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1、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 学生姓名 指导教师 杨敏 1 / 128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
2、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S
3、R、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74LS191 74LS161的清零端。2PCB原理图图表 2-2 PCB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D
4、1、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
5、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
6、T1=（R1+R2）Cln2 =0.353s 放电时间T2=R2*Cln2 =0.352s 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
7、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
8、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
9、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 L1L2L3L4 L5L6
10、L7L8 L1L2L3L4 L5L6L7L8 1100000000001111010000111 2110000000011110011000011 3111000000111100011100001 4111100001111000011110000 5011110001110000101111000 6001111001100001100111100 7000111101000011100011110 800001111100001111000011111五、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
11、。用万用表检测各个芯片的几个脚，发现：清零端clr电压为4.89V，正常时钟信号端clk电压为2.4V，按50%的占空比算也正常。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。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
12、。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，2002.072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2008.014百度百科. 整流电路. 温馨提示：最好仔细阅读后才下载使用，万分感谢！
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