五邑大学

数字电路课程设计报告

题 目：彩灯控制器

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 王玉青

彩灯控制器

一、 设计的要求和意义 1、设计的要求

使用中小型集成电路和门电路设计彩灯控制器要求完成以下功能：

? 使用555定时器产生一个10Hz的周期信号作为时钟信号 ? 显示方式由L0到L7逐行递增点亮

可选用的器件与元件：

74LS138、NE555、74LS161各1块，发光二极管8支，电阻、电容任选。

2、设计的意义

掌握555多谐振荡器、译码器、十六进制加/减计数器的逻辑功能和工作原理，设计可改变流速的流水灯电路图，分析与设计时序控制电路。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。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，巩固和加深对数字逻辑电路的理论知识，锻炼动手能力。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。

二、 硬件电路设计

1、方案设计

本设计采取的方案是：用NE555一个、74LS161一片、74LS138一片、74LS04一片、电阻、电容、发光二极管和门电路。由555多谐振荡器提供时钟脉冲，74LS161二进制加/减计数器一片用来计数和输出信号，通过译码器74LS138直接输出控制彩灯。如图1所示：

555多谐振荡器计数器 译码器 彩灯 非门

2、555多谐振荡器电路设计

555多谐振荡器的电路连接方式已确定的，只需根据所要产生的频率来确定外围的电阻和电容的大小。

电阻R1和R2的确定：

因为要产生10Hz的时钟信号，先假定电容C的值为0.1uF，再根据公式：

f?1??????(1) (R1?2R2)Cln2估算出R2和R2的值，如果计算出的阻值太大或太小，可以适当调整电容C的值从而得比较合适的R1和R2。从而得到R1、R2和C的取值分别为：R1=R2=47K，C=0.1uF。 到

通过protues仿真后，证明该555多谐振荡器是可以产生10Hz的脉冲信号的，其仿真图如图1所示：

图1

3、74LS161加法计数器电路设计

74LS161是同步4位二进制计数器，模长为16，其引脚图如图2所示，功能表如图3所示：

图2

图3

要使74LS161呈计数状态，根据功能表可知：引脚7、9和10要接高电平，另外，要点亮8个彩灯，则要设计一个模长为8的加法计数器，用反馈回零法来实现，具体如下：当输出Q3Q2Q1Q0为1000时，将引脚11（Q3）通过一个非门74LS04接到引脚1（清零端）。该计数器电路如图4所示：

图4

3、74LS138译码器电路设计

74LS138是集成CMOS 3线—8线译码器，其引脚图和功能图如图5所示：

图5

由其功能表可知：当输入控制端G1为高电平且G2A和G2B同为低电平时，允许译码；A、B、C为地址输入端，Y0~Y7为输出端且为低电平有效，故译码器电路如图6所示：

图6

4、发光二极管电路设计

由于译码器的输出为低电平有效，8个发光二极管要采用共阳极接法，发光二极管正常工作电压一般为2V，工作电流为3mA~20mA，为防止电流过大，需要与发光二极管串联一个限流电阻R，限流电阻的计算如下：

5?23mA????20mA??????(2)

R由公式（2）可得：150?<=R<=1K，在这里，我们选择1K的限流电阻。其电路如图7所示：

图7

5、将上面4个模块连接起来就可得到总电路，protues仿真结果如图8所示：

三、 调试过程遇到的问题与解决的方法

在设计过程中，还是出现了比较多的问题，在调试的过程中，发现有些led不能亮，经过多次排查才发现有些引脚虚焊，要很认真才能找出来。觉得自己的焊接技术还要好好练习才行。还有就是对芯片引脚不熟悉，在画pcb的时候就画错了线路图，导致最后在焊接的时候要跳线。

四、 课程设计体会

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。

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。

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。

五、附件

1、电路原理图

2、PCB图

3、元件清单 元件名称 NE555 74LS161 74LS138 74LS04 发光二极管 1K电阻 47K 电阻 0.01uF 电容 100uF 电容 开关

数量 1 1 1 1 8 8 2 1 1 1 参考文献

【1】 徐秀平， 数字电路与逻辑设计 电子工业出版社 .2010,7