东北电力大学电工电子课程设计

第一章 交替闪光器的制作与调试

1.1 设计任务

（1）要求是两只发光二极管（LED）交替闪光。

（2）分析电路的工作原理。说明交替闪光的频率与电路中的哪些器件有关。 （3）完成制作及调试。

1.2 总体设计方案

由NE555、电阻、电容构成的多谐振荡器，使3引脚输出高低电平，通过两个电阻和两个发光二极管实现二极管的交替闪烁。

1.3系统分析与设计

由NE555、电阻、电容构成的多谐振荡器——产生矩形脉冲波的自激振荡器。多谐振荡器一旦起振之后，电路没有稳态，只有两个暂稳态，他们做交替变化，输出连续的矩形脉冲信号，从而改变引脚3的电平高低，达到两只发光二极管（LED）交替闪光的目的。

1.3.1 555定时器的简单介绍

1、555定时器管脚图

图1.1 NE555引脚图

555芯片各引脚如下

1——电源负端或接地端（GND） 2——低触发端TR

3——输出端（负载一端与3相连，另一端接电源正极或负极） 4——强制复位端（如不需要可连电源正极或悬空）

1

5——控制端（调节比较器基准电压，如不需要可悬空或通过0.01µF接地） 6——阈值端（高触发端）TH 7——放电端 8——接电源正极 2、555定时器功能表

表1-1 555定时器功能表

阈值输入（6） 触发输入（2） X <2Vcc/3 >2Vcc/3 <2Vcc/3 X Vcc/3 >Vcc/3 复位（4） 0 1 1 1 输出（3） 0 1 0 不变 放电管VT 导通 截止 导通 不变 1.3.2电路组成及工作原理

由555定时器和外加的两个电阻R1、R2和一个电容C1构成的多谐振荡器如图1.2（a）所示，图1.2（b）是上电之后电路输出电压Vo和电容两端电压Vc随时间变化的波形图。

（a） （b）

图1.2 用555定时器构成的多谐振荡器

（a）电路；（b）VoVc波形图

1.3.3振荡频率的估算

1.电路振荡周期：T=0.7（R1+2R2）C 2.电路振荡频率：f=1.43/（R1+2R2）C 3.电容充电时间：T1=0.7（R1+R2）C

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4.电容放电时间：T2=0.7R2C

5.输出波形占空比：q=（R1+R2）/（R1+2R2）

由总电路图1.4中引脚3的连接器件可知，由电阻R1驱动的LED持续发光的时间是电容C1放电的时间即T2，它是由电阻R4和电容C1所控制的。同理，由电阻R2驱动的LED持续发光的时间是电容C1充电的时间即T1，它是由电阻R3、R4和电容C1共同决定的。

1.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单

1.4.1 总电路图

图1.3 总电路图

1.4.2 元器件清单

表1-2 元器件清单

元件种类 Ne555 68k电阻 2.2k电阻 100uF电容 10uF电容

3

数目 1 1 1 1 1 470电阻 发光二极管 导线 2 2 若干 1.4.3仪器仪表清单

表1-3 仪器仪表清单 仪器仪表种类 电烙铁 电路板 万用表 5—15伏直流电压源 数目 1 1 1 1 1.5系统安装、调试与参数测量

1.5.1系统安装：

根据总电路图，布线，焊接；焊接时应避免虚焊，漏焊，注意二极管正负极、芯片引脚位置分布。焊接完成后应认真检查焊接是否正常用万用表测所焊电路部分。

1.5.2 系统调试：

电路正极接电源正极，负极接地，观察两只发光二极管（LED）是否交替闪光。

1.5.3 参数测量：

NE555：工作电压（V）：4.5~16 工作频率（Hz）：1

电阻R1驱动的LED持续发光时间（mS）：约为476 电阻R2驱动的LED持续发光时间（mS）：约为491.4

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1.6改进意见与收获体会

该电路设计清晰明了，易于理解。使制作及调试工作也很轻松的进行，在此同时，我更加了解了Ne555元件的作用，掌握了电容、电阻、LED发光二极管等的功能及作用，将实际课堂中所学的内容和实践动手相结合，提高了分析问题和解决问题的能力。在整个课程设计的过程中，同组的队员之间相互合作、分工设计、互相讨论、相互学习、监督，针对同一问题提出自己不同的意见，相互合奏，共同为此努力。同时，也增加了同学之间的感情、让大家有更多的沟通、理解、宽容。

第二章 电子触摸控制器的制作与调试

2.1 设计任务

设计制作一个电子触摸控制器。

2.2 总体设计方案

用手触摸接触板，触发电路，从而接通电路，电路开始定时，二极管发光一段时间。

2.3系统分析与设计

NE555的触发输入端由22MΩ的电阻偏置到高电平，所以当接触板被触摸时，人的皮肤电阻将低于引脚2对地阻抗。这种效用使触发输入端的电压低于1/3VCC的门限电平，所以定时开始。输出脉冲宽度T=1.1R1C1，将R1=4.7M，C1=1uf代入，T约等于5秒。因此，当接触板被手触摸时，二极管持续发光大约5秒。

2.3.1 555定时器的简单介绍

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图2.1 555芯片引脚图

555芯片各引脚如下

1——电源负端或接地端（GND） 2——低触发端TR

3——输出端（负载一端与3相连，另一端接电源正极或负极） 4——强制复位端（如不需要可连电源正极或悬空）

5——控制端（调节比较器基准电压，如不需要可悬空或通过0.01µF接地） 6——阈值端（高触发端）TH 7——放电端 8——接电源正极

2.3.2 由555定时器构成的单稳态触发器

单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。由于电路中RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。

2.3.3 电阻型驱动

电阻型驱动器如图2它利用电阻这样的简单分立器件，限制LED串电流，是一种经济的LED驱动方案。在低电流LED应用中，电阻型驱动器尽管成本较低且结构简单，但这种驱动器在低电压条件下，正向电流较低，会导致LED亮度不足，且在负载突降等瞬态条件下，LED可能受损。

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图2.2电阻驱动LED原理图

2.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单

2.4.1总电路图

图2.3 总电路图

2.4.2 元器件清单

表2-1元器件清单 元件种类 发光二极管 Ne555 0.01uF电容 0.1uF电容 数目 1 1 1 1 7

22M电阻 4.7M电阻 150电阻 导线 1 1 1 若干 2.4.3 仪器仪表清单

表2-2 仪器仪表清单

仪器仪表种类 电烙铁 电路板 万用表 5—15伏直流电压源 数目 1 1 1 1 2.5系统安装、调试与参数测量

2.5.1 系统安装：

注意二极管正负极、芯片引脚位置。根据电路图,布线,焊接(防止虚焊,漏焊);认真的检查焊接的是否正常,用万用表测所焊电路部分。

2.5.2 系统调试：

按照电路正负极正确接入电源即可。

2.5.3 参数测量：

用手触碰触摸板，发现二极管持续发光大约5秒后熄灭。

2.6改进意见与收获体会

该电路设计简单、结构清晰。在本次制作及调试过程中，我更好的了解了555定时器、电阻、电容、发光二级管的作用；对于电烙铁、电表的使用有了更多的了解、将课本中所学的知识结合到实际动手中去，了解了理论知识与实际问题之间的区别，更提高了我们的动手能力与团队意识。

我们分工合作、通过课本、图书馆、网络等多方面查找有用的资源，以便解决在操作中遇到的实际问题。并且能够让时间得到了合理的利用，让我们有

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了相比此次课程设计更大的收获。

相信，此次课程设计所带给我们的帮助并不仅仅是在此次课程设计本身，能够让我们亲手操作了解成品内部结构，设计出真正能够用得到的实物所带给我们的那份心得可能更大。这对于以后我们的实习、工作都有很大的帮助。

第三章 八路电子抢答器的制作

3.1 设计任务

设计一个八路抢答器。

3.2 总体设计方案

设计一个智力竞赛抢答器，可同时共8名选手参加比赛，并具有定时抢答功能。具体功能要求如下：

（1） 设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛。 （2） 抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号。

（3） 主持人可以进行清除分数控制。

3.3系统分析与设计

该电路采用5个数字集成电路，其中74LS373为D锁存器，74LS30为8输入的与非门。比赛时，J0，J1„J7由参赛选手控制，J8由主持人控制。当任意

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一个选手抢先按下按钮时，7430的输出将跳变为低电平，这个低电平使74LS373处于锁存状态，它的输出Q0,Q1„.Q7被锁存，随即编码器进行编码。74LS147为10线到4线的编码器，输入端为低电平有效，输出为反码。Cd4511为译码器，输入BCD码时经译码后使数码管显示数字0，1„„9。为了使译码后数码管能显示数字，该电路将译码器的D端输入接74LS373的锁存控制输入端，数字被锁存时，该端为低电平，数码管为正常显示数字；允许数据输入时，74LS373的11脚为高电平，经过译码后数码管不显示，这样正好满足了电路的要求。数码管为共阴7段数码管。一轮抢答结束，由主持人按动清除按钮J8，对D锁存器进行解锁。

3.3.1 74LS147元件

74LS147是一个10线-4线优先编码器(BCD输出)

管脚图:

图3.1 74LS147引脚图

74LS147功能表：

表3-1 74LS147功能表

输 入 I9 I8I7I6I5I4I3I2I1I0 输 出 Y3Y2Y1Y0 0 × × × × × × × × × 0 1 1 0 1 0 × × × × × × × × 0 1 1 1 1 1 0 × × × × × × × 1 0 0 0 1 1 1 0 × × × × × × 1 0 0 1 10

1 1 1 1 0 × × × × × 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 × × × × 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 × × × 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 × × 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 × 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1

3.3.2 74ls373元件

单片机系统中常用的地址锁存器芯片74LS373以及coms的74hc373。

1、74LS373管脚图：

图3.2 74LS373引脚图

2、74LS373真值表

表3-2 74LS373真值表

Dn H L X X LE H H L X OE L L L H On H L Q0 高阻态 3.3.3 74LS00元件

1、74LS00管脚图：

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图3.3 74LS00引脚图

该引脚图表示74LS00为“四2输入与非门”，内部有四个两输入与非门。A、B为输入端，Y为输出端，其共用电源端为VCC（14脚），接地端为GND（7脚）。本电路中只运用到其中的一个与非门。

3.3.4 CD4511元件

CD4511是一组用来作为BCD 对共阴极LED 七段显示器译码的译码器。 1、CD4511引脚图如图3.4所示：

图3.4 CD45111 引脚功能图

其各脚功能如下：

LT：做灯泡测试用，当LT=0，则不论其它输入状态为何，其输出abcdefg=1111111，使七段显示器全亮，即显示8，以便观测七段显示器是否正常。当LT=1，则正常解码。

BI：空白输入控制，当BI=0 (LT 为1 时)则不论DCBA 之输入为何，其输出abcdefg皆为0，即七段显示器完全不亮，此脚可供使用者控制仅对有效数据译码，避免在无意义的数据输入时显示出来造成字型的系乱。

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LE：数据栓锁致能控制；在CD4511 中，不但具译码功能，更具有数据栓锁的记忆功能。当LE=0 时(LT=1 且 BI=1)，DCBA 数据会被送入IC 的缓存器中保存，以供译码器码；当LE=1 时，则IC 中的暂存器会关闭，仅保存原来在LE=0 时的DCBA数据供译码器译码。换句话说当LE=1 时，不论DCBA 的输入数据为何，皆不影响其输出，其输出abcdefg 仍保留原来在LE 由0 转为1 以前的资料。

2、CD4511功能表：

表3-4 CD4511功能表

输入 LE BI LI X X X 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 D X X 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 X C X X 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 X B X X 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 X A X X 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 X a 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 b 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 c 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 输出 d 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 e 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 f 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 g 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 显示 8 消隐 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 消隐 消隐 消隐 消隐 消隐 消隐 锁存 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 锁 存 13

3.3.5 74LS30

74LS30管脚图：

图3.5 74LS30引脚图

74LS30是一个8输入端与非门

3.3.6 共阴七段数码管

LED数码管是由发光二极管构成的，亦称半导体数码管。将条状发光二极管按照共阴极(负极)或共阳极(正极)的方法连接，组成“8”字，再把发光二极管另一电极作笔段电极，就构成了LED数码管。若按规定使某些笔段上的发光二极管发光，就能显示从0～9的„系列数字。同荧光数码管(VFD)、辉光数码管(NRT)相比，它具有：体积小、功耗低、耐震动、寿命长、亮度高、单色性好、发光响应的时间短，能与TTL、CMOS电路兼容等的数显器件。

共阴七段数码管外形引脚图如下：

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图3.6共阴七段数码管外形引脚图

3.4总电路图、元器件清单、仪器仪表清单

3.4.1 总电路图

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图3.7 总电路图

3.4.2 元器件清单

表3-2 元器件清单 种类 100K电阻 74ls373 74ls00 74ls30 74ls147 Cd4511 共阴7段数码管 5伏直流电压源 导线 数目 9 1 1 1 1 1 1 1 若干

3.4.3 仪器仪表清单

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表3-3 仪器仪表清单

仪器仪表种类 电路板 电烙铁 万用表 5伏直流电压源

数目 1 1 1 1 3.5系统安装、调试与参数测量

3.5.1 系统安装

在安装的时候要小心不要把二极管的正反接错了。要不然在数码管就不能显示正常的数字。有时候连数码管都不亮。在安装开关的时候要注意4脚开关的脚的导通状态。在接导线的脚和接二极管的脚之间不能让他们短路。要不然开关就起不到开关的作用了。在布线的时候也要注意，铁丝不能插的太深，也不能搭高架桥似的，因为这些细节的出错往往很难找到错的原因。

3.5.2 系统调试

1、数码管不显示数字

我们用万用表的蜂鸣端对数码管各引脚进行校验，发现线路连接错误，经校正焊接之后数码管可显示数字，问题解决。

2、数码管不正常显示数字

数码管虽可显示数字，但其中六号抢答器数字无法正常显示。于是我们先根据总电路图用万用表的蜂鸣端对线路进行一一排查，发现74LS147芯片的插槽与电路板接触不良，于是我们就用两根导线将其连接好后，观察LED管数字显示，发现六号抢答器数字显示正常，问题解决。

3、数码管数字无法锁存，复位端无法正常工作

因数字无法锁存，经分析得出问题可能出现在74LS373，怀疑芯片内部可能受损，于是将芯片拆下安装在已调好的电路板上让其工作，发现芯片工作正常，然后对芯片插槽进行检查，发现11引脚即锁存控制引脚与电路接触不良，经过进一步的修正后重新调试电路，显示正常，问题解决。

3.5.3 参数测量

本实验无需参数测量。

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3.6改进意见与收获体会

改进意见：可以取消使用人体作为导体来控制开关，采用实际开关来闭合回路，这样会使电路反应更加灵敏。

设计心得：在设计制作过程中，线路比较复杂，需连接及注意的地方也特别多，但是这其实也是一个锻炼人的过程，它教会了我们在工作和学习实践中都应该要仔细认真与坚持。可以说，这个电路板的制作要比之前的两个难得多，也是非常磨练人毅力的，在这个电路板的制作与调试过程中，我们曾遇到过种种困难，在整么多的线路中，往往是“一着不慎，满盘皆输”，之前的努力都前功尽弃。我们整个小组经过了多次的研究、查找资料、请教老师、同学，在多次的调试、修正下终于取得成功，当时的那份喜悦之情难以言表。也正是由于我们整个团队的相互信任与协同合作、互相鼓励才会取得最终完美的结果，这再一次的见证了团队的力量。

同时也让我们学会了更多的知识，了解及巩固了元件的作用及用途，知识面得到了更大的扩展，并且能够学以致用，收获丰富。

主要参考文献

【1】彭介华.电子技术课程设计指导.北京：高等教育出版社，1997 【2】丁文霞，陆岷，刘安芝.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社，2005

【3】韩广兴.电子元器件与实用电路基础.北京：电子工业出版社，2005 【4】赵志杰.集成电路应用识图方法.北京：机械工业出版社，2004 【5】http://www.alldatasheet.com. 【6】http://www.21ic.com.

【7】电子技术基础（模拟部分）韩学军 主编 中国电力出版社 【8】电子技术基础（数字部分）韩学军 主编 中国电力出版社

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