精编完整版毕业论文 - 圈式流水彩灯的设计(3)

如图17所示，设滑动变阻器的上下两部分为Rx1和Rx2（单位为KΩ） ，则有RV1=Rx1+Rx2 。接通电源的瞬间，电容压降为0，即2、6脚的压降为0，此时7脚不通，电容经过Rx1和Rx2开始充电。当电容充电至正负板间的压降为23Vcc时，即2、6脚的电压为23Vcc时，7脚接通，电容经过Rx2开始放电。当放电至电容两极板间的压降为13Vcc时，即2、6脚的电压为13Vcc时，7脚断路，电容又经过Rx1和Rx2开始充电，直至充到两极板间压降为23Vcc。如此循环往复。所以，充电时间t1=C1×RV1×ln[(Vcc－13Vcc)(Vcc－23Vcc)]= C1×RV1×ln2，放电时间t2= C1×Rx2×ln[(Vcc－13Vcc)(Vcc－23Vcc)]= C1×Rx2×ln2，所以矩形脉冲的周期T=t1+t2= C1×(RV1+Rx2)×ln2。由C1=10uF，RV1=100KΩ，ln2 ≈ 0.7，得T ≈ 0.007(100+ Rx2)。

3.2.2 计数模块

图18 计数模块电路原理图

如图18所示，74LS161的1、7、9、10脚接高电平，在时钟信号（谐振模块的输出：3脚）的作用下，每遇到一个上升沿便会计一次数。由于1脚接高电平，所以该计数模块为16进制计数，但输出只有Q0、Q1、Q2，Q3置空。当Q3为0时，Q0Q1Q2从000计数到111，之后Q3进位为1，Q0Q1Q2依然从000计数到111，所以只输出Q0、Q1、Q2，便能实现八进制的功能。

3.2.3 译码模块

图19 译码模块电路原理图

译码模块的电路原理图如图19所示。将4、5脚接低电平，6脚接高电平，1、2、3脚分别接计数模块的输出——Q0、Q1、Q2（14、13、12脚）。由74LS138的功能表可知，接通电源后，138便会对输入进行译码，从Y0~Y7脚输出。由于输出低有效，当输入为000时，Y0输出0，其余端输出1；当输入为001时，Y1输出0，其余端输出1；??当输入为111时，Y7输出0，其余端输出1。

3.2.4 发光电路

图20 发光电路原理图

如图20所示，8个发光二极管呈圈式排列，达到了圈式发光的要求。由于74LS138

的输出顺序依次是15、14、13、12、11、10、9、7脚，所以只要将发光二极管的D1~D8依次与其相连就可达到顺序发光的目的。由于74LS138的输出为低有效，所以要让二极管在矩形脉冲的一个周期内只亮一个，可将二极管的负极与对应输出相连，将二极管的正极与高电平相连。再接一电阻进行保护即可。

3.3 实现过程

图21 方案面包板实物图

如图21所示，为实现方案时的面包板实物图。接上电源时，8个发光二极管依次循环发光（顺时针），调节滑动变阻器的阻值，二极管的发光周期便会改变。

3.4 小结

由图21可见，面包板的连线横平竖直，没有跳线。8个二极管呈圈式排布，接通电源时，以顺时针方向依次发光。调节滑动变阻器的阻值便可改变二极管的发光周期。严格按照要求实现了方案。

4. 调试过程及结论

4.1 调试过程

由于实验室电源有限，调试时用自备的三节干电池作为电源。接上电源后，发光二极管按照顺时针依次发光，并且循环。调节滑动变阻器的阻值，发光二极管的发光周期发生改变。调试过程截图如下图所示：

图22 调试过程截图

4.2 结论

由调试时的现象“接上电源后，发光二极管按照顺时针依次发光，并且循环。调节滑动变阻器的阻值，发光二极管的发光周期发生改变”，调试结果成功，方案正确。

5. 心得体会

自大学以来，这是第二次课程设计了，虽然有了第一次课设的经验，而且设计的题目

和原理都很简单，但设计和调试过程中还是遇到难题。

拿到题目时，虽然被要求吓了一跳，但仔细回忆数电中学过的芯片原理和提供的芯片的功能表，发现要设计出符合要求的方案其实并不难。所学的NE555芯片主要是用来组成谐振电路来输出矩形脉冲的，而74LS161要实现计数功能就必须要有时钟脉冲。那么NE555正好可以用来为74LS161提供时钟脉冲。74LS161计数后的输出经过74LS138的译码后正好可以周期输出低电平。那么，只要将8个发光二极管共阳极连接，将74LS138的8个输出端依次与二极管的负极相连，正好能让发光二极管依次发光。再将二极管按照圈式排布，就能符合“圈式流水”的要求了。

第一个方案构思完之后，就轮到第二个了。想到电工电子实习中做过流水灯音乐盒的设计和制作，其中包含了圈式流水灯电路。将之前的电路原理图翻出来看过后，发现其中的谐振电路依旧是用NE555定时器实现的，但后面用CD4017代替了方案一的74LS161和74LS138。查阅资料后发现CD4017有计数并译码功能，那么将CD4017以反馈清零方式将其改成8进制计数译码器，替代之前方案一的计数器和译码器，就能实现要求的功能了。

方案一和方案二译码器的输出让我联想到了其输出形式酷似移位功能，又想到输电实验中用2片74LS194做过8进制的移位器，于是方案三的构思又诞生了。

接来下就是仿真了。用protues在电脑上将三种方案的电路图画出来并仿真倒是很顺利，包括之后的预答辩都很顺利，难题诞生在面包板的连线。

由于原理和电路都很简单，本以为连线也会很简单，没想到栽在了8个发光二极管上了。由于面包板的空间有限，二极管由太多，导致连线到处碰壁。根据“圈式”的要求，二极管的排布形式被限定了，芯片的管脚又很多，导致了连线密密麻麻。虽然，连线遇到了很多困难，但在组员的帮助下，花了两个晚上终于把方案实现了。

看似很简单的方案，要实现起来还真不是那么简单。其实，生活就是如此，看起来很简单，以为自己都会了，又不愿意动手，最终导致的就是什么都没学好。

一次课设不仅回顾了学过的知识点，还体会到了很多自己不知道的不足之处。动手能力正是我们所欠缺的，所以我们应该抓住每次动手的机会，好好体会体会自己的不足。

6. 参考文献

［1］伍时和，吴友宇，凌玲.数字电子技术基础.北京：清华大学出版社，2009.4

［2］李桂安，葛年明，周泉编.电子技术实验及课程设计.南京：东南大学出版社，2008.8

［3］毕满清.电子技术试验与课程设计. 北京:机械工业出版社,2005.7 ［4］路勇.电子电路实验及仿真.北京：清华大学出版社,2004

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