《電工電子綜合》課程設(shè)計(jì)說明書-三種圖案霓虹燈控制器設(shè)計(jì)

1、學(xué)學(xué) 號：號： 課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 題題 目目三種圖案霓虹燈控制器設(shè)計(jì)三種圖案霓虹燈控制器設(shè)計(jì) 學(xué)學(xué) 院院自動化學(xué)院自動化學(xué)院 班班 級級 姓姓 名名 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 2011 年6月26日 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 自動化自動化 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 工作單位：工作單位： 自動化學(xué)院自動化學(xué)院 題題 目目: : 三種圖案霓虹燈控制器設(shè)計(jì)三種圖案霓虹燈控制器設(shè)計(jì) 初始條件：初始條件： 1 運(yùn)用所學(xué)的模擬電路和數(shù)字電路等知識； 2 用到的元件：實(shí)驗(yàn)板、電源、連接導(dǎo)線、74 系列芯片、555 芯片等。 要求完成的主要任務(wù)要求完成的主要任務(wù): :

2、 1 現(xiàn)有 4 只彩燈，紅綠藍(lán)黃，試設(shè)計(jì)控制器，要求彩燈能實(shí)現(xiàn)如下追逐 圖案，彩燈控制器的三種圖案及其狀態(tài)轉(zhuǎn)換如下所示： 2 搖擺狀態(tài) 01011010，重復(fù) 6 次。 3 暗點(diǎn)循環(huán) 01111011110111100111這樣重復(fù)循環(huán) 3 次。 4 逐個(gè)點(diǎn)亮，逐個(gè)熄滅， 000010001100111011110111001100010000這樣重復(fù)循環(huán) 2 次。 5 霓虹燈控制工作狀態(tài)按照上述 2 至 4 步自動重復(fù)循環(huán)。時(shí)間間隔為 1 秒。 6 嚴(yán)格按照課程設(shè)計(jì)說明書要求撰寫課程設(shè)計(jì)說明書。 時(shí)間安排：時(shí)間安排： 第 1 天 下達(dá)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，根據(jù)任務(wù)書查找資料； 第 24 天 進(jìn)行方

3、案論證，軟件模擬仿真并確定設(shè)計(jì)方案； 第 5 天 提交電路圖，經(jīng)審查后領(lǐng)取元器件； 第 68 天 組裝電路并調(diào)試，檢查錯(cuò)誤并提出問題； 第 911 天 結(jié)果分析整理，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告，驗(yàn)收調(diào)試結(jié)果； 第 1214 天 補(bǔ)充完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告和答辯。 指導(dǎo)教師簽名：指導(dǎo)教師簽名： 20112011 年年 6 6 月月 2626 日日 系主任（或責(zé)任教師）簽名：系主任（或責(zé)任教師）簽名： 20112011 年年 6 6 月月 2626 日日 目錄目錄 引言引言.- 1 - 1 設(shè)計(jì)意義及要求設(shè)計(jì)意義及要求.- 2 - 1.1 設(shè)計(jì)意義.- 2 - 1.2 設(shè)計(jì)要求.- 2 - 2 方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì).

4、- 3 - 2.1 設(shè)計(jì)思路.- 3 - 2.2 設(shè)計(jì)方案.- 4 - 2.3 方案比較.- 5 - 3 部分電路設(shè)計(jì)部分電路設(shè)計(jì).- 6 - 3.1 計(jì)數(shù)器 .- 6- 3.2 譯碼器.- 8 - 4 調(diào)試與檢測調(diào)試與檢測.- 10 - 5 體會與總結(jié)體會與總結(jié).- 11 - 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).- 12- 本科生課程設(shè)計(jì)成績評定表本科生課程設(shè)計(jì)成績評定表.- 13 - 引言引言 在日常生活中，霓虹燈已經(jīng)遍布所有城市和很多鄉(xiāng)鎮(zhèn)的大街，每當(dāng)夜幕降臨，華 燈初上，五顏六色的霓虹燈就把城市裝扮的特別美麗。 如今，撩人眼球、光彩耀目的霓虹燈已成為城市繁華程度的度量，也是商業(yè)建筑的一 大廣告、招牌。 把

5、一定數(shù)量的受控彩燈經(jīng)過組合，可營造出多彩、流水般的動感場景，這對增強(qiáng) 節(jié)日喜慶氣氛、美化日常生活環(huán)境具有良好的效果。 霓虹燈電路可由數(shù)字邏輯電路或者編程控制（目前社會上常用 Visual Basic 編程語 言來編寫相應(yīng)的程序以控制霓虹燈的花樣） 。而聯(lián)系實(shí)際和運(yùn)用所學(xué)的數(shù)字或模擬電子 技術(shù)知識，學(xué)生可設(shè)計(jì)出各種霓虹燈控制電路。 此次課程設(shè)計(jì)作為實(shí)踐教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，可達(dá)到提高學(xué)生的創(chuàng)新能力的作用。 通過課程設(shè)計(jì)，學(xué)生不僅能加深對課本知識的理解，還能鍛煉自己的動手能力和提高 解決問題的能力。 1 設(shè)計(jì)意義及要求設(shè)計(jì)意義及要求 1.1 設(shè)計(jì)意義設(shè)計(jì)意義 霓虹燈在生活中的發(fā)展和應(yīng)用非常迅速，而彩

6、燈的種類繁多，變化多樣，因此設(shè) 計(jì)彩燈控制電路有非常重大的實(shí)際意義。經(jīng)本學(xué)期及上學(xué)期對模擬、數(shù)字電子技術(shù)的 學(xué)習(xí)，學(xué)校安排了這次的電工電子實(shí)習(xí)，目的在與讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的知識，對各 基本器件的運(yùn)用更加熟練，也更好的鍛煉學(xué)生的設(shè)計(jì)思維和動手設(shè)計(jì)能力。 同學(xué)通過此次的設(shè)計(jì)多個(gè)方案的設(shè)計(jì)，可以將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為實(shí)物，得到更多種 類、更多花樣的彩燈控制電路，在收獲成就感和滿足感的同時(shí)，可以對設(shè)計(jì)的彩燈花 樣更具有創(chuàng)新意識。 1.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 初始條件：初始條件： 1 運(yùn)用所學(xué)的模擬電路和數(shù)字電路等知識； 2 元件：實(shí)驗(yàn)板、電源、連接導(dǎo)線、74 系列芯片、555 芯片等。 要求完成的主要任務(wù)要求

7、完成的主要任務(wù): : 14 只彩燈，紅綠藍(lán)黃，試設(shè)計(jì)控制器，要求彩燈能實(shí)現(xiàn)如下追逐圖案， 彩燈控制器的三種圖案及其狀態(tài)轉(zhuǎn)換如下所示： 2搖擺狀態(tài) 01011010，重復(fù) 6 次。 3暗點(diǎn)循環(huán) 01111011110111100111這樣重復(fù)循環(huán) 3 次。 4逐個(gè)點(diǎn)亮，逐個(gè)熄滅， 000010001100111011110111001100010000這樣重復(fù)循環(huán) 2 次。 5霓虹燈控制工作狀態(tài)按照上述 2 至 4 步自動重復(fù)循環(huán)。時(shí)間間隔為 1 秒。 嚴(yán)格按照課程設(shè)計(jì)說明書要求撰寫課程設(shè)計(jì)說明書。 2 方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路 四盞燈，每盞燈每次只要兩種狀態(tài)，亮或滅，三種花樣

8、一共 40 種狀態(tài)， 將這 40 種狀態(tài)按次序依次分配到三片譯碼器 74HC154 的輸出端，每盞燈各亮 23 次， 將每種狀態(tài)中亮的燈與對應(yīng)狀態(tài)的選擇器輸出端通過與非門相連，通過兩片計(jì)數(shù)器 74160 控制這三個(gè)譯碼器，一片通過控制地址輸入端使譯碼器的輸出端從 D0 到 D15 依 次輸出，兩一片則通過控制譯碼器使能端使其依次工作。 原理框圖： 數(shù) 據(jù) 選 擇 器 圖 2-1 利用譯碼器實(shí)現(xiàn)的原理 ：小燈的三種花樣可以分別通過三個(gè)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，完成第一種花樣需要 十二秒，第二種也需要十二秒，第三種需要十六秒，三種花樣全部完成總共四十秒， 而每種花樣的循環(huán)次數(shù)也可以通過計(jì)數(shù)器來控制。 四盞燈（紅

9、；綠；藍(lán)；黃） 數(shù) 據(jù) 選 擇 器 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 數(shù) 據(jù) 選 擇 器 2.2 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案 原理圖： A 23 B 22 C 21 D 20 E1 18 E2 19 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 13 12 14 13 15 14 16 15 17 U1 74HC154 A 23 B 22 C 21 D 20 E1 18 E2 19 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 13 12 14 13 15 14 16 15 17 U3 74HC154 A 23 B

10、22 C 21 D 20 E1 18 E2 19 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 13 12 14 13 15 14 16 15 17 U4 74HC154 D2 LED-GREEN D4 LED-YELLOW D3 LED-BLUE D1 LED-RED 1 U5 NAND_12 U6 NAND_12 U7 NAND_12 U8 NAND_12 U9 NAND_12 U10 NAND_12 U11 NAND_12 U12 NAND_12 D0 3 Q0 14 D1 4 Q1 13 D2 5 Q2 12 D3 6 Q3 11

11、RCO 15 ENP 7 ENT 10 CLK 2 LOAD 9 MR 1 U2 74160 D0 3 Q0 14 D1 4 Q1 13 D2 5 Q2 12 D3 6 Q3 11 RCO 15 ENP 7 ENT 10 CLK 2 LOAD 9 MR 1 U15 74161 1 1 1 2 3 1 U16:A 7402 5 6 4 U16:B 7402 8 9 10 U16:C 7402 11 12 13 U16:D 7402 34 U13:B 7404 56 U13:C 7404 1312 U13:D 7404 1110 U13:E 7404 1 12 U13:A 7404 98 U13:

12、F 7404 圖 2-3 利用譯碼器實(shí)現(xiàn)的電路圖 把三種花樣的每一個(gè)狀態(tài)都與譯碼器的輸出端依次對應(yīng)，利用計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù) 功能將每個(gè)狀態(tài)依次輸出，再通過與非門將輸出低電平變?yōu)楦唠娖?，小燈就能按?要求的花樣依次亮起來。 原理圖： D0 3 D1 4 D2 5 D3 6 SR 2 SL 7 CLK 11 S0 9 S1 10 MR 1 Q0 15 Q1 14 Q2 13 Q3 12 U1 74194 1 0 12 U2:A 7407 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U3 741

13、92 1 34 U2:B 7407 12 U5:A 7404 D0 3 D1 4 D2 5 D3 6 SR 2 SL 7 CLK 11 S0 9 S1 10 MR 1 Q0 15 Q1 14 Q2 13 Q3 12 U2 74194 0 1 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U4 74192 12 U3:A 7407 1 34 U3:B 7407 56 U6:C 7404 D1 LED-RED D2 LED-GREEN D3 LED-BLUE D4 LED-YELLOW D

14、0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U6 74192 D0 3 D1 4 D2 5 D3 6 SR 2 SL 7 CLK 11 S0 9 S1 10 MR 1 Q0 15 Q1 14 Q2 13 Q3 12 U5 74194 12 U12:A 7404 1 2 3 U8:A 7408 12 U9:A 7407 12 U10:A 7404 1 2 13 12 U7:A 7427 3 4 5 6 U7:B 7427 9 10 11 8 U7:C 7427 1 2 13 12 U11

15、:A 7427 34 U10:B 7404 56 U10:C 7404 1312 U10:D 7404 1110 U10:E 7404 9 10 8 U8:C 7408 0 12 13 11 U8:D 7408 0 R 4 DC 7 Q 3 GND 1 VCC 8 TR 2 TH 6 CV 5 U13 555 +15V C2 1uF R1 5.7k 98 U10:F 7404 R2 24.3k C1 1000uF 2.3 方案比較方案比較 兩種方案相比，第一種原理思路簡單，所用芯片較少，小燈閃爍效果穩(wěn)定，但連 線較多，若連成實(shí)物則過于復(fù)雜，方案二需要的芯片雖然較多，但整體連線不復(fù)雜， 適合做成

16、實(shí)物。 3 部分電路設(shè)計(jì)部分電路設(shè)計(jì) 3.1 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 1 D0 3 Q0 14 D1 4 Q1 13 D2 5 Q2 12 D3 6 Q3 11 RCO 15 ENP 7 ENT 10 CLK 2 LOAD 9 MR 1 U2 74160 D0 3 Q0 14 D1 4 Q1 13 D2 5 Q2 12 D3 6 Q3 11 RCO 15 ENP 7 ENT 10 CLK 2 LOAD 9 MR 1 U15 74161 0 左邊計(jì)數(shù)器的 Q1Q2Q3Q4 端分別與三個(gè)譯碼器的地址輸入端 ABCD 依次相連，使 得譯碼器輸出端依次輸出信號，進(jìn)位輸出端作為右邊的時(shí)鐘信號，使右邊的計(jì)數(shù)器每 隔

17、 16 秒計(jì)數(shù)一次，右邊譯碼器的 Q1Q2 端分別接到譯碼器的使能端，其中 Q1 經(jīng)過一 個(gè)非門與第二個(gè)譯碼器的 E1 端相連，Q2 經(jīng)過一個(gè)非門與第三個(gè)譯碼器的 E2 端相連， 以此來控制三個(gè)數(shù)據(jù)選擇的工作順序。 管腳圖： 功能表 3.2 譯碼器譯碼器 A 23 B 22 C 21 D 20 E1 18 E2 19 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 13 12 14 13 15 14 16 15 17 U1 74HC154 A 23 B 22 C 21 D 20 E1 18 E2 19 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5

18、5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 13 12 14 13 15 14 16 15 17 U3 74HC154 A 23 B 22 C 21 D 20 E1 18 E2 19 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 13 12 14 13 15 14 16 15 17 U4 74HC154 12 U13:A 7404 98 U13:F 7404 引腳圖： 真值表： 當(dāng)四十種狀態(tài)全部完成時(shí)，將下一個(gè)輸出端與計(jì)數(shù)器的清零端相連，使其重新開 始循環(huán)。 4 調(diào)試與檢測調(diào)試與檢測 通過 Proteus 仿真軟件進(jìn)行仿真，

19、發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案中發(fā)現(xiàn)的一些問題： （1）開始選用的計(jì)數(shù)器是 74LS192，但在仿真時(shí)發(fā)現(xiàn)由于某種原因 192 只能進(jìn)行十 進(jìn)制計(jì)數(shù)，經(jīng)過重新調(diào)試后將 74LS192 用 74160 代替，能夠進(jìn)行十六進(jìn)制計(jì)數(shù)。 （2）花樣循環(huán)時(shí)，每到第 16 種花樣就會發(fā)生錯(cuò)誤，經(jīng)過認(rèn)真觀察循環(huán)過程發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)右邊計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到 1111 時(shí)，其進(jìn)位端同時(shí)由 0 變?yōu)?1，給左邊計(jì)數(shù)器一個(gè)上升沿信 號，Q0 由 0 變?yōu)?1，再經(jīng)過一個(gè)非門使其 E1 端使能，此時(shí)第二個(gè)譯碼器開始工作，計(jì) 數(shù)器的 1111 信號實(shí)際上是輸入到第二個(gè)譯碼器，所以第 16 個(gè)狀態(tài)應(yīng)該接到第二個(gè)譯 碼器的 Y16 端，經(jīng)過調(diào)整后，能按照

20、要求花樣進(jìn)行循環(huán)。 （3）Proteus 仿真軟件中有許多管腳名字都很相似的元件，但有的元件在插入后發(fā) 現(xiàn)有無法使用的情況，需要用別的元件代替。 （4）Proteus 仿真軟件中沒有或門，當(dāng)要用到或門時(shí)，必須要用與非門和非門同時(shí) 使用來代替或門，增加的原理圖的復(fù)雜程度。 5 體會與總結(jié)體會與總結(jié) 剛拿到題目時(shí)，感覺題目很簡單，三個(gè)花樣分別在紙上畫好電路圖，簡單學(xué)習(xí)了 一下如何使用 Protues 后就開始仿真，但是不知道為什么就是無法出現(xiàn)預(yù)期效果，檢查 電路圖多次都沒有問題，為什么仿真會失敗呢？在和別的同學(xué)請教討論后才知道，仿 真要想成功，不能只考慮理想情況，電路在仿真時(shí)會出現(xiàn)多種不穩(wěn)定情況，

21、需要不斷 地調(diào)試。 三種花樣反別成功后再合并還需要加入防抖的元件，重新調(diào)試。 由于選的題目相對復(fù)雜，所以小組方案花了兩天多的時(shí)間才做好。接著就是做自 己的方案，由于小組成員的方案都不能一樣，所以想新的思路尤為重要，而我們目前 所學(xué)的知識全部都來自課本，在思考新方法的時(shí)候，必須不斷地看課本，看實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 書，在這個(gè)過程中，無疑會使自己對數(shù)電的知識掌握的更加牢固，因?yàn)槿绻麑Ω鞣N芯 片的功能和使用不熟悉，很難完成課程設(shè)計(jì)。由于是第一次使用 Protues 仿真，過程中 會不時(shí)的出現(xiàn)各種問題，眼看別的小組幾個(gè)方案都成功了，心里很著急，曾幾次想過 放棄，但最終堅(jiān)持下來，并且成功完成課程設(shè)計(jì)?？粗约核膫€(gè)彩

22、燈按照要求一次閃 爍，心里的成就感特別強(qiáng)烈。 盡管設(shè)計(jì)原理圖的過程曲折艱難，但最終靠著小組成員的共同努力，大家都成功 的做出了自己的方案，這讓我知道了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。有了同伴的鼓勵(lì)與幫助，自 己才能學(xué)得更快更多，但這并不代表自己就可以什么都不做，只靠同伴，這樣自己什 么都學(xué)不到。通過這次課設(shè)，不僅讓自己對數(shù)電知識有了更深入形象的了解與體會， 更加鍛煉了自己一向薄弱的動手能力，而且在以前學(xué)過 protell99 電氣 CAD 等繪圖仿真 軟件的基礎(chǔ)上又學(xué)會了一種仿真軟件Protues。而在撰寫課程設(shè)計(jì)說明書時(shí)發(fā)現(xiàn)， 要想把芯片的工作原理，電路圖的工作過程寫清楚也不是那么容易的，而說明書的高 要求還要對 word 有一定的基礎(chǔ)，這無形中又是對自己的一次鍛煉。 總之，經(jīng)過這次的課程設(shè)計(jì)，自己無論是在專業(yè)知識方面課外知識方面還是團(tuán)隊(duì) 合作方面都有了很大的收獲。 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)： 1 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第五版） ，高等教育出版，2006.1 2 郭少勇.實(shí)驗(yàn)電子技術(shù),石油出版社 3 王蘭君.新編電工使用電路 500 例,河南科學(xué)技術(shù)出版社 4 王源.使用電路基礎(chǔ),機(jī)械工業(yè)出版社 5 鐘誼.電子線路實(shí)戰(zhàn),科學(xué)出版社 6 何緒芃，曾發(fā)柞.脈沖與數(shù)字電路 .成都：電子科技大學(xué)出版社，2001.1 7 祁存榮，陳偉.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（數(shù)字部分） 武漢理工大學(xué)教材中心 8 鄧勇