路循环彩灯课程设计报告.docx
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路循环彩灯课程设计报告.docx
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路循环彩灯课程设计报告
届课程设计
《现代电子技术》
课程设计说明书
学生姓名
学号
所属学院
专业计算机科学与技术
班级
指导教师
教师职称
1前言.............................................................................................................1
2摘要.............................................................................................................2
3设计目的和意义.........................................................................................5
4设计目标与方案..........................................................................................6
4.1设计目标……………………………………………………………6
4.2设计思路……………………………………………………………7
4.3所用器件介绍………………………………………………………7
5软件仿真……………………………………………………………………16
5.1软件介绍…………………………………………………………….16
5.2软件仿真…………………………………………………………….20
6电路的焊接与调试……………………………………………………........23
6.1电路的焊接…………………………………………………………23
6.1.1焊接工艺………………………………………………………23
6.1.2注意事项………………………………………………………24
6.2电路的调试…………………………………………………………24
6.2.1调试方法………………………………………………………24
7实物图………………………………………………………………………25
8总结………………………………………………………………………….28
9致谢………………………………………………………………………….30
10参考文献…………………………………………………………………….31
前言
电子技术基础(数字部分)是电气、控制、计算机、通信等专业的必修课程之一,又是上述专业报考硕士研究生的专业基础考试课程,是一门理论性强、实践性也很强、工程应用广的专业基础课程。
课程设计是大学阶段重要的实践教学环节,是针对某一门课程的要求,对学生进行综合性训练,培养学生运用课程所学到的理论与实践紧密结合,独立地解决实际问题。
通过课程设计使学生更好地巩固和加深对基础知识的理解,学会设计中小型数字系统的方法,独立完成调试过程,增强学生理论联系实际的能力,提高学生电路分析和设计能力。
通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新,为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。
彩灯控制器设计简介:
利用移位寄存器和计数器等设计一彩灯控制电路,改变电路的不同工作状态,控制彩灯变幻出不同的闪烁效果。
电路实用,也可以通过计算机仿真直观地看到循环彩灯的控制效果,综合运用所学数字电路知识,学会设计和调试方法, 从而产生浓厚兴趣。
如果稍微改动控制电路,可以更加完善,完成基于移位寄存器的彩灯控制器设计。
在现代生活中,彩灯作为一种装饰,既可以增强人们的感观,起到广告宣传的作用,又可以增添节日气氛,为人们的生活增添亮丽,用在舞台上增强晚会灯光效果,利用控制电路可使彩灯(例如霓虹灯)按一定的规律不断的改变状态,不仅可以获得良好的观赏效果,而且可以省电(与全部彩灯始终全亮相比)。
因此,彩灯控制电路应用越来越丰富我们的生活,成为我们生活不可缺少的一部分。
16路循环彩灯的设计
摘要:
现代电子技术的课程设计主要利用EWB或Multisim软件进行电路图的绘制及仿真设计。
根据课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计,并通过论证与选择,确定总统方案。
此后是对方案中单元电路进行选择和设计计算,包括元器件的选用和电路参数的计算。
并用电子设计软件对电路进行辅助设计和模拟仿真。
最后画出总体电路图。
预设计经指导老师审查通过后,从实验室领取所需元件和材料,并在实验板上焊接电路。
此后运用测试仪表进行电路调试,排除电路故障,调整元器件,修改电路,使之达到设计指标要求。
课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告的能力训练。
通过写报告,不仅把设计、组装、调试的内容进行全面总结,而且把实践内容上升到理论高度。
现代电子技术课程设计应达到以下基本要求:
1)综合运用电子技术课程中所学到的理论知识去独立完成一个设计课题;
2)通过查阅手册和文献资料,培养学生独立分析和解决实际问题的能力;
3)进一步熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用的原则;
4)学会电子电路的安装与调试技能;
5)进一步熟悉电子仪器的正确使用方法;
6)学会撰写课程设计总结报告;
7)培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
关键词:
多谐振荡器计数器译码器EWB频率
1设计目的和意义
1)通过课程设计,使学生加强对电子技术电路的理解。
2)掌握电子线路设计的基础方法和一般过程,能灵活的应用已学过的集成模块构成电路实现要求的功能。
3)学会查询资料、方案比较,以及设计计算及制作调试环节。
4)学会利用面包板搭接电路,合理安排线路。
5)将软件仿真结果与实际电路结果进行对比
6)培养自己的创新能力和创新思维。
7)培养自己实践的能力,解决问题的能力及现有知识基础上的创新。
8)掌握电子电路安装和调试的方法及其故障排除方法,学会用面包板对电路进行仿真。
9)通过查阅手册和文献资料,培养独立分析问题和解决问题的能力。
10)通过电子技术的课程设计使学生能够对电子技术及应用有进一步的理解,同时也巩固了所学的模电与数电知识,使所学的电子技术应用于实际,贴近生活,走向社会,增加学习的动力。
11)此外电子技术课程设计的主要目的是培养学生手动实践,搭建电路的能力,将理论与实际相结合的主要体现,使学生能够在学习理论知识的同时,对电子元器件及电子技术这门技术有更深入的认识,随着电子技术应用的推广,本次设计也是培养当代大学生的必要途径。
2设计目标与方案
2.1设计目标
1)利用555定时器设计多谐振荡器,输出一定频率的脉冲;
2)利用所学的电子技术知识搭建彩灯控制电路,实现16个彩灯依次循环闪烁。
设计的16路彩灯需在脉冲的作用下按照4位二进制的顺序循环点亮,能按16进制计数器的顺序依次点亮16路彩灯。
3)在搭建电路之前要先用EWB软件画好电路原理图,因此要对EWB软件熟悉,了解其用途,能够独立完成电路的设计,学会分析电路故障,对元器件认识透彻,清楚各个芯片的结构及用途。
4)电路仿真后,能够根据自己设计的原理图搭建电路,整体电路布局合理,线路清晰,并且调试成功。
5)课程设计说明书条理清晰,结构合理,格式规范。
2.2设计思路
根据十六路彩灯的EWB图连接实物图:
先发工作,把各种器材准备好,电烙铁插好电源,逐个把芯片底座焊接到线路板上,插上芯片,按十六路彩灯-EWB图将芯片与各器件连接起来:
1)555的1端接地,同时与100uF的电容负极连接;555的2端与电容的正极相连;555的3端与芯片74LS161的2端相连,提供脉冲;555的4端与
(1)10K的电阻相连,同时电阻的另一端在串联一
(2)10K的电阻,
(2)10K的电阻与100uF的电容的正极串联;555的5端不接;555的6端与
(2)10K.100uF电容之间相连;555的7端与连接到两电阻之间;555的8端连电源的正极.
2)74LS161芯片的1端.7端.9端.10端.16端连接电源的正极;3.4.5.6.8端接地;11.12.13.14是几个低电平输出端。
11端与74LS154的20端相连;12端与74LS154的21端相连;13端与74LS154的22端相连;14端与74LS154的23端相连;
3)芯片74LS154的1端到11端和13端到17端正向接二极管;12端接地;24端接电源的正极。
4)二极管的负向端并连起来,再串联一电阻,并且接地。
2.3所用器件介绍
2.3.1555定时器
555定时器成本低,性能可靠,只需要外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
555定时器的内部电路框图如图1所示。
图1555定时器的内部电路框图
它内部包括两个电压比较器,三个等值串联电阻,一个RS触发器,一个放电管T及功率输出级。
它提供两个基准电压。
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
它的引脚图如图2所示。
图2555定时器的引脚图
它的各个引脚功能如下:
1脚:
外接电源负端VSS或接地,一般情况下接地。
2脚:
低触发端
3脚:
输出端Vo
4脚:
是直接清零端。
当此端接低电平,则时基电路不工作,此时不论TR、TH处于何电平,时基电路输出为“0”,该端不用时应接高电平。
5脚:
VC为控制电压端。
若此端外接电压,则可改变内部两个比较器的基准电压,当该端不用时,应将该端串入一只0.01μF电容接地,以防引入干扰。
6脚:
TH高触发端。
7脚:
放电端。
该端与放电管集电极相连,用做定时器时电容的放电。
8脚:
外接电源VCC,双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V,CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
在1脚接地,5脚未外接电压,两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下,555时基电路的功能表如表1所示。
表1555时基电路的功能表
在这次课程设计中,555定时器用来产生脉冲信号。
因此把555定时器接成多谐震荡器。
多谐振荡器又称为无稳态触发器,它没有稳定的输出状态,只有两个暂稳态。
在电路处于某一暂稳态后,经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。
两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。
多谐振荡器可用作方波发生器。
接通电源后,假定是高电平,则T截止,电容C充电。
充电回路是VCC—R1—R2—C—地,按指数规律上升,当上升到时(TH、端电平大于),输出翻转为低电平。
是低电平,T导通,C放电,放电回路为C—R2—T—地,按指数规律下降,当下降到时(TH、端电平小于),输出翻转为高电平,放电管T截止,电容再次充电,如此周而复始,产生振荡,经分析可得
输出高电平时间T=(R1+R2)Cln2
输出低电平时间T=R2Cln2
振荡周期T=(R1+2R2)Cln2
输出方波的占空比为
用555定时器接成的多谐振荡器如图3所示:
图3用555定时器接成的多谐振荡器
电路的电压波形图如图4所示:
图4电路的电压波形
2.3.274LS161计数器
74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器,他可以灵活的运用在各种数字电路,以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能。
74LS161引脚图如图5所示:
图574LS161引脚图
管脚图介绍:
时钟CP和四个数据输入端P0~P3
清零/MR
使能CEP,CET
置数PE
数据输出端Q0~Q3
以及进位输出TC. (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)
74LS161功能表如表2所示:
表274LS161功能表
从74LS161功能表功能表中可以知道,当清零端CR=“0”,计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”,这个时候为异步复位功能。
当CR=“1”且LD=“0”时,在CP信号上升沿作用后,74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3,D2,D1,D0的状态一样,为同步置数功能。
而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后,计数器加1。
74LS161还有一个进位输出端CO,其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。
合理应用计数器的清零功能和置数功能,一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。
74LS161的时序波形图如图6所示:
图674LS161的时序波形图
2.3.374LS154译码器
74LS154为4线-16线译码器,当选通端(G1、G2)均为低电平时,可将地址端(ABCD)的二进制编码在一个对应的输出端,以低电平译出。
如果将G1和G2中的一个作为数据输入端,由ABCD对输出寻址,74LS154还可作1线-16线数据分配器。
74ls154跟74LS138很类似,差别就在于,138是3-8译码器,154是4-16译码器。
74LS154的管脚图如图7所示:
图774LS154的管脚图
引脚功能介绍:
A、B、C、D 译码地址输入端(低电平有效)
G1、G2 选通端(低电平有效)
0-15 输出端(低电平有效)
74ls154真值表如表3所示:
说明:
H-高电平L-低电平X-任意*-其他输出端为高电平
表374ls154真值表
74ls154电气参数:
极限值
电源电压:
7V
输入电压:
5.5V
工作环境温度 54154:
-55~125℃ 74154:
0~70℃
贮存温度:
-65~150℃
2.4器件清单
如表4所示。
序号
名称
型号/规格
数量
备注
01
74LS161
1个
02
74LS154
1个
03
555定时器
1个
04
发光二极管
红色
16个
05
电阻
10K
2个
06
电阻
200K
1个
07
电容
100uF
1个
08
导线
若干
表4元件清单
3软件仿真
3.1软件介绍
随着电子技术和计算机技术的发展,电子产品已与计算机紧密相连,电子产品的智能化日益完善,电路的集成度越来越高,而产品的更新周期却越来越短。
电子设计自动化(EDA)技术,使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。
EDA是在计算机辅助设计(CAD)技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。
与早期的CAD软件相比,EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快,而且操作界面友善,有良好的数据开放性和互换性。
电子工作平台Electronics Workbench (EWB)(现称为MultiSim) 软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件,它具有这样一些特点:
(1)软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似,可以实时显示测量结果。
(2)EWB软件带有丰富的电路元件库,提供多种电路分析方法。
(3)作为设计工具,它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。
(4)EWB还是一个优秀的电子技术训练工具,利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验,仿真电路的实际运行情况,熟悉常用电子仪器测量方法。
3.1.1EWB软件的操作界面
1)EWB的主窗口如图8所示。
图8EWB的主窗口
2)元件库栏如图9、图10所示。
图9
图10
3.1.2EWB软件基本操作方法介绍
EWB软件具体操作方法很细,就常用仪器举例。
1)数字多用表
数字多用表的量程可以自动调整。
下图11所示是其图标和面板。
图11数字多用表
2)示波器
示波器为双踪模拟式,其图标和面板如图12所示。
图12示波器
3)信号发生器
信号发生器可以产生正弦、三角波和方波信号,其图标和面板如下图13所示。
可调节方波和三角波的占空比。
图13信号发生器
3.2软件仿真
3.2.1电路原理
电路中555定时器组成多谢振荡器,输出一定频率的脉冲。
74LS161四位二进制计数器在输入周期性脉冲信号的作用下,输出在0000~1111之间循环变化。
通过4线-16线译码器74LS154,其16条输出线按照74LS161所输出的二进制数依次变化,从而与之相连的发光二极管依次点亮。
彩灯循环显示频率快慢由555定时器产生的脉冲信号的频率决定,即调整电路中的电阻R1、R2及电容C的参数,可改变彩灯循环显示频率。
整体电路图如图14所示。
图14整体电路图
3.2.2仿真图
如图15、16、17所示。
图15仿真图
图16仿真图
图17仿真图
4电路的焊接与调试
4.1电路的焊接
4.1.1焊接步骤
1)焊锡借助于助焊剂的作用,经过加热熔化成液态,进入被焊金属的缝隙,在焊接物的表面,形成金属合金使两种金属体牢固地连接在一起,形成的金属合金就是焊锡中锡铅的原子进入被焊金属的晶格中生成的,因两种金属原子的壳层相互扩散,依靠原子间的内聚力使两种金属永久地牢固结合在一起。
2)用电烙铁与焊锡丝将加工好的弯钩焊接在新的电路板上:
a左手拿焊锡丝,右手拿电烙铁。
b把电烙铁以45度左右夹角与焊盘接触,加热焊盘。
c待焊盘达到温度时,同样从与焊板成45度左右夹角方向送焊锡丝。
d待焊锡丝熔化一定量时,迅速撤离焊锡丝。
e最后撤离电烙铁,撤离时沿铜丝竖直向上或沿与电路板的夹角45度角方向。
4.1.2注意事项
焊接的时间不能太久,大概心里默数1,2即可,然后再撤离焊锡丝,再撤离电烙铁,在撤离电烙铁时,也一样心里默数1、2即可;焊锡要适量,少了可能虚焊。
在焊的过程中,出现虚焊或则焊接不好,要把焊锡焊掉,重新再焊。
在吧焊锡焊掉的过程中,左手拿这吸锡器,右手拿着电烙铁,先把电烙铁以45度左右夹角与焊盘接触,加热焊锡,再将吸锡器靠近焊锡,按下吸锡器的按钮,就可以吧焊锡焊掉,重复多次,就可清除焊盘上的焊锡,注意不要将焊盘加热太久,以免把焊盘的铜给焊掉。
4.2电路的调试
所谓电子电路的调试,就是以达到电路设计指标为目的而进行的一系列的“测量→判断→调整→再测量”反复进行的过程。
电路测试和调整是电子设备的一个重要环节。
通过调试发现和纠正设计方案的不足和安装的不合理,然后采取措施加以改进,使电子电路或电子装置达到预定的技术指标。
调试前要作好仪器仪表的准备工作:
①根据调试内容选用合格的仪器仪表;②检查仪器仪表有无故障,量程和精度应能满足调试要求,并熟练掌握仪器仪表的正确使用;③将仪器仪表放置整齐,经常用来读取信号的仪器应放置于便于观察的位置。
调试包括测试和调整两个方面。
为了使调试顺利进行,应先熟悉电路图工作原理,拟定好调试步骤。
在电路图上标明元器件参数、标明各点的电位值、主要测试点的电位值及相应的波形图以及其他主要数据。
调试方法通常采用先分调后统调。
调试时可以循着信号流程,逐级调整各单元电路,使其参数基本符合设计指标。
即把组成电路的各功能块(或基本单元电路)先调试好,再逐步扩大调试范围,最后完成整机调试。
5实物图
如图18、19所示。
总结
通过本次课程设计,我们知道了在设计、调试大型程序时,需先根据要求划分模块,优化结构;再根据各模块特点确定何为主程序,何为子程序,何为中断服务程序,相互间如何调用;再根据各模块性质和功能将各模块细化,设计出程序流程图;最后才根据各模块流程图编制具体程序。
调试时应先调主程序,实现最基本最主要的功能,在此基础上再将各模块功能往主程序上堆砌,直至各模块联调、统调,实现全部功能。
通过本次课程设计的学习,让我了解了设计电路的程序,以及16路循环彩灯的原理与设计。
同时在软件设计编程上,让我了解到很多编程方面的技巧,并且使我对各个芯片的各个引脚的功能有更深入的了解,巩固了书面知识,发现了以往在学习中忽视的东西,明白了在实际的设计工作中只有书面知识是不足的,只有在自己的实践中才能发现问题并解决问题,从而不再犯眼高手低的错误。
在此次的设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。
在设计电路中,是先仿真后连接实物图,但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的。
总的来说,通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力,提高组成系统、编程、调试的动手能力。
而且在此次设计中,我了解到了理论与实践相结合的重要性,对以后步入社会积累了很好的经验。
在这次课设的时候也是我懂得合作协作的精神支柱是做好这次课设的关键,不论我们选的课设题目难还是易,我们都应该细心,一心一意的去做,不要忽视每一个细节,焊接板子的时候要有耐心,即使是错误了,也应该坚持不懈,心平气静的去做,这样在不断的努力之下也会完成实验的,课设中我们要按老师的要求去做,遵守实验室的各项规章制度,保护好实验的器材。
课设不仅体现了个人的能力,还体现了一个团队的合作能力,每个人的动手能力,也是为我们以后的各项实践奠定了基础,创造了良好的条件,注重每个细小的环节。
做到小节细心,大的环节也不容忽视,不管在实验中遇到什么问题都要做到不放弃,还有一个道理,那就是不放弃,在任何时候,都不要放弃自己的队友。
这次试验是如此,以后的生活中亦是如此。
又有人说生活就是实验,而这次课设也将是我们生活的另一面。
通过这次课设我也明白了许多,在以后的生活中,不管面临着什么样的挑战,都要做到敢于面对挑战,不管困难有多大,都要相信我能做到,我一定能做到,相信自己,成功就在一步之遥。
永远都要抱着不服输的心态,坚持到最后,你就是最后的王者。
一个强者的体现不仅是能力的体现,也是面对挑战时的那种不服输,不怕失败,因为失败也是成功之母,在失败中吸取经验,接受自己失败的原因,正面面对,这才是一个强者的真正体现,做生活的强者,永不言败,没有永远的失败,只有你放弃时候的失落。
不要让自己留下遗憾,坚持到最后。
致谢
本次设计在选题及研究过程中得到***老师的悉心指导。
*老师多次询问设计进度,并为我们指点迷津,帮助我们开拓研究思路,精心点拨、热忱鼓励。
他们一丝不苟的作风,严谨求实的态度,踏踏实实的精神,不仅授我们以文,而且教我们做人。
我们对老师的感激之情是无法用言语表达的。
通过这次毕业设计,使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼,为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。
我们在指导老师杨老师和丛老师的精心指导和严格要求下,获得了丰富的理论知识,极大地提高了实践能力,并对当前电子领域的研究状况和发展方向有了一定的了解。
在此,我忠心感谢杨老师和丛老师的指导和支持。
在未来的工作和学习中,我们将以更好的成绩来回报老师。
在此,我还要感谢在一起愉快的度过大学生生活的计算机系全体老师和同学,正是由于你们的帮助和支持,我才能克服一个一个的困难和疑惑。
在论文即将完成之际,我的心情无法平静,从开始进入课题到论文的顺利完成,有多少可敬的老师、同学、朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我们诚挚的谢意!
参考文献:
[1]数字电路与逻辑设计.胡
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