8路输出的彩灯循环控制电路数电说明书(内附电路图)

绪论

数字电子技术已经广泛地应用于计算机，自动控制，电子测量仪表，电视，雷达，通信等各个领域。例如在现代测量技术中，数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高，功能高，而且容易实现测量的自动化和智能化。随着集成技术的发展，尤其是中，大规模和超大规模集成电路的发展，数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门，并将产生越来越深刻的影响。随着现代社会的电子科技的迅速发展，要求我们要理论联系实际，数字电子逻辑课程设计的进行使我们有了这个非常关键的机会。

随着科学的发展，人们生活水平的提高，人们不满足于吃饱穿暖，而要有更高的精神享受。不论是思想，还是视觉，人们都在追求更高的美。特别使在视觉方面，人们不满足于一种光，彩灯的诞生让人们是视觉对美有了更深的认识。

本设计是一个彩灯控制器，使其实用于家庭、商场、橱窗、舞厅、咖啡厅、公共广场等场所的摆设、装饰、广告、环境净化与美化。

本次课程设计在编写时参考了大量优秀教材，并得到太原科技大学机械电子工程学院测控技术与仪器教研室刘畅老师的大力支持，他提出来许多的意见和建议，在此表示衷心的感谢。

由于编者水平有限，本设计说明书难免出现不妥之处，恳请老师和广大读者给与批评并提出宝贵的意见，我将由衷地欢迎与感激。

编者

2010年于太科大

目录

绪论 (1)

一、课程设计题目 (3)

二、课程设计目的 (4)

三、课程设计基本要求： (4)

四、课程设计任务和具体功能 (5)

五、工作原理 (5)

六、设计总框图 (6)

七、电路元器件的说明 (6)

八、总电路图 (27)

九、调试与检测 (28)

十、误差分析： (28)

十一、设计心得体会。 (28)

附录 (28)

参考文献 (28)

一、课程设计题目：8路输出的彩灯循环控制电路

二、课程设计目的：

1、巩固和加强“数字电子技术”、“模拟电子技术”课程的理论知识的理解和应用。

2、掌握电子电路的一般设计方法，了解电子产品研制开发的过程。

3、提高电子电路实验技能及Multisim10仿真软件的使用能力。

4、掌握电子电路安装和调试的方法及故障排除方法。

5、学会撰写课程设计说明书。

6、通过查询资料文献和设计手册，培养独立分析问题和解决问题的能力。

7、培养创新能力和创新思路。

三、课程设计基本要求：

1、确定整体设计方案，明确要实现的功能和设计所需要的

元器件，给出整体设计框图。

2、对电路中所需元器件及参数进行设计。

3、按照自己设计的电路用Multisim10软件画出总体电路

图并进行仿真。

4、对课程设计中所有用到的电子元器件及芯片的功能进行描述。

5、认真完成课程设计说明书，提交格式符合要求，内内容完整的课程设计说明书。

四、课程设计任务和具体功能

A、设计任务：

采用中规模集成电路设计8路输出的彩灯循环控制电路。

B、具体功能：

7490N计数器的时钟信号由555振荡电路提供，改变555的振荡频率，即可控制彩灯闪烁的快慢。计数器输出端作74LS138D 译码器输入信号，计数器输出不同的数据，即可控制74LS138D 译码器得到8钟不同的输出。

五、工作原理

电路由555定时器、7490N计数器和74LS138D译码器组成。7490N计数器的时钟信号由555振荡电路提供，改变555的振荡频率，即可以改变计数器的计算快慢，即可控制彩灯闪烁的快

慢。计数器输出端作74LS138D译码器输入信号，计数器输出不同的数据，即可控制74LS138D译码器得到8钟不同的输出。

六、设计总框图

电源接入

↓

555定时电路

↓

计数器电路

↓

译码器电路

↓

彩灯演示电路

七、电路元器件的说明

A、555定时器元器件介绍

555集成时基电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电

路，可连接成多谐振荡电路，产生单位脉冲，用于触发计数器。在延时操作中，脉冲由一个电阻和一个电容控制。用于稳定工作的振荡器时，频率由两个电阻和一个电容控制。NE555会在下降延触发和清零，此时输出端产生200mA的电流。NE555的工作温度为0℃～70℃。

1、555定时器的工作原理

1．1 555定时器内部逻辑电路结构

图1 555定时器内部逻辑电路结构

555集成定时器是一种功能强大的模拟数字混合集成电路，有TTL和CMOS等型号之分，但外引线排列和功能完全相同。其组成电路框图如图1所示。555定时器有二个比较器A1和A2，有一个RS触发器，R和S高电平有效。三极管TD是放电管(有

时有另一三极管，是对清零起跟随作用，起缓冲作用)，将对外电路的元件提供放电通路。比较器的输入端有一个由三个5kW 电阻组成的分压器，由此可以获得2/3VCC和1/3VCC 两个基准分压值，一般称为阈值。

若在电源与地之间加上电压，当5 脚悬空时，则电压比较器A1 的反相输入端的电压为2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端TR 的电压小于VCC /3，则比较器A2 的输出为1，可使RS 触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH 的电压大于2VCC/3，同时TR 端的电压大于VCC /3，则A1 的输出为1，A2 的输出为0，可将RS 触发器置0，使输出为0 电平。

1．2 555定时器外引线排列图

图2(1) 555定时器外引脚排列

图2（2）555定时器外引脚排列

555定时器的外引线排列如图2（1）（2）所示。

1脚是接地端GND，2脚是低触发端TL，3脚是输出端OUT，4脚是清除端Rd，5脚是电压控制端CV，6脚是高触发端TH，7脚是放电端DIS，8脚是电源端VCC。

②（TR）为低电平触发端。该端输入电压高于1/3UCC时，比较器C2输出为“1”，当输入电压低于1/3UCC时，比较器C2输出为“0”。

③（u0）为输出端。输出为“1”时的电压比电源电压UCC低2V左右。输出最大电流为200mA。

④（R D）为复位端。在此端输入负脉冲（“0”电平，低于0.7V）

可使触发器直接置“0”，正常工作时，应将它接“1”（接+UCC）。

⑤（CO）为电压控制端。静态时，此端电位为2/3UCC。若在此端外加直流电压，可改变分压器各点电位值。在没有其他外部联线时，应在该端与地之间接入0.01μF的电容，以防干扰引入比较器C1的同相端。

⑥（TH）为高电平触发端。该输入端电压低于2/3UCC时，比较器C1输出为“1”，当输入电压高于2/3UCC时，比较器C1输出为“0”。

⑦（D）为放电端，当输出U0=“0”，即触发器Q= 1时，放电晶体管T导通，相当7端对地短接。当u0 为“1”，即Q= 0，T 截止，7端与地隔离。

⑧和①分别为电源端和接地端。

1．3 555定时器功能表（如表1）

RD TH TR u0 T

0 ××0 导通

1 大于

2/3UCC 大于

1/3UCC

0 导通

1 小于

2/3UCC 小于

1/3UCC

1 截止

1 小于

2/3UCC 大于

1/3UCC

保持保持

表1 555定时器功能表

功能：功能主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号。图3为多谐振荡电路波形图。

图3 555多谐振荡波形图

2、555定时器参数指标

555 定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V 工作，7555 可在3~18V 工作，输出驱动电流约为200mA，CMOS555集成定时器的电源电压在4.5V～18V范围内使用。

因555定时器的输出端电流可以达到200mA，因此可以直接驱动与这个电流数值相当的负载，如继电器、扬声器、发光二极管等。

555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

B、7490N计数器元器件介绍

74LS90功能：十进制计数器（÷2 和÷5）

原理说明：本电路是由4 个主从触发器和用作除2 计数器及计数周期长度为除5 的3 位2 进制计数器所用的附加选通所组成。有选通的零复位和置9 输入。管脚引线如下图

通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0(1)、R0(2)对计数器清零，借助S9(1)、S9(2)将计数器置9。其具体功能详述如下：

(1)计数脉冲从CP1输入，Q A作为输出端，为二进制计数器。

(2)计数脉冲从CP2输入，Q D Q C Q B作为输出端，为异步五进制

加法计数器。

(3)若将CP2和Q A相连，计数脉冲由CP1输入，Q D、Q C、Q B、Q A

作为输出端，

则构成异步8421码十进制加法计数器。

(4)若将CP1与Q D相连，计数脉冲由CP2输入，Q A、Q D、Q C、Q B

作为输出端，则构成异步5421码十进制加法计数器。

(5)清零、置9功能。 a ）异步清零

当R 0(1)、R 0(2)均为“1”；S 9(1)、S 9(2)中有“0”时，实现异步清零功能，即Q D Q C Q B Q A ＝0000。 b ）置9功能

当S 9(1)、S 9(2)均为“1”；R 0(1)、R 0(2)中有“0”时，实现置9功能，即Q D Q C Q B Q A ＝1001。 功能表如下图

输 入

输 出

功 能 清 0 置 9 时 钟

Q D Q C Q B Q A

R 0(1)、

R 0(2) S 9(1)、

S 9(2) CP 1 CP 2

1 1

× ×

×

× 0 0 0 0 清 0

0 ×

×

1 1

×

×

1 0 0 1 置 9

0 ×× 0 0 ×

× 0

↓ 1 Q A 输出

二进制计

数

1 ↓Q D Q C Q B输出

五进制计

数

↓ Q A

Q D Q C Q B Q A输出

8421BCD码

十进制计

数

Q D

↓

Q A Q D Q C Q B输出

5421BCD码

十进制计

数

1 1 不变保持

74LS90逻辑图如下图

建议操作条件：

符号参数最小典型最大单位VCC 电源电压 4.75 5 5.25 V VIH 输入高电平电压 2 - - V VIL 输入低电平电压- - 0.8 V IOH 高电平输出电流- - -0.4 mA IOL 低电平输出电流- - 8 mA

fCLK

Clock

Frequency

(Note 5)时

钟频率

A to QA 0 - 32

MHz

B to QB 0 - 16

fCLK

Clock

Frequency

(Note 6)时

钟频率

A to QA 0 - 20

MHz

B to QB 0 - 10

tW

Pulse

Width A 15 - -

ns B 30 - -

(Note 5)脉

冲宽度

Reset 15 - -

tW

Pulse

Width

(Note 6)脉

冲宽度

A 25 - -

ns

B 50 - -

Reset 25 - -

tREL

Reset Release Time

(Note 5)重置发布时间

25 - - ns tREL

Reset Release Time

(Note 6)重置发布时间

35 - - ns TA

Free Air Operating

Temperature工作温度

0 - 70 ℃Note 5: CL = 15 pF, RL = 2 kW, TA = 25℃ and VCC =

5V

Note 6: CL = 50 pF, RL = 2 kW, TA = 25℃ and VCC =

5V

电气特性

Symbo l 符号Parame

ter 参

数

Conditions 条

件

最小典型最大单位

VI

输入钳

位电压VCC = 最小, II =

-18mA

- - -1.5 V

VOH 输出高

电平电

压

VCC=最小,IOH=

最大 VIL=最

大,VIH=最小

2.7

3.4 - V

VOL 输出低

电平电

压

VCC = 最小, IOL

= 最大 VIL = 最

大, VIH = 最小

(Note 8)

- 0.35 0.5

V IOL= 4mA, VCC =

最小

- 0.25 0.4

II

输入电

流@最VCC = 最大, VI

=7V

Rese

t

-

0.1 mA

大输入

电压VCC = 最大 VI

=5.5V A

-

0.2 B

-

0.4

IIH 输入高

电平电

流

VCC = 最大, VI

=2.7V

Rese

t

-

20

μA

A

-

40

B

-

80

IIL 输入低

电平电

流

VCC = 最大, VI

=0.4V

Rese

t

-

-0.4

mA

A

-

-2.4

B

-

-3.2

IOS 短路输VCC = 最大-20 - -100 mA