《数字电子技术基础》
课程设计报告
设计题目：彩灯循环控制器的设计
专 业：
班 级：
姓 名：
学 号：
指导教师:
设计日期： 2014 年 6 月
课程设计评审意见
（1） 设计阶段（30分）——硬件电路运行情况
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（2） 报告（60分）——对于课程设计报告撰写的整体评价
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（3） 平时表现（10分）——课程设计过程中的表现
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
总评分数：
优（ ）能很好地完成数字电子课程设计的任务，制作的电路板达到设计要求，课程设计报告能对设计内容进行全面、系统的总结，并能运用学过的数字电子技术理论知识对某些问题加以分析。态度端正，课程设计期间无违纪行为。
良（ ）能较好地完成数字电子课程设计的任务，制作的电路板达到设计要求，课程设计报告能对设计内容进行比较全面、系统的总结。考核时能较圆满地回答老师提出的问题，态度端正，课程设计期间无违纪行为。
中（ ）能够独立完成课程设计的任务，制作的电路板达到规定的主要要求，课程设计报告能对设计内容进行比较全面的总结，在考核时能正确地回答主要问题，态度端正，课程设计时无违纪行为。
一般（ ）课程设计过程中态度基本端正，能够完成课程设计的任务，提交电路板，能够完成报告，内容基本正确；但不够完整、系统，考核中能回答主要问题。
差（ ）课程设计过程中表现不佳，未能完成课程设计要求的内容。
评阅人：
20##年6月25日
注：
优（90－100分）、良（80－89分）、中（70－79分）、一般（60－69分）、差（60分以下）
目录
引言.........................................................................1
第一部分：设计方案设计........................................................2
1.1方案选择：............................................................2
1.2功能设计及分析.......................................................2
1.2.1 时钟信号功能设计...............................................2
1.2.2 花型控制功能设计...............................................3
1.2.3 花型演示功能设计...............................................3
1.3 原理图总图及说明.....................................................4
第二部分：硬件调试总结........................................................5
2.1 元器件清单及说明.....................................................5
2.2 硬件调试.............................................................9
第三部分：总结...............................................................10
3.1 设计小结........................................................10
3.2 心得体会........................................................11
参考文献....................................................................11
附录.........................................................................12
引言
现在绝大多数的彩灯控制电路都是用数字电路来实现的，例如，用中规模集成电路实现的彩灯控制电路主要用计数器，译码器，分配器和移位寄存器等集成。
本次设计的彩灯控制电路就是用寄存器、计数器和译码器等来实现，其特点是用发光二极管显示，显示循环为：（1）彩灯自上到下渐亮至全亮（2）彩灯自上到下渐灭至全灭（3）彩灯自下到上渐亮至全亮（4）彩灯自下到上渐灭至全灭（5）彩灯全亮。（6）彩灯全灭。发光二极管的亮灭由移位寄存器的输出高低电平来控制，不同图案从左到右或从右到左的变化可用移位寄存器的左移、右移功能，全亮或全灭可由移位寄存器的并入功能实现。8种彩色图案的转换由计数器的8种状态控制。
通过本次课程设计既可以提高我们的动手能力和实际分析问题能力，还有助于我们加深对数字电路的认识和了解，进一步激发学习的兴趣，为后续学习打下坚实基础。
第一部分：设计方案设计
1.1方案选择：
图1
（1）脉冲产生电路：
选用NE555定时器组成的多谐振荡器可以产生所需频率的脉冲。
（2）循环控制电路：
由两片74LS194实现，每一片芯片能实现4位输出的左移、右移、清零和全亮，两片芯片就能对8组彩灯进行控制，全亮由高电平置数实现。
1.2功能设计及分析
1.2.1 时钟信号功能设计
图2
用NE555构成一个多谐振荡器，让其产生脉冲，工作原理是：接通电源后，若OUT是高电平，则555内部的放电管T截止，电容C充电，充电回路是Vcc——R9——R10——C1——GND，Vc按指数规律上升。当Vc上升到2/3Vcc时，输出OUT翻转为低电平，T导通，电容C放电，放电回路C1——R10——T——GND，Vc按指数规律下降，降到1/3Vcc时，输出OUT翻转为高电平，放电管T截止，C再次充电，如此循环，产生脉冲。
1.2.2 花型控制功能设计
图3
控制部分由两个四位二进制计数器74LS161级联起来，作为计数模块，其中一片161作为低位，当其计数满进位时产生脉冲使高位161开始计数，将地位161的进位端在高位的使能端，便能将两片161级联。
1.2.3 花型演示功能设计
图4
针对本次设计只有8节拍的花型，所以两片194不用级联就可以实现所要求的功能。
1.3 原理图总图及说明
图5
本次设计是由二片移位寄存器194实现。其八个输出信号端连接八个发光二极管，用其输出信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。而花型之间的变化通过花型控制电路的输出即161级联的计数器出控制（它们由同一个CP脉冲控制）。移存器输出状态编码表如下:
由以上元器件的所示的芯片构成原理图，通过NE555振荡器产生的时钟脉冲信号，再通过具有同步加法计数74LS161产生分频，再经过控制电路输入到74LS194组成的移位寄存器中通过控制发光二极管来显示设计所需要的要求。
第二部分：硬件调试总结
2.1 元器件清单及说明
(1)NE555芯片:
图6
引脚说明:
1脚（GND）是地端；
2脚(TR)称触发端，是下比较器的输入； 3脚(Vo)是输出端，它有O和1两种状态， 由输入端所加的电平决定；
4脚(MR)是复位端，加上低电平时可使输出为低电平；
5脚(Vc)是控制电压端,可用它改变上下触发电平值；
6脚(TH)称阈值端，是上比较器的输入；
7脚(DIS)是放电端，它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态， 也是由输入端的状态决定； 8脚（Vcc）是电源端，
特点：
① 只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。
② 它的操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。
③ 其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。
④ 它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
(2)74LS161芯片：
图7
引脚说明：
PCO 进位输出端
CLOCK 时钟输入端（上升沿有效）
CLEAR 异步清除输入端（低电平有效）
ENP 计数控制端
ENT 计数控制端
ABCD 并行数据输入端
LOAD 同步并行置入控制端（低电平有效）
QA －QD 输出端
功能：
161的清除端是异步的。当清除端CLR为低电平时，不管时钟端CLK状态如何，即可完成清除功能。161的预置是同步的。当置入控制器LD为低电平时，在CLK上升沿作用下，输出端Q0－Q3与数据输入端P0－P3相一致。对于54/74LS161，当CLK由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端ENP、ENT为高电平，则LOAD应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS161无此种限制。161的计数是同步的，靠CLK同时加在四个触发器上而实现的。当ENP、ENT均为高电平时，在CLK上升沿作用下Q0－Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于54/74LS161，只有当CLK为高电平时，ENP、ENT才允许由高至低电平的跳变，而54/74LS161的ENP、ENT跳变与CLK无关。161有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（RCO）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。在不外加门电路的情况下，可级联成N位同步计数器。对于54/74LS161，在CLK出现前，即使ENP、ENT、CLR发生变化，电路的功能也不受影响。
（3）74LS194芯片：
图8
引脚说明：
CLK 时钟输入端
MR 清除端（低电平有效）
A-D 并行数据输入端
DSL 左移串行数据输入端
DSR 右移串行数据输入端
S0、S1 工作方式控制端
QA －QD 输出端
功能：
当清除端（MR）为低电平时，输出端（QA－QD）均为低电平。当工作方式控制端（S0、S1）均为高电平时，在时钟（CLK）上升沿作用下，并行数据（A－D）被送入相应的输出端QA－QD。此时串行数据（DSR、DSL）被禁止。当S0为高电平、S1为低电平时，在CLOCK上升沿作用下进行右移操作，数据由DSR送入。当S0为低电平、S1为高电平时，在CLOCK上升沿作用下进行操作，数据由DSR入。当S0和S1均为低电平时，CLOCK被禁止。对于54/74LS194，只有当CLK为高电平时S0和S1才可改变。
（4）74LS04芯片：
图9
引脚说明：
1A－6A 输入端
1Q－6Q 输出端
功能：74LS04是内含6组相同的反相器。即1A输入高电平，1Y输出低电平。
（5）74LS08芯片：
图10
引脚说明：
1A－4Ａ、１Ｂ－４Ｂ 输入端
１Ｙ－４Ｙ 输出端
功能:74LS08芯片内有共四路二个输入端的与门，能实现电路的与运算。
（6）74LS32芯片：
图11
引脚说明：
1A－4Ａ、１Ｂ－４Ｂ 输入端
１Ｙ－４Ｙ 输出端
功能：74LS32芯片内有共四路二输入端的或门，能实现电路的或运算。
2.2 硬件调试
调试步骤：
（1）检查电路
对照电路图认真检查电路，首先查看电源是否接错或与地短接，然后检查各芯片是否安装牢固，最后对照电路图认真查看各芯片的管脚是否接错、漏接或出现多接线的现象。
（2）接通电源观察
在做好第一步的基础上进行下一步。接通电源，如果出现异常现象立即关闭电源，按第一步重新检查电路对出现事故的电路部分进行着重的检查，直至发现并排除错误。
（3）工作开关断开的情况下的调试
当第二步完成后，在断开开关的情况下用一个发光二极管检测脉冲信号的输出，各芯片的初始输出是否正确，如果存在问题，查找出原因并解决。
（4）工作开关闭合的情况下的调试
闭合工作开关，观察显示结果是否正确，如果存在问题继续调试。调试结束后观察调试后的结果是否符合设计要求。
调试结果：
第一次的调试的结果四种功能不是都正常工作，而且也不是所有的彩灯都可以按正常的设计结果闪烁。我对出问题的部分进行分析，然后进行调试。
最后调试到各部分电路正常的工作，通过对开关的控制，可以依次实现六种功能。
调试中故障及解决办法：
由于电路中的芯片、插线、万用板的质量、接触等都存在一定的问题，故调试中出现问题是不可避免的。
在调试的过程中，我发现八盏灯都不亮。经过多次各种分析，终于发现是有几块芯片忘了接电源和地线。由此进行调试，最后发现没有问题，可正常实现预期各种功能。
第三部分：总结
3.1 设计小结
本次数电设计中，调试过程中有出现接触不良，但经过分析和测试，最终解决了，并且可实现本实验所要求的功能。本次设计的不足之处就是焊接的线太杂乱,检测故障时会有些难度。
3.2 心得体会
这次数电课程设计是我们第二次做课程设计，所以对我们而言不仅十分有意义，而且也是个挑战。
在这次课程设计中可以总结为以下的几点：1，对数字电路知识的巩固与提高，这次课程设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识，在整个实习过程中，都离不开对数字电路课程知识的再学习。我在最开始，就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回顾了一遍。2，学会了理论联系实际，课程设计，通过选择的题目，根据要求，运用所学知识将其付诸实践来完成。这并不是在课堂上的单纯听懂，或者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。3，学会了如何运用电路板、芯片、导线等组装各种功能的电路；学会了如何运用电路板、芯片、导线等组装各种功能的电路；虽然这不是第一次用电路板，因为之前的课内实验也用过，但当时的运用也只是插些导线和电阻电容之类的，用了电路板的很小部分。这次的实习中应用了整块板子，实习后对电路板的组成完全了解了，并能熟练运用。4，和同学的互相协作共同进步，在实习中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间也会从别人上上学到更多。
参考文献
[1]康华光，邹寿彬. 电子技术基础-数字部分（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.1
[2]邓勇.数字电路设计完全手册. 北京：国防工业出版社，2001
[3]赵六骏，金良玉. 数字电路与逻辑设计. 北京：北京邮电大学出版社，1995
[4]章忠全.电子技术基础：实验与课程设计. 北京：中国电力工业出版社，1999
附录
彩灯PCB图
彩灯实物图
第二篇：循环彩灯实训报告
目 录
一、彩灯控制电路图原理分析.................................................................................... 2
二、循环彩灯控制电路Multisim的仿真 ................................................................... 2
三、循环彩灯控制电路Protel99SE的PCB及3D设计 ........................................... 2
四、PCB板的制作 ....................................................................................................... 5
五、元件的检测............................................................................................................ 5
六、元件清单表............................................................................................................ 7
一、彩灯控制电路图原理分析
电路控制是通过三极管，有极性电容，电阻来控制发光二极管来实现的。其中电路图通过R1，R2和V1来控制发光二极管D1。电容C2，R3和V2来控制发光二极管D2，电容C3，R5，R6和三极管V3来控制发光二极管D3。
打开电源三个发光二级管全亮，同时我们可以在每一个发光二极管上并联一或几个二极管，随着二极管个数增加电路图的电压也要随之增大。否则二极管不会全亮。 电路原理图如下：
二、循环彩灯控制电路Multisim的仿真
1、打开仿真软件multisim 2、在出现的编辑区域内放置元件 3、放置完元件后，连线并放置节点 4、开始仿真，记录仿真结果 5、保存文件
三、循环彩灯控制电路Protel99SE的PCB及3D设计
制作循环彩灯的PCB我们首先应该在Protel99SE里面建立一个原理图的文件，然后将文件打开，将我们的循环彩灯的原理图画在原理图文件夹里面，将其元件的编号和其封装正
确的填写在元件属性栏里面。然后将我们所画的原理图进行电气规则检查（有错误的话将原理图进行修正，并在电气规则检查都正确为止）。没有错误然后再创建原理图的网络表创建。并检测网络表中是否有元件的封装缺少（发现缺少我们饭后原理图进行添加）。网络表无误我们将原理图保存并退出原理图的编辑文件。
我们将原理图绘制好了以后，然后在文件菜单建立一个PCB文件。由于我们所用的元件不多，所以我选择做单面板。进入文件点击菜单栏的设计中的选项将点开界面中的Toplay前的“√”去掉。然后分别在Otlayer和Bttom Slder面上规划好PCB的大小，然后加载网络表将我们之前做好的网络表加载上去。检查无误之后Execute。然后将所有元件有规则整齐的放入我们刚刚规划好的区域里面，最后将所有的元件布线。这样我们的PCB就做好了。在最后我们点击视图菜单栏下面的3D显示就可以看到我们的PCB的3D显示效果了。
设计步骤：
1、绘制电路图
启动Protel99SE原理图编辑器，设计并制作好彩灯控制原理图。
4
2、规划电路板
在创建好PCB文件并启动PCB编辑器后，设计人员首先要对电路板进行规划。所谓规划电路板，就是根据电路的规模以及公司或制造商的要求，具体确定所需制作电路板的物理外形尺寸和电气边界。
对于电路板的规划的具体实现，可以首先设定当前的工作层面为禁止布线层。单击下方的“KeepOutlayer”标签即可将 当前的工作层面切换到禁止布线层，在该层面上确定电路板的电气边界位置。 3、设置参数
设置参数主要是指设置元件的布置参数、层数参数、布线参数等。有些参数用其默认值即可，
有些参数在Protel99SE使用后，就无需再做修改。
4、装入网络表及元件封装
产生网络表：执行“Design/create Netlist”菜单命令。执行完该命令后，会出现一对话框，用户可进行对话框设置。对话框设置完后，将进入Protel99SE的记事本程序，并将结果保存为“.net”文件，产生网络表文件。
5、元件的布局
6、布线
这步工作是完成元件之间的电路连接，有两种方式：自动布线和手动布线。若在PCB设计系统中装入了网络表，则在该步中就可以采用自动布线方式。在布线之前还要设定好设计规则。
7、文件保存及输出
3D效果图
四、PCB板的制作
1、PCB板的制作步骤
1)用笔直接将印刷图形描绘在覆铜板上，并描绘出元件焊脚点。然后在所描绘的图形路线上贴上双面胶，以防油漆脱落后腐蚀掉有用的电路。
2)电路板腐蚀：在塑料容器中配置三氯化铁溶液（40%的三氯化铁和60%的水），要求用温水，可使反应速度加快。
3)钻孔：好后，撕掉覆铜板上的双面胶，根据之前描绘的元件焊脚点进行打孔。
4)安装：图将所需元件分别插入相对应的铜板焊脚点上，并进行焊接。
5)调试：通上+5V直流稳压电源，观察彩灯点亮的情况。
2、 PCB板的制作注意事项：
1)布局前我要考虑PCB的尺寸，避免过大抗噪声能力下降，过小散热不好。
2)尽可能缩短高频元器件之间的连线，避免元器件挨的太近，互受干扰。
3)重量超过15g的元器件，应当用支架加以固定，然后焊接。
4)位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2 mm 。
5)输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。
6)焊盘中心孔要比元器件引线直径稍大一些。
五、元件的检测
1、电阻的检测
测量电阻的方法很多，可用欧姆表、电阻电桥和数字欧姆表直接测量，也可根据欧姆定律R=V/I，通过测量流过电阻的电流I及电阻上的压降V来间接测量电阻值。
当测量精度要求较高是，我们采用电阻电桥来测量电阻。电阻电桥有单臂电桥和双臂电桥两种。
当测量精度要求不高时，可直接用欧姆表测量电阻。现以MF-30型万用表为例，介绍测量电阻的方法。首先将万用表的功能选择波段开关置欧姆挡，量程波段开关置合适挡。将两根测试笔短接，表头指针应在欧姆刻度线零点，若不在零点，则要调节欧姆旋钮回零。调回零后即可把被测电阻串接于两根测试笔之间，此时表头指针偏转，待稳定后可从欧姆刻度
线上直接读出所示数值，再乘上事先所选择的量程，即可得到被测电阻的阻值。当另换一量程时，必须再次短接两测试笔，重新调零。每换一量程挡，都必须调零一次。
2、电容的检测
一般，我们用万用表的欧姆档就可以粗略的辨别其漏电、容量衰减或失效的情况。具体方法是：选用“R×1K”或“R×100”档，将黑表笔接电容器的正极，红表笔接电容器的负极，若表针摆动大，且返回慢，返回位置接近∞，说明该电容器正常，且电容量大；若表针摆动虽大，但返回时，表针显示的电阻值较小，说明该电容漏电流较大；若表针摆动很大，接近于0欧，且不返回，说明该电容器已击穿；若表针不摆动，则说明该电容器已开路，失效。
若果电容器容量较小时，应选用万用表的“R×10K”档测量。若果需要对电容再一次测量时，必须将其放电后方能进行。如果要求更精确的测量，我们可以用交流电桥和Q表来测量。
3、发光二极管的检测
发光二极管和普通二极管一样具有单向导电性，正向导通时才能发光。发光二极管的发光颜色有多种，例如红、绿、黄等，形状有圆形和长方形等。发光二极管出厂时，一根引线比另一根引线长，通常，较长的引线表示阳极，另一根为阴极。若辨别不出引线的长短，则可以用辨别普通二极管管脚的方法来辨别其阳极和阴极。发光二极管正向工作电压一般在
1.5V~3V，允许通过的电流为2~20mA，电流的大小决定发光的亮度。电压、电流的大小依器件型号不同而稍有差异。若与TTL组件相连接使用时，一般需串接一个470欧德降压电阻，以防止器件的损坏。
4、三极管的检测
1) 先判断基极b和三极管类型
将万用表欧姆档置“R×100”或“R×K”处，先假设三极管的某极为“基极”，并将黑表笔接在假设的基极上，再将红表笔先后接到其余两个电极上，如果两次测得的电阻值都很大（或者都很小时），约为几千欧至十几千欧（或约为几百欧至几千欧），而对换表笔后测得两个电阻值都很小（或都很大），则可确定假设的基极时正确的。如果两次测得的电阻值是一大一小，则可肯定原假设的基极是错误的，这时就必须重新假设另一电极为“基极”，再重复上叙的测试。最多重复两次就可以找出真正的基极。当基极确定以后，将黑表笔接基极，红表笔分别接其他两级。此时，若测得的电阻值都很小，则该三极管为NPN型管；反之，则为PNP型管。
2) 再判断集电极c和发射极c
以NPN型管为例。把黑表笔假设的集电极c上，红表笔接到假设的发射极e上，并且用手捏住b极和c极，通过人体，相当于在b、c之间接入偏置电阻。读出表头所示c、e间的电阻值，然后将红、黑两表笔反接重测。若第一次电阻值比第二次小，说明原假设成立，黑表笔所接为三极管集电极c，红表笔所接为三极管发射极e。因为c、e间电阻值小说明通过万用表的电流大，偏置正常。
六、元件清单表
总 结