数字电子技术基础课程设计
题 目 循环彩灯控制电路设计
学生姓名
学 号
学 院
专 业
指导教师
二Ｏ一三年 十二月十三日
目录
1.设计目的………………………………………………………………1 2.课程设计的目的与要求………………………………………………1 3.设计方案与论证………………………………………………………1 设计内容…………………………………………………………1 总体方案论证……………………………………………………1 4.设计原理及功能说明…………………………………………………1 循环彩灯的工作原理……………………………………………2 555定时器的功能说明…………………………………………2 十进制加/减计数器CD4510的功能说明………………………3 4线-10线译码器CD4028的功能说明…………………………4 双D触发器74LS74的功能说明………………………………5 5.单元电路的设计………………………………………………………6 彩灯的电路设计…………………………………………………6 控制电路的设计…………………………………………………6 总电路图…………………………………………………………7 6.硬件的制作与调试……………………………………………………7 制作过程…………………………………………………………7 调试过程…………………………………………………………7 7.总结…………………………………………………………………8 附录一：设计制作成果 附录二：元器件清单
1.设计目的
（1）完成系统方案设计与制作方案设计
（2）掌握循环彩灯的工作原理以及各元器件的作用 （3）掌握在面包板上连接各元器件的方法与调试 2.课程设计的任务与要求
（1）红黄绿三个彩灯能正向反向交替循环点亮 （2）采用分立元件设计 3.设计方案与论证 设计内容
设计一个循环彩灯，用的电压供电，能够使红黄绿三个彩灯正向反向交替循环点亮。 总体方案论证
系统总体方案如图1所示
电源 循环彩灯
控制电路 图1
（1）电源我们用三节干电池即直流电源供电，用导线将三节电池串联起来，连接到面包板上相应的位置，便可为彩灯和控制电路上的各元器件供电。 （2）控制电路的作用是控制各个彩灯是否导通以及循环的顺序。为了实现这一功能，控制电路中需要有555定时器、十进制加/减计数器CD4510、4线-10线译码器CD4028、双D触发器74LS74这四个集成块。
（3）我们用红黄绿三个发光二极管，来代表彩灯的循环点亮。
（4）除此以外，我们还需要电容、三极管、电阻、电位器等元器件作为电路的组成部分，还有一块面包板、导线将各电子元器件连接起来。 4.设计原理及功能说明
循环彩灯的工作原理
三个发光二极管从控制电路获得高低不同的电平控制信号，以此来控制循环彩灯的点亮顺序。 555定时器的功能说明
（1）介绍：555定时器是一种多用途的集成电路，只需外接少数电阻和电容，即可构成施密特触发电路、单稳态电路和多谐振荡电路。 在本电路设计中，我们把555定时器接成多谐振荡器。 （2）实物图
图2
（3）内部结构图
图3
（4）多谐振荡器的接法
图4
（5）产生的电压波形
图5
振荡周期T=(R1+2R2)C
在本设计中，R2为51kΩ的固定电阻，C为μF的电解电容，而R1使用2MΩ的电位器，通过改变电位器的电阻值来改变振荡周期，因而使彩灯获得不同的循环速度。
十进制加/减计数器CD4510的功能说明
（1）介绍：CD4510相对于普通的计数器而言，它既可以做加法运算，也可以做减法运算。通过改变管脚10（UP/DOWN)的高低电平，切换加法运算和减法运算。当10脚为高电平时做加法计数，当10脚为低电平时做减法计数。通过周期性地改变10脚的高低电平，便可以周期性地控制彩灯的循环方向。 （2）实物图
图6
（3）功能图和引脚图
图7 图8
此处管脚名称与总电路图（图19）中管脚名称对应关系如下：
CP→CLOCK CR→RESET Q0~Q3→Q1~Q4 LD→PRESET ENABLE GND→Vss
（4）功能表
图9
4线-10线译码器CD4028的功能说明
（1）介绍：CD4028是BCD－十进制或二进制－八进制译码器，它由4个缓冲输入端口、译码逻辑门和10个缓冲器组成。加至四个输入端口A0～A3的一个BCD码在十个十进制译码器输出十个相应的顺序脉冲，输出为高电平有效。 （2）实物图
图10
（3）引脚图
图11
此处管脚名称与总电路图（图19）中管脚名称对应关系如下：
A→A0 B → A1 C → A2 D → A3 GND → Vss （4）功能表
图12
在本设计中，Y0、Y1、Y2依次为高电平，然后Y2、Y1、Y0依次为高电平，完成一次正反循环。
双D触发器74LS74的功能说明
（1）介绍：74LS74为带预置和清除端的两组D型触发器。 （2）实物图
图13
（3）逻辑图和引脚图
图14 图15
此处管脚名称与总电路图（图19）中管脚名称对应关系如下：
R→CLR CP → CLK C → A2 D → A3 GND → Vss （4）功能表
图16
在本设计中，我们只用其中一个D触发器，其输出信号Q+D用来控制CD4510的管脚10（UP/DOWN)来周期性地改变彩灯的循环方向。 5.单元电路的设计 彩灯的电路设计
三个发光二极管从控制电路获得高低不同的电平控制信号，以此来控制循环彩灯的点亮顺序。通过改变连接发光二极管的三极管的基极电位来控制发光二极管的通断。
一
图17
控制电路的设计
将555定时器、十进制加/减计数器CD4510、4线-10线译码器CD4028、双D触发器74LS74这四个集成块按其工作原理和功能正确连接，获得想要得到的
Y0、Y1、Y2控制信号。
图18
总电路图
图19
6.硬件的制作与调试 制作过程
在面包板上完成电路的布局。在几何上将面包板分为两个功能区，上方为彩灯电路，下方为控制电路。将发光二极管、555定时器、十进制加/减计数器CD4510、4线-10线译码器CD4028、双D触发器74LS74、电容、三极管、电阻、电位器这些元器件合理布局于面包板上。用导线按图19所示的电路图正确连接。 调试过程
将三节电池串联，组成的直流电源。用导线将电源连接到面包板上相应的位置。观察彩灯的发光情况。若三个彩灯依次双向流动循环，则循环彩灯设计成功。若未满足上述要求，则根据不同的情况，对照电路原理图，再进行调试，直到满足上述要求为止。在调试的过程中，我发现双D触发器74LS74中的一个D触发
器损坏，换接了另一个D触发器，电路才正常工作。 7.总结
通过一周的数电课程设计，我觉得收获颇多。我将所学的数字电子技术的知识再一次运用到具体的电路设计与制作中。总结了不少经验，提高了设计技术，发散了思维，开阔了眼界。我认识到，在硬件制作的过程中电路元器件的布局一定要合理，且必须准确无误的连接，争取一次性将所有元器件正确地连接，而且布线要简洁整齐，这样可以节省不少制作的时间，如果电路出现问题，也可以很快找到问题之所在。在电路设计时，必须清楚地知道每一个元器件的作用，心中既要有整体的思路，也要在细节上做到清清楚楚、明明白白。总之，我在这次的数电课程设计中，从设计到制作，再到调试，最后做出了一个循环彩灯的成品，获得了很大的成就感，也增强了自信，为以后能够设计制作更复杂的电子产品，做了良好的铺垫。
参考文献：[1] 阎石. 数字电子技术基本教程[M]. 清华大学出版社, 2007.
附录一 设计制作成果
图20
附录二 元器件清单
名 称 干电池 滤波电容C1 滤波电容C2 三极管 发光二极管 发光二极管 发光二极管 电阻 电阻R1 电阻R2 电阻R3 电阻R4 电位器RW 集成电路IC1 集成电路IC2 集成电路IC3 集成电路IC4 面包板 导线 3.3F电解电容 0.1F电容 9013 红 绿 黄 180 51k 15k 51k 型 号 数量 3 1 1 4 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 若干 2M电位器 555定时器 十进制加/减计数器CD4510 4线-10线译码器CD4028 双D触发器74LS74 SYB-120 单股
