电子线路课程设计报告_多功能流水灯

电子线路课程设计_多功能流水灯（1）用 8 个发光二极管作为彩灯显示，能使彩灯亮作流水的变化。具有手控彩灯亮点流向的右移、左移，彩灯全亮及全灭等功能。（2）可以自控彩灯亮点流向按右移、左移、全亮、全灭等功能顺序连续执行。（3）彩灯可以间歇流动，要求彩灯亮点往返变换时间为5秒，往返2次（10秒）间歇1次，间歇时间1秒。

LeeYLong

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LeeYLong · 2023-08-09 17:37:11 发布

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文章目录

一、设计方案选取与论证
二、单元电路设计
三、系统功能仿真验证和印制版图的设计
- 1、Multisim仿真电路总图
四、硬件的装配和调试
- 实物电路板如下：
五、结果分析和总结

一、设计方案选取与论证

1、基本要求

（1）用 8 个发光二极管作为彩灯显示，能使彩灯亮作流水的变化。具有手控彩灯亮点流向的右移、左移，彩灯全亮及全灭等功能。
（2）可以自控彩灯亮点流向按右移、左移、全亮、全灭等功能顺序连续执行。
（3）彩灯可以间歇流动，要求彩灯亮点往返变换时间为5秒，往返2次（10秒）间歇1次，间歇时间1秒。

2、方案分析

555定时电路组成一个多谐振荡器，发出脉冲，作为计数器的时钟脉冲源。通过滑动变阻器改变阻值从而改变时钟脉冲的频率，通过滑动变阻器改变阻值从而改变时钟脉冲的频率。采用74LS138芯片搭配计数器芯片控制LED流水效果，LED阴极接“138输出与上拨码开关”，阳极接VCC。当与门输出均为“0”时，LED全亮，与门输出均为“1”时，实现全灭。计数器选择74LS191,用寄存器来控制计数方向，期间需要改变一次191的计数方式，把加计数改为减计数，而在一轮结束后需要再改为加计数，实现自动流水功能。191芯片还有暂停功能，配合使用555可实现功能3的间歇流水功能。

3、原理框图

在这里插入图片描述

二、单元电路设计

1、555构成多谐振荡器

（1） 555(a)
作为计数器的时钟脉冲源
充电时间TH=（R4+R2）C4ln2
放电时间TL=R4Cln2
振荡器频率f=1.43/[(R2+2R4)C]
取C4=10nf
解得R2=47K，R4=175K
为了实现周期可调，将R4替换为电位器
在这里插入图片描述

（2） 555(b)
充电时间TH=（R13+R14）C2ln2
放电时间TL=R14C2ln2
振荡器频率f=1.43/[(R13+2R14)C]
取C2=22nf
解得R13=51K，R14=250K
为了实现周期可调，将R14替换为电位器
在这里插入图片描述

2、74LS191计数器

（1）计数器a
使用191进行计数，输出到11时经三输入与非门反馈置数，实现11进制循环计数。同时用与门再输出10时给另一片74LS191一个1s暂停信号。
在这里插入图片描述

（2）计数器b
S4左侧为10s运动1s拨码开关
S4右侧为总电路暂停拨码开关
拨码开关S2从上至下分别实现：
逆向流水、正向流水、自动流水
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

3、138译码器

通过控制G1为低电平实现全灭，其余时间为高电平正常显示。
通过控制与门的一个管脚改变LED阴极电平实现全亮。
在这里插入图片描述

138译码器真值表：
在这里插入图片描述

4、CD4013双D触发器

Q~端取反可控制计数方向，初始状态为0。经138芯片Y7、Y0电平跳变先后变为1和0，实现加计数后变为减计数，最后又为加计数，进入下次往返变化。
在这里插入图片描述

CD4013真值表：
在这里插入图片描述

5、74LS161计数器

每当161输出1111时，74LS20输出低电平，经过S1到达与门，实现自动流水全亮全灭的功能。
在这里插入图片描述
74LS161功能表：

三、系统功能仿真验证和印制版图的设计

1、Multisim仿真电路总图

在这里插入图片描述

上图为Multisim仿真电路总图。拨码开关S4从左至右对应运动10s暂停1s和暂停总电路；拨码开关S2从上至下分别实现：逆向流水、正向流水、自动流水；S5拨码开关左侧为正常模式，右侧关闭流水效果；拨码开关S1分别代表手动不全亮、手动全亮、自动全亮。

2、Altium Designer 原理图

![在这里插入图片描述](https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/db3c85a51e9b44ba99b13d5be526540c.png

3、Altium Designer PCB电路图
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

四、硬件的装配和调试

实物电路板如下：

在这里插入图片描述
在焊接完成后，接通电源进行检测，上电后学生电源出现过流指示。之后关闭电源进行线路排查，排查无误再次上电，依旧出现问题，最后发现是学生电源限制电压设定错误。之后利用示波器观察555输出波形，首次观测无波形产生，且芯片出现发烫现象，再次排查电路，未发现短路断路、虚焊等问题。便选择重新腐蚀一块板子，重新焊接后，更换芯片，上电检测试，发现除自动流水功能外，其他功能一切正常。经过排查，发现当第8个LED亮时，CD4013输出端只有瞬间低电平，与理论应为持续一段时间高电平，反向流水后至第一个LED灯亮起时再调转为高电平不符。认为是当161输出低电平时，触发器→计数器→译码器反应时间过长，未等到译码器反向输出，LED8 已经调转至LED1，所以D触发器又进行一次翻转。所以未能实现自动全亮全灭。

五、结果分析和总结

该电路实现了手控/自控控制8个LED右移、左移，彩灯全亮及全灭等功能，且实现了间歇流动，使彩灯亮点往返变换时间为5秒，往返2次（10秒）间歇1次，间歇时间1秒。
创新点：在原有要求上增加了暂停、间歇全闪等功能。
不足：电路复杂，无法准确实使彩灯亮点往返变换时间为5秒，往返2次（10秒）间歇1次，间歇时间1秒。暂停时不能准确设置在第二次流动结束的启示位置，只能通过微调电位器，一点一点接近，但效率较低。时长也不能精确把控，只能通过微调电位器对应电子表设置该时长，但这种方法不稳定，也不精确。
连续两年参加科创类竞塞，并且负责硬件的制作，所以Altium Designer和Multisim软件较熟悉，使用起来无障碍。此次电子线路课程设计过程较顺利，但是实物电路板与仿真结果有些差距。
电子线路课程设计增加我们动手实践操作能力，以及提高我们对电子生产行业的认知，这个过程也了解了更多数字逻辑芯片，在一定程度上还增强了我们对专业的学习兴趣。
电子线路课程设计让我们深刻感受到了每个电子工作者的不容易。从元件的选择，到电路的设计，从样板的制作到元器件的组装，再到最后的调试。这些其实都不是一件容易的事情。

实物电阻电容参数有误差，需要Multism源文件、仿真总图实物altium designer原理图以及PCB源文件（可直接打板制作）私Q
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