11070413_彩灯控制器

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 11070413 学生姓名 何子华 指导教师 王玉青

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电子技术课程设计报告

简易彩灯控制器的设计

一、 题目的要求和意义

1、 设计要求：使用555定时器产生一个10Hz的周期信号作为时钟信号，通过计数器、译码器等电路控制8个LED灯，显示方式由L0至L7依次点亮。

2、 意义：通过本次课程设计，学习并掌握如何利用555定时设计多谐振荡器，以及使用计数器、译码器等数字电路设计简单的控制电路。

二、 电路的初步设计

1、电路的总体框架：

本电路由555定时器产生一个10Hz的周期信号作为始终信号，驱动计数器进行计数，计数器为八进制计数器，计数器输出信号作为3—8译码器的输入信号，通过译码输出信号控制8个LED灯顺序点亮。

2、器件的选取：

主要电路由555定时器、八进制计数器、3—8译码器灯三个部分组成。另外，还需要555定时器用的是NE555集成芯片，计数器用74LS161芯片，译码器用74LS138芯片。

若干电阻、电容，以及8个LED灯。

三、 原理图的设计

图3-1 NE555引脚定义 图3-2 NE555内部结构图

1、时钟电路的设计：

如图3-1所示，是DIP-8封装的NE555芯片的引脚图；图3-2是其内部结构。

555的应用电路很多，只要改变555集成电路的外部附加电路，就可以构成几百种应

用电路，大体上可分为555单稳、555双稳及555无稳(即振荡器)三类。本课程设计中，要产生的时钟信号是一个周期性的振荡信号，是一个矩形波，故要用555搭建一个振荡电路。

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图3-3所示，是555搭建多谐振荡器的典型电路。工作波形见图3-4 。

图3-3 555搭建的多谐振荡器 图3-4 工作波形

其工作原理如下：接通电源后，电源VCC通过R1和R2对电容C1充电，当Uc<1/3VCC时，振荡器输出（引脚3）Vo=1，放电管截止。当Uc充电到≥2/3VCC后，振荡器输出Vo翻转成0，此时放电管导通，使放电端接地，电容C1通过R2对地放电，使Uc下降。当Uc下降到≤1/3VCC后，振荡器输出Vo又翻转成1，此时放电管又截止，使放电端不接地，电源VCC通过R1和R2又对电容C1充电，又使Uc从1/3VCC上升到2/3VCC，触发器又发生翻转，如此周而复始，从而在输出端Vo得到连续变化的振荡脉冲波形。脉冲宽度TH = ln2(R1+R2)C1，由电容C充电时间决定，TL = ln2*R2C1，由电容C放电时间决定；脉冲周期 T = TH+TL = 0.7(R1+2R2)C1。

本设计信号频率为10Hz，周期为0.1s固有下面的式子：

0.1 = ln2*(R1+2R2)C1

(3.1)

解得 (R1+2R2)C1= 0.14427

取 C1 = 10uF , 则 R1+2R2 = 14.43 k? 电阻取标称值 R1 = 2 k?, R2 = 6.2 k?。

2、计数器电路的设计：

如图3-5所示，为DIP-16封装的74161的引脚图，图3-6为其功能表。

图3-5 74161的引脚图 图3-6 74161功能表

74161是十六进制计数器，而本设计需要的是八进制计数器，所以我们只需用到Q0、

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Q1、Q2这3个输出引脚；另外要使用其计数功能，还要将CR、LD、CTr、CTp置高，这样就完成了八进制计数器的设计，电路原理图如图3-7所示。

图3-7 八进制计数器电路

3、译码电路的设计：

译码电路使用的是74138芯片，其DIP-16封装引脚图见图3-8，真值表见图3-9。

图3-8 74138引脚图 图3-9 74138真值表

根据真值表，可以知道，要是3—8译码器工作，必须将G1置高，G2A、G2B置低，

输入引脚A、B、C接计数器的输出信号，输出引脚Y0~Y7接在LED上，故其电路原理图如图3-10所示。

图3-10 译码电路

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4、总原理图：

将以上各部分电路连接起来，就完成了这次课程设计的总电路图，见下图3-11.

图3-11 总原理图

四、 原理图的仿真

电路原理设计完成后，要对电路进行仿真，测试仿真结果是否与设计要求一致，如果不一致，要对电路进行修改和完善，以达到设计要求。仿真软件用的是Proteus，图4-1是仿真电路及相关结果。

仿真波形 LED顺序点亮仿真效果

图4-1 仿真电路及仿真结果

在图的仿真波形中，通道A显示的是10Hz的标准方波的波形，通道B是555

产生的时钟信号的波形。可以看出，时钟信号的周期与标准10Hz方波的周期相同，验证了时钟电路设计的正确性；图所示为LED灯的运行效果，顺序点亮的仿真结果与设计要求一致。所以，此电路设计方案是正确可行的。

五、 PCB板的设计与制作

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