六回路闪灯的设计与实现.docx
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六回路闪灯的设计与实现
2012-2013学年第二学期
《数字电子技术》
课程设计报告
题目:
六路回闪灯的设计与实现
专业:
11电子信息工程
班级:
11电信1班
姓名:
鲍家明、曹凯、常贤、陈文、董彬彬
杜世民、冯传信、高文韬、葛自立
指导教师:
周旭胜
电气工程系
2013年6月2日
课题名称
六路回闪灯的设计与实现
指导教师(职称)
执行时间
2012~2013学年第二学期第14周
学生姓名
学号
承担任务
鲍家明
1109121001
555定时器组成多谐振荡器的设计
曹凯
1109121002
555定时器组成多谐振荡器的设计
常贤
1109121003
555定时器组成多谐振荡器的设计
陈文
1109121004
CD4017的设计
董彬彬
1109121006
CD4017的设计
杜世民
1109121007
多谐振荡器与CD4017的连接设计
冯传信
1109121008
多谐振荡器与CD4017的连接设计
高文韬
1109121009
多谐振荡器与CD4017的连接设计
葛自立
1109121010
应用仿真软件实现六路回转灯依次点亮
设计目的
通过本设计熟悉中规模集成电路进行时序电路和组合电路设计的方法,掌握彩灯循环控制器的设计方法。
设计要求
多谐振荡器由555定时器构成、由多谐振荡器和CD4017来实现六路回闪灯的功能、由仿真软件来实现六路回闪灯的功能。
六路回闪灯的设计与实现
摘要
随着电子技术的快速发展尤其是数字技术的突飞猛进,多功能流水灯凭着简易,高效,稳定等特点得到普遍的应用。
在各种娱乐场所、店铺门面装饰、家居装潢、城市墙壁更是随处可见,与此同时,还有一些城市采用不同的流水灯打造属于自己的城市文明,塑造自己的城市魅力。
目前,多功能流水灯的种类已有数十种,如家居装饰灯、店铺招牌灯等等。
所以,多功能流水灯的设计具有相当的代表性。
本文主要进行六路回闪灯的设计并按要求让六路回闪灯依次闪亮,六路回闪灯主要是由多谐振荡器和CD4017组成,多谐振荡器是由555定时器构成,在仿真软件上连接好多谐振荡器和CD4017并进行仿真,六路回闪灯依次闪亮即设计成功。
关键词:
六个发光管;依次点亮;反方向依次点亮;CD4017;555定时器;LEDred灯。
目录
第一章概述4
1.1课程设计的意义4
1.2设计任务4
1.3设计目的4
1.4课程思路4
第二章仿真软件Mutlisim简介及使用5
2.1Mutlisim的简介5
2.2Mutlisim的操作界面5
第三章多谐振荡器6
3.1.555定时器的功能及构成6
3.2.多谐振荡器的软件仿真7
第四章.六路回闪灯的设计9
4.1.CD4017的功能9
4.2.CD4017与多谐振荡器连接后的仿真12
4.3六路回闪灯的设计思路14
4.4六回路电路的仿真14
第五章.总结16
参考文献17
第一章概述
1.1课程设计的意义
电子技术实验是一门重要的实践性技术基础课程。
开设本课程的目的在于使学生理论联系实际,在老师的指导下完成大纲规定的实验任务。
通过实验熟悉电工.电子技术的应用中常用的设备和电子器件,熟悉常用仪器的使用方法,掌握正确记录.处理实验数据、绘制曲线、分析实验结果的方法,从而开发学生分析问题或解决问题的能力,培养学生具有严谨的工作作风,实事求是的科学态度,刻苦钻研、勇于探索和创新的开拓精神以及遵守纪律、团结协作和爱护公物的优良品质,为今后从事专业科研工作和工程技术工作打下良好的基础。
1.2设计任务
LED灯能够依次循环点亮。
1.3设计目的
通过本设计熟悉中规模集成电路进行时序电路和组合电路设计的方法,掌握彩灯循环控制器的设计方法。
1.4课程思路
此电路主要由三部分组成,其整体框图如图所示。
振荡电路计数译码驱动电路显示电路
第二章仿真软件Mutlisim简介及使用
2.1Mutlisim的简介
Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。
2.2Mutlisim的操作界面
Multisim是InteractiveImageTechnologies(ElectronicsWorkbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。
为适应不同的应用场合,Multisim推出了许多版本,用户可以根据自己的需要加以选择。
在本书中将以教育版为演示软件,结合教学的实际需要,简要地介绍该软件的概况和使用方法,并给出几个应用实例。
软件以图形界面为主,采用菜单、工具栏和热键相结合的方式,具有一般Windows应用软件的界面风格,用户可以根据自己的习惯和熟悉程度自如使用。
启动Multisim2001后,将出现如下图所示的界面,界面由多个区域构成:
菜单栏,各种工具栏,电路输入窗口,状态条,列表框等。
通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑,并根据需要对电路进行相应的观测和分析。
用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。
菜单栏位于界面的上方,通过菜单可以对Multisim的所有功能进行操作不难看出菜单中有一些与大多数Windows平台上的应用软件一致的功能选项,如File,Edit,View,Options,Help。
此外,还有一些EDA软件专用的选项,如Place,Simulation,Transfer以及Tool等,启动Multisim会出现如下图2-1界面
图2-1Multisim启动界面
第三章多谐振荡器
3.1.555定时器的功能及构成
555集成时基电路称为集成定时器,是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路,其应用十分广泛。
该电路使用灵活、方便,只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器,因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。
它的内部电压标准使用了三个5K的电阻,故取名555电路。
其电路类型有双极型和CMOS型两大类,两者的工作原理和结构相似。
几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556;所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556,两者的逻辑功能和引脚排列完全相同,易于互换。
555和7555是单定时器,556和7556是双定时器。
双极型的电压是+5V~+15V,输出的最大电流可达200mA,CMOS型的电源电压是+3V~+18V。
图3-1555时基电路的结构和引脚图
555电路的内部电路方框图如图1所示。
它含有两个电压比较器,一个基本RS触发器,一个放电开关T,比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压,它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为2/3Vcc和1/3Vcc。
A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号输入并超过2/3Vcc时,触发器复位,555的输出端3脚输出低电平,同时放电,开关管导通;当输入信号自2脚输入并低于1/3Vcc时,触发器置位,555的3脚输出高电平,同时放电,开关管截止。
是复位端,当其为0时,555输出低电平。
平时该端开路或接VCC。
Vc是控制电压端(5脚),平时输出2/3Vcc作为比较器A1的参考电平,当5脚外接一个输入电压,即改变了比较器的参考电平,从而实现对输出的另一种控制,在不接外加电压时,通常接一个0.01uf的电容器到地,起滤波作用,以消除外来的干扰,以确保参考电平的稳定。
T为放电管,当T导通时,将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。
555构成多谐振荡器
如下图所示,由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器,脚2与脚6直接相连。
电路没有稳态,仅存在两个暂稳态,电路亦不需要外接触发信号,利用电源通过R1、R2向C充电,以及C通过R2向放电端Dc放电,使电路产生振荡。
电容C在2/3Vcc和1/3Vcc之间充电和放电,从而在输出端得到一系列的矩形波,对应的波形如图3所示。
555构成多谐振荡器多谐振荡器的波形图
输出信号的时间参数是:
图3-2图3-3
T=Tw1+Tw2
Tw1=0.7(R1+R2)C
Tw2=0.7R2C
其中,Tw1为VC由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间,Tw2为电容C放电所需的时间。
555电路要求R1与R2均应不小于1KΩ,但两者之和应不大于3.3MΩ。
外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性,555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。
3.2.多谐振荡器的软件仿真
在Multisim仿真环境下对多谐振荡器进行仿真,在多谐振荡器输出端连接一个示波器与示波器A端口连接G端口接地,双击示波器会显示出如下图3-4,执行Multisim右上方的的开始仿真按钮并得到仿真结果如下图3-5
图3-4
图3-5
第四章.六路回闪灯的设计
4.1.CD4017的功能
CD4017:
十进制计数器/脉冲分配器:
CD4017是5位Johnson计数器,具有10个译码输出端,CP、CR、INH输入端。
时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能,对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。
INH为低电平时,计数器在时钟上升沿计数;反之,计数功能无效。
CR为高电平时,计数器清零。
Johnson计数器,提供了快速操作、2输入译码选通和无毛刺译码输出。
防锁选通,保证了正确的计数顺序。
译码输出一般为低电平,只有在对应时钟周期内保持高电平。
在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位,并用作多级计数链的下级脉动时钟。
CD4017提供了16引线多层陶瓷双列直插(D)、熔封陶瓷双列直插(J)、塑料双列直插(P)和陶瓷片状载体(C)4种封装形式。
工作条件为:
电源电压范围:
3V-15V
CD4017波形
图4-1
输入电压范围:
0V-VDD
工作温度范围
M类:
55℃-125℃
E类:
40℃-85℃
极限值电源电压为:
-0.5V-18V
CD4017逻辑图
图4-2
输入电压:
-0.5V-VDD十0.5V
输入电流:
±10mA
贮存温度:
-65℃-150℃
引出端功能符号
CO:
进位脉冲输出
CD4017引脚图
图4-3
CP:
时钟输入端
CR:
清除端
INH:
禁止端
Q0-Q9计数脉冲输出端
VDD:
正电源
VSS:
地
表4-1
输入
输出
CP
INH
CR
-
CO
x
x
H
计数脉冲为
-
时
CO=H
计数脉冲为
-
时
CO=L
↑
L
L
计数
H
↓
L
L
x
L
保持
x
H
L
x
L
x
↑
L
计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。
在此电路中采用十进制计数/分频器4017,它是一种用途非常广泛的电路。
其内部由计数器及译码器两部分组成,由译码输出实现对脉冲信号的分配,整个输出时序就是O0、O1、O2….O9依次出现与时钟同步的高电平,宽度等于时钟周期。
4017有3个输入端(MR、CP0和~CP1),MR为清零端,当在MR端上加高电平或正脉冲时,其输出O0为高电平,其余输出端(O1------O9)均为低电平。
CP0和~CP1是2个时钟输入端,若要用上升沿来计数,则信号由CP0端输入;若要用下降沿来计数,则信号由~CP1端输入。
设置2个时钟输入端,级联时比较方便,可驱动更多二极管发光。
4017有10个输出端(O0—O9)和1个进位输出端~O5-9。
每输入10个计数脉冲,~O5-9就可得到1个进位正脉冲,该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。
由此可见,当4017有连续脉冲输入时,其对应的输出端依次变为高电平状态,故可直接用作顺序脉冲发生器。
4017的管脚仿真图如图4-4所示。
其测试电路及波形如图4-5和图4-6所示。
注意在用multisim仿真软件时,含有CMOS时,电源作VDD。
CD4017的引脚图
图4-4
4.2.CD4017与多谐振荡器连接后的仿真
将CD4017与多谐振荡器输出端相连接并将CD4017各输出端分别与逻辑分析仪端口连接双击逻辑分析仪适当的修改参数并观察现象连接好电路图如下
CD4017逻辑功能测试图
图4-5
CD4017逻辑功能波形图
图4-6
4.3六路回闪灯的设计思路
使用CD4017实现六路回闪灯,由CD4017输出波形可知第一个脉冲经过十次循环再次返回,由于是六回路所以还剩余四个输出端未连接,为使LED闪灯能够反方向一次点亮续利用剩余四个输出端使用或非门亦可实现。
电路图如下图4-7
六路回闪灯的电路图
图4-7
4.4六回路电路的仿真
仿真结果如图LED1到LED6依次点亮再反方向依次点亮其仿真结果如下图4-8和图4-9
六回路电路图的仿真
图4-8
六回路电路图的仿真
图4-9
第五章.总结
通过这次课程设计,加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
在整个设计过程中,我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和芯片上的选择。
这个方案使用了4017丶555定时器丶LEDred灯丶电阻丶电感丶电容电源等
在设计过程中,经常会遇到这样那样的情况,就是心里想老着这样的接法可以行得通,但实际接上电路,总是实现不了,因此耗费在这上面的时间用去很多。
我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强,由于课本上的知识太多,平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,而且考试内容有限,所以在这次课程设计过程中,我们了解了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
平时看课本时,有时问题老是弄不懂,做完课程设计,那些问题就迎刃而解了。
而且还可以记住很多东西。
比如一些芯片的功能,平时看课本,这次看了,下次就忘了,通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。
认识来源于实践,实践是认识的动力和最终目的,实践是检验真理的唯一标准。
所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
参考文献
[1]《数字电子技术基础》(第五版) 清华大学电子学教研组编阎石主编,2006
[2]《数字电路逻辑设计》(第三版)大连工业大学出版社韩振振主编,2000
[3]《电子技术基础》(数字部分)(第五版)高等教育出版社康华光主编,2006
[4]《数字电子技术基础》西安电子科技大学出版社杨颂华主编,2003
答辩记录及评分表
课题名称
六路回闪灯的设计与实现
答辩教师(职称)
周旭胜
答辩时间
学年第二学期第14周
答
辩
记
录
评分表
学生姓名
学号
评分
鲍家明
1109121001
曹凯
1109121002
常贤
1109121003
陈文
1109121004
董彬彬
1109121006
杜世民
1109121007
冯传信
1109121008
高文韬
1109121009
葛自立
1109121010
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- 关 键 词:
- 回路 设计 实现