霓虹燈課程設(shè)計

1、燕山大學(xué)課 程 設(shè) 計 說 明 書題目： 霓虹燈（一） 學(xué)院（系）： 電氣工程學(xué)院 年級專業(yè)： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 燕山大學(xué)課程設(shè)計（論文）任務(wù)書院（系）：電氣工程學(xué)院 基層教學(xué)單位：電子實驗中心 學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)（班級）設(shè)計題目霓虹燈（一）設(shè)計技術(shù)參數(shù)用“彩色信號指示燈組L9L26”中的L9L17，L18L26兩組分別顯示霓虹燈，每組以2種方式依次循環(huán)。第1種是中間的1個二極管先點亮保持，接著圍繞其的4個二極管被點亮保持，然后所有的二極管被點亮， 最后再按照相反的方式熄滅二極管，即4個角的二極管先熄滅，接著熄滅圍繞中心的4個二極管，最后熄滅中間的一個二極管。第2種

2、是中間一列二極管點亮，然后由左上角至右下角3個二極管點亮，接著中間一行二極管點亮，最后由右上角至左下角3個二極管點亮。結(jié)束后再循環(huán)一遍第2種方式。循環(huán)頻率1hz和2hz可調(diào)每種循環(huán)結(jié)束后，蜂鳴2s設(shè)計要求用“彩色信號指示燈組L9L26”顯示霓虹燈。用頻率組模塊實現(xiàn)頻率變化。用一個數(shù)字開關(guān)控制頻率可調(diào)。工作量學(xué)會使用Max+PlusII軟件和實驗箱；獨立完成電路設(shè)計，編程下載、連接電路和調(diào)試；參加答辯并書寫任務(wù)書。工作計劃1. 了解EDA的基本知識，學(xué)習(xí)使用軟件Max+PlusII，下發(fā)任務(wù)書，開始電路設(shè)計；2. 學(xué)習(xí)使用實驗箱，繼續(xù)電路設(shè)計；3. 完成電路設(shè)計；4. 編程下載、連接電路、調(diào)試和

3、驗收；5. 答辯并書寫任務(wù)書。參考資料數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).閻石主編.高等教育出版社.EDA課程設(shè)計B指導(dǎo)書.指導(dǎo)教師簽字 基層教學(xué)單位主任簽字說明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。年 月 日 目 錄一、設(shè)計說明1.1 設(shè)計思路1.2 模塊介紹1.3 真值表及功能分析二、電路原理圖2.1數(shù)字開關(guān)控制變頻及計時器原理圖2.2控制電路的電路原理圖2.3總設(shè)計原理圖三、波形仿真圖3.1數(shù)字開關(guān)變頻及計數(shù)模塊的波形仿真圖3.2 總體電路的波形仿真圖 四、管腳鎖定及硬件連線 4.1輸入信號的管腳鎖定及硬件連線4.2 輸出信號的管腳鎖定及硬件連線 五、心得體會 參考文獻(xiàn) 一、設(shè)計說明1

4、.1 設(shè)計思路用“彩色信號指示燈組L9L26”中的L9L17，L18L26兩組分別顯示霓虹燈，每組以2種方式依次循環(huán)。第1種是中間的1個二極管先點亮保持，接著圍繞其的4個二極管被點亮保持，然后所有的二極管被點亮， 最后再按照相反的方式熄滅二極管，即4個角的二極管先熄滅，接著熄滅圍繞中心的4個二極管，最后熄滅中間的一個二極管；第2種是中間一列二極管點亮，然后由左上角至右下角3個二極管點亮，接著中間一行二極管點亮，最后由右上角至左下角3個二極管點亮。結(jié)束后再循環(huán)一遍第2種方式。設(shè)計要求循環(huán)頻率1hz和2hz可調(diào)。根據(jù)實驗要求和指導(dǎo)老師意見，數(shù)字開關(guān)控制變頻。通過對設(shè)計要求的分析，可以得出如下結(jié)論和

5、相應(yīng)的解決方案：1、一個周期包含十五種狀態(tài)；可以利用16進(jìn)制帶預(yù)置數(shù)功能的計數(shù)器循環(huán)產(chǎn)15個控制信號，利用一個4選16的數(shù)據(jù)選擇器依次控制各種工作狀態(tài)；2、L9L17的每個燈與L18L26的每個燈一一對應(yīng)，可以相應(yīng)的一組可以用同一根線控制線控制；3、燈L13和L22在整個周期里只有第一個狀態(tài)和第六個狀態(tài)熄滅，因此設(shè)想使L13、L22處于常亮狀態(tài)，在第一和第六狀態(tài)時熄滅，可以減小電路的復(fù)雜度；4、在整個周期中，L9和L17、L11和L15的亮滅狀況始終相同，為了減小電路的復(fù)雜度，將L9和L17、L11和L15的選擇線分別連接；5、利用16進(jìn)制計數(shù)器輸出端的周期變化，控制觸發(fā)器的狀態(tài)，進(jìn)而選時鐘信

6、號，實現(xiàn)1Hz和2Hz的變頻。1.2 模塊介紹1.2.1 數(shù)字開關(guān)控制變頻并實現(xiàn)頻率循環(huán)為了實現(xiàn)包含15個狀態(tài)的循環(huán)控制，必須應(yīng)用一個15進(jìn)制以上的計數(shù)器模塊。本設(shè)計采用4位同步二進(jìn)制加減計數(shù)器74191，利用其可預(yù)置數(shù)和可以加減計數(shù)的功能，實現(xiàn)十五進(jìn)制計數(shù)。利用74153雙四選一的功能和74191的進(jìn)位輸出,加上必要的與門和非門,可以實現(xiàn)變頻控制,實現(xiàn)15進(jìn)制1Hz和15進(jìn)制2Hz的依次轉(zhuǎn)換。變頻計數(shù)模塊模塊示意圖如圖1_1所示：數(shù)字開關(guān)控制變頻并實現(xiàn)頻率循環(huán)1.2.2 數(shù)據(jù)選擇模塊本設(shè)計需要采用15中工作狀態(tài)，74191輸出15個整周期的數(shù)據(jù)選擇信號（其中輸出16和0分別為半個周期），采用

7、4-16、負(fù)邏輯輸出的譯碼器，依次選擇每一個控制電路，從而選擇不同的工作狀態(tài)。為了實現(xiàn)每個工作狀態(tài)控裝置電路的邏輯或功能，將每一個負(fù)邏輯輸出段加一級反相器。為了提高電路原理圖的可讀性，設(shè)計了一個16-16的負(fù)邏輯轉(zhuǎn)換模塊。模塊示意圖如圖Cf10封裝電路圖如上1.2.3 控制電路利用數(shù)據(jù)選擇器選送的有效信號控制相應(yīng)狀態(tài)的顯示，每一個輸出端口（對燈而言），在輸出之前進(jìn)行邏輯或運算，這樣沒一個燈在相應(yīng)的選中狀態(tài)下是亮，在都未選中是熄滅。其中對于L13和L22而言，只有在最初上電及第一種循環(huán)方式結(jié)束時才熄滅，因此，L13和L22的控制方式與其余各燈相反，保持其常亮狀態(tài)，在初始狀態(tài)和狀態(tài)6時關(guān)掉。在狀態(tài)

8、1和狀態(tài)5時，只有L13和L2亮，而這兩個燈處于常亮狀態(tài)，可以將這兩位數(shù)據(jù)線懸空。該模塊的電路原理圖如圖1-3所示：圖1-3 控制電路示意圖1.3 真值表及功能分析1.3.1 74191的真值表及功能分析4位同步二進(jìn)制加減計數(shù)器74191的真值表如表1-1所示。根據(jù)表可以看出，LDN為預(yù)置數(shù)端，當(dāng)其為低電平時置數(shù)。計數(shù)和保持時，輸出端MXMN保持低電平，當(dāng)輸出為最大值（增計數(shù)模式時）或最小值（減計數(shù)模式時），輸出高電平。InputsOutputs GNLDN DNUPD C B AQD QC QB QAMXMN RCONXLXdCBadcbaXXLHHLLLLHLLHLHHHHHLLHLCou

9、nt UpLHLHHCount DownLHHHXHold CountLH表1-1 74191真值表1.3.2 數(shù)據(jù)選擇模塊的真值表數(shù)據(jù)選擇模塊有一個負(fù)邏輯輸出4-16的數(shù)據(jù)選擇器和一個同步的cf10的自定義取反模塊組成。實現(xiàn)4-16的數(shù)據(jù)選擇，其真值表如表1-2所示：輸入輸 出DCBAP16P15P14P13P12P11P10P9P8P7P6P5P4P3P2P1000000000000000000010001000000000000001000100000000000000100001100000000000010000100000000000001000001010000000000100

10、000輸入輸 出DCBAP15P14P13P12P11P10P9P8P7P6P5P4P3P2P1P001100000000001000000011100000000100000001000000000010000000010010000001000000000101000000100000000001011000010000000000011000001000000000000110100100000000000001110010000000000000011111000000000000000表1-2 數(shù)據(jù)選擇模塊的真值表1.3.3 電路各狀態(tài)的真值表根據(jù)計數(shù)器提供的4進(jìn)制數(shù)和數(shù)據(jù)選擇模塊的

11、譯碼，以及電路的工作特點，可得電路各狀態(tài)的真值表如表1-3所示：（其中，T0狀態(tài)和T15狀態(tài)為不穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)仿真結(jié)果，均為半個周期，T0和T15狀態(tài)相連，可以作為是一個周期。狀態(tài)1為燈亮，狀態(tài)0為燈滅）燈T0T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T12T13T14T15L9/L170001000010001000L11/L150001000000100010L100011100100010000L120011100001000100L130111110111111111L140011100001000100L160011100100010000表1-3.1 第一組燈各狀態(tài)的真值燈T

12、0T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T12T13T14T15L18/L260001000010001000L20/L240001000000100010燈T0T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T12T13T14T15L190011100100010000L210011100001000100L220111110111111111L230011100001000100L250011100100010000表1-3.2 第二組燈各狀態(tài)的真值二、電路原理圖2.1數(shù)字開關(guān)控制變頻及計時器模塊的電路原理圖計時器模塊的電路原理圖如圖2-1所示： 根據(jù)上圖，根據(jù)74153雙四選一

13、數(shù)據(jù)選擇器功能，數(shù)字開關(guān)A為0，B為0時選擇CLK1即1Hz輸入，A為1，B為0時選擇CLK2輸入。由此，可通過數(shù)字開關(guān)控制頻率的輸入。2.2 控制電路的電路原理圖控制電路的采用對每個狀態(tài)的有效信號（高電平）進(jìn)行或操作，使得最終每個燈的都可以實現(xiàn)各狀態(tài)獨自控制。其電路原理圖如圖2-3所示:圖2-3 控制電路的原理圖2.3 總設(shè)計原理圖總設(shè)計原理圖三、波形仿真圖3.1數(shù)字開關(guān)控制變頻及計數(shù)模塊的波形仿真圖CLK1輸入時波形仿真圖期CLK2輸入時波形仿真圖3.2 總體電路的波形仿真圖總體電路的波形仿真圖應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)電路的真值表，波形仿真圖如下所示CLK2輸入時波形圖如下CLK1輸入時波形圖如下四、

14、管腳鎖定及硬件連線4.1輸入信號的管腳鎖定及硬件連線4.2 輸出信號的管腳鎖定及硬件連線本設(shè)計為控制彩燈實現(xiàn)霓虹燈顯示，輸出信號共有19條，其硬件連線所示圖4-2 輸出信號硬件連線五、 心得體會就要結(jié)束這一周的課程設(shè)計了，可以說是度過了緊張又充實的四天。但看到自己努力完成的設(shè)計任務(wù)報告書，感到的是更多的快樂和自豪。這次課程設(shè)計，我所做的是利用兩組彩燈實現(xiàn)霓虹燈的多種方式的控制。通過這次課程設(shè)計，我的數(shù)電知識得到了很深的鞏固，激起了我對數(shù)字電子技術(shù)和可編程硬件的極大興趣和學(xué)習(xí)欲望。在設(shè)計的過程中得到了指導(dǎo)老師和同學(xué)的幫助和啟發(fā)，內(nèi)容由我自主設(shè)計完成，本次課設(shè)提高了我處理實際問題的能力，其中整體電

15、路的設(shè)計思想，自動變頻模塊的設(shè)計和控制電路的設(shè)計大大提高了我自主開發(fā)的信心和利用邏輯關(guān)系解決控制問題的能力。本次課設(shè)內(nèi)容是用“彩色信號指示燈組L9L26”中的L9L17，L18L26兩組分別顯示霓虹燈，并通過數(shù)字開關(guān)控制頻率輸入，每組以2種方式依次循環(huán)。最后在老師的啟發(fā)下，設(shè)計出了采用整體控制方式并在輸出端對個各狀態(tài)的有效信號實行“或”的邏輯操作的最終方案。最終方案可讀性極高，電路復(fù)雜度低同時又能十分完整的實現(xiàn)設(shè)計要求同時這次課設(shè)讓我熟練掌握了EDA設(shè)計軟件MAX+plus 2，認(rèn)識到了可編程硬件的強大功能，為我以后的學(xué)習(xí)指明了方向。參考文獻(xiàn)：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).閻石主編.高等教育出版社.EDA課程設(shè)計B指導(dǎo)書.