8路移位型彩灯 五邑大学课程设计.docx

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8路移位型彩灯五邑大学课程设计

五邑大学

综合电子课程设计报告

题目：

8路移位型彩灯设计

院　系　　　信息工程学院　　

专　　　业　　　电子信息工程　　

学号　　　　ﻩ

学生姓名　　　　　　　　

指导教师　杨敏　　　

8路移位型彩灯设计

一、课程设计的目的

１．培养学生根据需要选学参考书，查阅手册,图表和文献资料的自学能力，通过独立思考﹑深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。

2.利用所学过的知识,通过设计计算﹑元件选取﹑电路板制作调试等环节,初步掌握工程设计的技能。

3.掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法,使学生巩固和加深对模拟电路和数字电路的理论知识，锻炼学生的动手能力。

4.了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明,能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。

5.培养严谨的工作作风和科学态度，使学生逐步建立正确的生产观点,经济观点和全局观点。

二、总方案设计

1．原理图

图表　２-1原理图

电路总体可视为5个模块，分别是稳压模块，时钟信号模块,逻辑控制模块,花型演示模块与复位电路模块。

稳压模块由把变压器输出的6V、50Hｚ的交流电通过整流和线性稳压,变成系统所需要5V直流电源,为整个电路提供动力。

时钟信号模块由NＥ５5５构成的多谐振荡器,输出自动产生的矩形波，为系统提供时钟信号。

逻辑控制模块主要有一片74LS16１和７４LS04组成,通过控制两片74LS1９4的Ｓ1、Ｓ0和SR、ＳＬ对花型演示模块起花型的控制作用。

花型演示模块由两片74LＳ194和八个LEＤ灯组成,是花型演示的最后部分。

复位模块对电路起复位作用,控制着74ＬS191７4LS161的清零端。

2.PCＢ原理图

图表2－2PCB原理图

大小6ｃm*7cm　　　3条飞线

三、具体电路的设计

1．稳压模块。

图表　3－1．１稳压电路

上图中的四个二极管组成了全部桥式整流电路。

设VDD与SGND之间的交流电压为Ｕ2。

U2为正半周时,对D1、D３加正向电压,Dｌ,D3导通；对D2、Ｄ4加反向电压,Ｄ2、D４截止。

电路中构成U2、D3、系统电路、D1通电回路。

Ｕ2为负半周时，对Ｄ2、D4加正向电压，D２、D４导通;对D1、D３加反向电压，D1、D3截止。

电路中构成U２、D４、系统电路、Ｄ2通电回路。

电压波形如下图：

图表3-1.2电压波形图

　由lm７805构成的线性稳压部分，把整流过得电压稳压成５V直流电源。

4个电容器起滤波作用。

2.时钟信号模块。

图表3-2.1多谐振荡器电路图

波形产生电路由5５５定时器构成。

555定时器时钟的2，６脚相连并通过电容C3接地,并同时通过Ｒ2接到7脚，7脚通过R1接电源VCC,构成多谐振荡器。

同时产生方波时钟信号由3脚输出。

55５构成的多谐振荡器电路工作原理如下:

（a）首次充电过程

刚接通电源时，设Vc＝０，则Vｃ1=1,Ｖc2=0，SR锁存器被置１，即Q=１，故V0跳变为高电平。

同时Ｔ截止,Ｖcｃ经R1和R2向C充电。

（b）放电过程

Ｖc由0开始充电,当充到Vｃ=2/３Vcc时，Vｃ1=0,Ｖc2=1，ＳR锁存器被置0，即Q＝０，故V0跳变为低电平。

同时T导通,电容C经R２，通过T迅速放电，Vc开始下降。

（c）再次充电过程

Vc由Vc=２/3Vｃc开始放电,当放大Ｖc＝1／3Vｃc时，Ｖc1＝1，Ｖｃ2=０,SR锁存器被置1，即Q=１,故V０跳变为高电平。

同时Ｔ截止，Vcｃ经R1和Ｒ2向C再次进行充电。

因此，电路在Vc＝1/３Vc和Vc=２／3Ｖcc之间不停地进行充电和放电,在输出端产生周期的矩形波。

其波形图如下：

图表3-２．2电压波形图

参数计算；充电时间Ｔ1=（R1+R2）Cln2

　　　　　=０.3５３s　　

　　放电时间Ｔ2=R2*Cln2

　　　　　＝0．3５2sﻩ

　　　振荡周期：

T=T1+T２=0.７０５s

振荡频率:

f=１.419Hｚ

３．逻辑控制模块。

图表3-3．1　逻辑控制图

74LＳ１61为同步４位二进制计数器,模长为16.其功能表如下：

图表３－3.2

　将74LS161的７、9、１0脚接高电平,上电复位后,74LS１61进入加法计数状态。

将7４LS１６1的１１、1２脚接入六非门反相器74LS０４的9、13脚,经反相得到/SR与S０。

４.花型演示模块

图表3-4.1花型演示电路图

　花型演示模块型演示模块由两片７4LＳ194和八个LED灯组成,在逻辑控制部分的控制下变化花型。

74LS194是双向移位寄存器,其功能图如下：

图表3-4．2　74LＳ194功能图

　当上电复位后，74LS1６1开始计数,此时SR=0，/SR=1,S１=0，ＳO=１，有上图可知，U2与U3的数据向右移,数据由ＳR输入,又有SＲ=0，/SR=1,此时LED灯由D5开始依次亮,而D９-D１2依次接入低电平。

　当经过4个时钟信号后，D5-Ｄ8全亮,D9-Ｄ12全部不亮。

第5个时钟信号来时，SR=1,／SR=０，S1=0，ＳO＝1,U2与U３的数据依然向右移，数据由SＲ输入，此时LED灯由D5开始依次灭,而由D9-D１２开始依次亮。

再经过4个时钟信号后，Ｄ５-D8全灭,D9-D１２全亮。

第9个时钟信号来时,SR=0，/SR=１，S１=1，ＳＯ=0。

可知此时U２与U3的数据向左移,数据由SL输入，又有SＲ=0，/SＲ=1,此时ＬＥD灯由D8-D5开始依次亮,而由Ｄ1２-Ｄ９开始依次灭。

　经过第9-１２个时钟信号后，LED灯D８-D5全亮,Ｄ12－Ｄ9全灭。

第13个时钟信号来时，SＲ=１，/SR=０,S1=1，SＯ＝0。

U2与Ｕ3的数据向左移，数据由ＳＬ输入，此时LED灯由D8-D5开始依次灭,而由D12-D9开始依次亮。

到第１6个时钟信号时,D5-D8全灭，D9-D12全亮。

　　如此周期循环，在视觉上的花型好像一条移动的虫子，保持4个LED灯亮向左或向右移动。

５.复位模块

图表3-5

　这是一个复合清零电路,当上电时，电源通过R3向电容C5充电，此时clｒ=０，当经过一段时间后,电容C5充满电,电容两端电压为Uc,此时clr＝Uc。

这个过程中,复位电路起到上电清零的作用。

四、电路性能测试与结果分析

1．仿真电路

图表4－1仿真电路图

　　　在画PCB电路之前,先搭建仿真电路,通过仿真电路,验证了电路设计的可行性。

制作焊接电路以后，接入9V左右的交流电，看到8个LEＤ灯依次发亮,每次亮灭时间为0．7０5秒。

当有４个ＬEＤ灯全亮时,保持4个LED灯亮着向左或向右移动，起来像是一条移动的虫子。

寄存器输出状态编码表

节拍

L１Ｌ2L３L4　Ｌ5Ｌ6L7L8

L１L２L3L4Ｌ５L6L7L8

L1L2L3L４L5L6L7L8

　1

2

　3

4

　５

　6

7

8

五、调试过程遇到的问题与解决的方法

制作焊接好电路板刚开始调试时，一上电发现电路无法如预期般运行,LEＤ灯D９-Ｄ12全亮,D5－D8全灭。

用万用表检测各个芯片的几个脚，发现：

①清零端clr电压为4.８９V,正常

②时钟信号端clk电压为2.4Ｖ,按５0%的占空比算也正常。

③拆下74LＳ161后连接电路，发现电路依然没有改变。

可知74ＬＳ16１电路出了问题。

检查ＰCB图与原理图,发现在连线时为了在PＣＢ板上多出一些可以走线的地方,删去了一些不需要用到的焊盘。

在这个过程中将S1与S0连线接反了。

④测得D５-Ｄ８接地脚有电压,检查电路发现没有接上电源地。

由上修改电路，连接飞线，接上电源后发现电路的LED灯全亮,并没有跳变移位。

仔细观察发现其实电路板还是有跳变的，只是太快了，不仔细看肉眼无法看见。

于是我将电路板带到实验室用示波器检查clk波形。

发现clｋ的周期只有8毫秒左右,与计算所得的0.７05秒相差过大。

观察时钟信号电路,发现Ｃ3和C４装反了,将两个电容装回去，重新接上电源，电路如预期运行。

设计制作成功。

六、课程设计体会（四号宋字，粗体）

通过本次设计，我发现课程设计持严谨态度的重要性，由于不够严谨，我的电路板出现了很多接错的地方。

同时,我学会了如何去调试检测电路。

我发现当设计电路出错时，首要的是“排对”，将正确的电路排查出去，留下的就是错误的电路,再依次修改。

“对症下药”是我学到的另外一点，在发现错误后,应该依照原理找出导致错误的电路模块，然后检测修改。

在我完成自己的设计以后,我又用自己所学到的方法帮助别人排查电路,巩固了电路原理知识,还锻炼了自己的排查能力。

总而言之，这次课程设计使我受益良多。

七、参考文献（四号宋字，粗体）

[1］李瀚荪.简明电路分析基础[M].北京:

高等教育出版社,2０02.07

[2］徐秀平．数字电路与逻辑设计[Ｍ]．北京:

电子工业出版社,2０１０.０7

[３]廖惜春．　模拟电子技术基础[M].武汉:

华中科技大学出版社2008.０1

[４］XX百科.整流电路．　927.hｔm