設(shè)計(jì)具有相當(dāng)?shù)拇硇?。本次課程設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)一個(gè)多功能多路流水燈控制器（用16只發(fā)光二極管顯示），是多功能流水彩燈中較簡(jiǎn)單的，但這是進(jìn)行復(fù)雜設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)方案中利用NE555構(gòu)成多諧振蕩產(chǎn)生連續(xù)脈沖作為74LS191計(jì)數(shù)器的脈沖源，在經(jīng)過(guò)74LS138驅(qū)動(dòng)輸入到發(fā)光二極管。首先要分析設(shè)計(jì)要求，從要實(shí)現(xiàn)多功能、多路入手推導(dǎo)出要使用的芯片。多功能流水燈，就是要具有一定的變化規(guī)律的功能，主要考察了數(shù)字電路中的計(jì)數(shù)器、、多諧振蕩等，多諧振蕩電路給其它的電路提供脈沖源，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要了解相關(guān)芯片（NE555、74LS191、74LS138）的具體功能，引腳圖，真值表等，認(rèn)真布局，在連接過(guò)程中更要仔細(xì)認(rèn)真。設(shè)計(jì)方案1.1設(shè)計(jì)意義（1）熟悉多功能多路流水燈的原理與功能；（2）掌握數(shù)字電路的功能，學(xué)會(huì)如何用555時(shí)鐘電路產(chǎn)生方波信號(hào)；（3）熟悉掌握計(jì)數(shù)器、譯碼器的功能與原理；（4）了解時(shí)序電路與邏輯電路的功能與應(yīng)用。1.2設(shè)計(jì)目的（1）掌握組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路及數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、測(cè)試方法；（2）進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，提高運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；（3）提高電路布局﹑布線及檢查和排除故障的能力；（4）提高自己焊接電路板的能力；（5）培養(yǎng)書寫綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。1.3電路圖及工作原理本設(shè)計(jì)采取的方案由用555多諧振蕩器一個(gè)、74LS191一片、74LS138兩片、可變電容、電阻、電容、LED組成。74LS191計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)由555多諧振蕩器提供，改變55的振蕩頻率即可改變計(jì)數(shù)器的快慢，從而控制彩燈閃爍的快慢。計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)輸入至138譯碼器，控制138譯碼器譯碼得到不同的輸出信號(hào)，決定流水燈的循環(huán)變化。多功能流水燈電路圖如圖1-1所示。在本設(shè)計(jì)中所使用的電源是自制的5V直流穩(wěn)壓電源，電路圖如圖1-2所示。圖1-1設(shè)計(jì)電路圖圖1-25V直流穩(wěn)壓電源電路圖電路板焊接技術(shù)介紹2.1焊接操作要領(lǐng)2.1.2焊前準(zhǔn)備物料：含直接用料和輔料，留意焊接元件有否極性要求，元件腳有否有氧化、油污等。焊接時(shí)，對(duì)焊接溫度，時(shí)間有否特別要求；

工/器具：視焊接元件而定，應(yīng)有錫線座、元件盒、焊槍、焊臺(tái)、鑷子、剪鉗等。如有防靜電要求，應(yīng)注意采用防靜電工/器具，同時(shí)操作員應(yīng)戴好防靜電手腕帶。

2.1.2實(shí)施焊接

準(zhǔn)備好焊錫絲和烙鐵頭，烙鐵頭要保持潔凈；

步驟：烙鐵頭對(duì)準(zhǔn)焊點(diǎn)→烙鐵接觸焊點(diǎn)→加焊錫→移開(kāi)焊錫絲→拿開(kāi)電烙鐵。具體如下：

1.加熱焊件（同時(shí)加熱元件腳和焊盤）；2.熔化焊錫：當(dāng)焊件加熱到能熔化焊料的溫度后，將錫線置于焊點(diǎn)，焊錫開(kāi)始溶化并潤(rùn)濕焊點(diǎn)；

3.在焊點(diǎn)加入適當(dāng)?shù)暮稿a后，移開(kāi)錫線；

4當(dāng)焊錫完全濕潤(rùn)焊點(diǎn)后，以大致45°的角度移開(kāi)烙鐵。以上過(guò)程對(duì)一般焊點(diǎn)在大約2～3秒鐘完成，應(yīng)注意在焊錫尚未完全凝固以前不要晃動(dòng)接元件，以免造成虛焊。

2.1.3焊接后的處理

當(dāng)焊接結(jié)束后，應(yīng)檢查有無(wú)漏焊、錯(cuò)焊（極性焊反）、短路、虛焊等現(xiàn)象，清理PCB板上的殘留物如：錫渣、錫碎、元件腳等。

2.1.4對(duì)焊點(diǎn)的基本要求

1.焊點(diǎn)應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性；2.焊點(diǎn)應(yīng)具有一定的強(qiáng)度；3.焊接點(diǎn)的焊料要適當(dāng)；4.焊接點(diǎn)的表面應(yīng)具有良好的光澤；（溫度過(guò)高，焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，都會(huì)使焊點(diǎn)發(fā)烏，影響焊點(diǎn)的強(qiáng)度）5.焊點(diǎn)不應(yīng)有毛刺及間隙；6.焊接點(diǎn)表面要清潔。2.2注意事項(xiàng)1.焊接順序。器件焊接順序以先焊接好的元件不影響后面元件的焊接為原則，一般先焊接體積較小的電阻電容等器件，后焊接體積較大的元件，接插件最后焊接。2.合適的焊接時(shí)間。焊接時(shí)間是指在焊接全過(guò)程中，進(jìn)行物理和化學(xué)變化所需要的時(shí)間。它包括被焊金屬達(dá)到焊接溫度的時(shí)間、焊錫的熔化時(shí)間、助焊劑發(fā)揮作用及生成金屬合金的時(shí)間幾個(gè)部分。當(dāng)焊接溫度確定后，就應(yīng)根據(jù)被焊件的形狀、性質(zhì)、特點(diǎn)等來(lái)確定合適的焊接時(shí)間。焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，易損壞元器件或焊接部位；過(guò)短，則易造成假焊或虛焊，達(dá)不到焊接要求。一般，每個(gè)焊點(diǎn)焊接一次的時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò)5s。5、焊接結(jié)束后，用列子夾住被焊元件適當(dāng)用力拉撥一下，檢查元件是否被焊牢。如果發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)現(xiàn)象，必須重新進(jìn)行焊接。2.3焊接調(diào)試1.按照焊接要領(lǐng)完成焊接。2.用萬(wàn)用表電阻擋測(cè)量電源輸入端，看是否有短路現(xiàn)象。如有，應(yīng)在加電前排除。電路板的安裝與制作3.1確定電路板整體布線圖根據(jù)設(shè)計(jì)電路原理圖1-1和圖1-2在紙上設(shè)計(jì)電路板的布線圖。此過(guò)程要參照第二章中的焊接注意事項(xiàng)。3.2555振蕩電路555振蕩電路原理圖如圖3.1所示。參照第二章內(nèi)容按照設(shè)計(jì)好的布線圖擺放元件并焊接。此部分焊接好后需給電路接上5V電壓，觀察綠色發(fā)光二極管是否正常發(fā)光，并用萬(wàn)用表測(cè)量555芯片各管腳電壓是否正常。如不正常則應(yīng)先排除故障后才能進(jìn)行下一部分電路的焊接。在本次制作過(guò)程中，綠色發(fā)光二極管能正常發(fā)光，且555芯片各管腳電壓正常。圖3-1555振蕩電路圖3-274LS191計(jì)數(shù)電路3.374LS191計(jì)數(shù)電路74LS191計(jì)數(shù)電路原理圖如圖3-2所示。參照第二章內(nèi)容按照設(shè)計(jì)好的布線圖擺放元件并焊接。3.474LS138譯碼電路和LED顯示部分74LS138譯碼電路和LED顯示部分原理圖如圖3-3所示。參照第二章內(nèi)容按照設(shè)計(jì)好的布線圖擺放元件并焊接。因?yàn)?4LS138譯碼器輸出端低電平有效，所以LED顯示部分采用共陰極接法。在焊接時(shí)要注意不要發(fā)光二極管的正負(fù)極接反了，以免燒壞管子。3.55V直流穩(wěn)壓電源電路參照?qǐng)D1-2進(jìn)行安裝與焊接。因?yàn)樽儔浩鬏斎霝?20V交流電，所以在連接變壓器插頭時(shí)要格外仔細(xì)，確保連接好后用絕緣膠布將接口處包裹起來(lái)，以免發(fā)生漏電現(xiàn)象，對(duì)人體造成危害。圖3-374LS138譯碼電路和LED顯示部分4電路板的調(diào)試4.1調(diào)試方法和步驟1.檢查電路設(shè)計(jì)的原理圖，確定連接無(wú)誤；2.檢測(cè)導(dǎo)線是否斷路，再用萬(wàn)用表檢測(cè)每部分是否完好；3.檢查整個(gè)電路是否都正確，看每個(gè)發(fā)光二極管是不是都能正常發(fā)光，各部件均能正常工作，看流水燈是否能按要求正常工作。4.2出現(xiàn)的問(wèn)題及處理方法1.第一次檢查完電路板確定無(wú)誤后，為安全起見(jiàn)，先用電池盒代替自制電源給電路供電，發(fā)現(xiàn)前8個(gè)流水燈全亮，而后8個(gè)流水燈全不亮，接在555定時(shí)器輸出端的綠色發(fā)光二極管時(shí)亮?xí)r不亮。用萬(wàn)用表測(cè)量555定時(shí)器各管腳電壓，發(fā)現(xiàn)其他管腳電壓正常，但輸出管腳（即管腳3）電壓為零。在知道故障處后，又對(duì)照電路圖反復(fù)檢查了幾遍，并確定電路焊接上沒(méi)有虛焊情況，最后發(fā)現(xiàn)是74LS191及74LS138芯片的16管腳和8管腳沒(méi)有相應(yīng)的接電源和地。排除故障后，接通電源，流水燈正常工作，根據(jù)雙擲開(kāi)關(guān)的通斷情況相應(yīng)的左循環(huán)和右循環(huán)。且接通不同電容時(shí)，流水燈閃爍快慢相應(yīng)變化。2.確定多路流水燈電路能正常工作后，便改用自制5V直流穩(wěn)壓電源給其供電，插上插頭后發(fā)現(xiàn)流水燈全不亮。用萬(wàn)用表檢測(cè)發(fā)現(xiàn)電源輸出端沒(méi)有電壓顯示，不一會(huì)兒電路突然冒起小火花，于是我們趕緊關(guān)了電源，開(kāi)始仔細(xì)檢查電源電路。最后得出結(jié)論是導(dǎo)線接觸不良，改善后再接通電源，電路和之前一樣正常工作。3.在課設(shè)答辯時(shí)，接通電源發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管全都不亮，于是我們又重新檢查電路。用萬(wàn)用表測(cè)試最后發(fā)現(xiàn)整流橋輸入電壓為二十幾伏，而輸出電壓為零，由此確定是整流橋部分出現(xiàn)了問(wèn)題。請(qǐng)教了實(shí)驗(yàn)室學(xué)長(zhǎng)后知道了是導(dǎo)線太細(xì)的緣故。因?yàn)殡娫床糠蛛娏鬏^大，若導(dǎo)線太細(xì)，會(huì)導(dǎo)致焊錫溫度過(guò)高而融化，出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象，甚至?xí)龎脑?。解決了導(dǎo)線的問(wèn)題后發(fā)現(xiàn)電路仍無(wú)法工作，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是整流橋器件已被燒壞，換上新的整流橋后電路正常工作。5電路板實(shí)拍圖圖5-1多功能多路流水燈電路正面圖圖5-1多功能多路流水燈電路正面圖圖5-2多功能多路流水燈電路反面圖5-2多功能多路流水燈電路反面圖5-35V直流穩(wěn)壓電源實(shí)物圖圖5-35V直流穩(wěn)壓電源實(shí)物圖圖5-4總設(shè)計(jì)實(shí)物圖圖5-4總設(shè)計(jì)實(shí)物圖6.總結(jié)及心得體會(huì)在這近一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)，我感到忙碌又充實(shí)。慶幸的是這期間我們沒(méi)有考試，所以不必分心復(fù)習(xí)，有足夠的時(shí)間來(lái)做課程設(shè)計(jì)。我們組共三人，我的主要任務(wù)是焊電路板。起初我還竊喜自己的任務(wù)簡(jiǎn)單，不必花很多精力，但在看其他組員設(shè)計(jì)電路、仿真的時(shí)候我突然想到：如果對(duì)設(shè)計(jì)原理圖沒(méi)有深刻理解的話，電路焊接出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)該怎么調(diào)試改進(jìn)呢？于是，我也開(kāi)始查閱資料，分析理解組員設(shè)計(jì)好的電路原理圖，并一起商量討論，提出改進(jìn)意見(jiàn)，確定最終設(shè)計(jì)圖。而且在真正開(kāi)始電路板的焊接時(shí)，我才意識(shí)到這并不是一項(xiàng)輕松的活。仿真圖上給的是芯片的邏輯圖，與其引腳圖差別很大，在焊接時(shí)必須首先依據(jù)各芯片的引腳圖畫出電路原理圖，確定導(dǎo)線布局，還要考慮到導(dǎo)線交叉、跳線的問(wèn)題。為了更好地理解電路圖原理并幫助更好的改進(jìn)電路，我另外用Multisim軟件對(duì)電路進(jìn)行了仿真并不斷調(diào)試，體會(huì)電容、電阻不同取值對(duì)流水燈閃爍快慢的影響。在最后的硬件調(diào)試階段出現(xiàn)了不少問(wèn)題，首先是忽略了各芯片的16管腳和8管腳，在這個(gè)低級(jí)的問(wèn)題上浪費(fèi)了不少時(shí)間，查出問(wèn)題后我深刻領(lǐng)悟到一個(gè)道理——細(xì)節(jié)決定成敗。所以在之后的調(diào)試中，每當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題我就從微小細(xì)節(jié)處開(kāi)始檢查，往往是覺(jué)得最不可能出現(xiàn)差錯(cuò)的地方就是問(wèn)題所在之處。在后來(lái)的電源調(diào)試中也是因?yàn)閷?dǎo)線接觸不良這個(gè)小問(wèn)題導(dǎo)致電路不能正常工作，甚至冒起火花。這又讓我體會(huì)到謹(jǐn)慎的重要性，特別是涉及到高電壓的時(shí)候。雖然有這些問(wèn)題，但在組員們的共同努力下，最終還是解決了這些問(wèn)題，得到了一個(gè)較理想的設(shè)計(jì)作品——多功能多路流水燈控制電路。通過(guò)這一次課程設(shè)計(jì)，我了解了多功能流水燈的一系列功能，以及各單元電路的工作原理。通過(guò)自己動(dòng)手做出實(shí)物來(lái)領(lǐng)會(huì)課本上學(xué)到的NE555、74LS191、74LS138等芯片的工作原理和工作狀態(tài)；進(jìn)一步熟悉了Mulitisim仿真軟件的使用方法；焊接能力得到了提高。同樣也很重要的一點(diǎn)就是，在這次課程設(shè)計(jì)中我體會(huì)到了團(tuán)結(jié)的重要性，收獲了更深刻的友誼。特別是我們組是三個(gè)女生，且都對(duì)這方面并不精通，起初很多同學(xué)為我們感到憂慮，擔(dān)心我們會(huì)做不好。但通過(guò)努力，我們做到了，而且發(fā)現(xiàn)比預(yù)期的容易的多。現(xiàn)在課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，我深刻體會(huì)到，凡事不管難易、不論男女，只要你想去做，并且努力了，結(jié)果就一定是好的。7.元件清單8.參考文獻(xiàn)[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)