《電工電子綜合》課程設(shè)計說明書霓虹燈控制電路設(shè)計

1、課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目: 霓虹燈控制電路設(shè)計 初始條件：1 運用所學(xué)的模擬電路和數(shù)字電路等知識；2 用到的元件：實驗板、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):1 現(xiàn)有12只彩燈，紅綠藍(lán)紅綠藍(lán)紅綠藍(lán)紅綠藍(lán)排成一條直線，試設(shè)計一控制電路，要求彩燈能實現(xiàn)如下追逐圖案；2 紅綠2種燈從前往后驅(qū)動點亮閃爍，每05秒往前進(jìn)一步；3 藍(lán)燈從后往前驅(qū)動點亮閃爍，每05秒進(jìn)一步； 4 霓虹燈控制工作狀態(tài)按照上述2至3步自動重復(fù)循環(huán)，另外，還可以自行編制各種彩燈追逐圖案。5 嚴(yán)格按照課程設(shè)計說明書要求撰寫課程設(shè)計說明書。時間安排： 第1天 下

2、達(dá)課程設(shè)計任務(wù)書，根據(jù)任務(wù)書查找資料；第24天 進(jìn)行方案論證，軟件模擬仿真并確定設(shè)計方案； 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，檢查錯誤并提出問題；第911天 結(jié)果分析整理，撰寫課程設(shè)計報告，驗收調(diào)試結(jié)果；第1214天 補充完成課程設(shè)計報告和答辯。指導(dǎo)教師簽名： 2010年 6月26日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 2010年 6月26日目錄引言11設(shè)計意義及要求.21.1 設(shè)計意義.21.2 設(shè)計要求.21.3 初始條件.22方案設(shè)計.32.1 設(shè)計思路.32.2 設(shè)計方案.52.3 方案比較.63部分電路設(shè)計.73.1 脈沖輸出電路.73.2 jk觸發(fā)器.83.3

3、 4位雙向移位寄存器74ls194電路.93.4 邏輯門電路74ls08與74ls04.114調(diào)試與檢測125體會與總結(jié)13參考文獻(xiàn).15附錄本科生課程設(shè)計成績評定表.16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

4、以控制霓虹燈的花樣）。而聯(lián)系實際和運用所學(xué)的數(shù)字或模擬電子技術(shù)知識，學(xué)生可設(shè)計出各種霓虹燈控制電路。此次課程設(shè)計作為實踐教學(xué)的一個重要環(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，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。我小組將通過用555定時器構(gòu)成的0.5秒脈沖發(fā)生器，及移位寄存器74ls194與邏輯門74ls04、74ls08、jk觸發(fā)器級聯(lián)、計數(shù)器與譯碼器等多個元器件，經(jīng)計數(shù)、譯碼等多種方案來實現(xiàn)霓虹燈電路的控制。 以下將具體為有關(guān)jk觸發(fā)器級聯(lián)、移位寄存器74ls194與邏輯門74ls04、74ls08實現(xiàn)電路的兩種方案。1 設(shè)計意義及要求1.

5、1設(shè)計意義霓虹燈在生活中的發(fā)展和應(yīng)用非常迅速，而彩燈的種類繁多，變化多樣，因此設(shè)計彩燈控制電路有非常重大的實際意義。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習(xí)，目的在與讓學(xué)生綜合運用所學(xué)的知識，對各基本器件的運用更加熟練，也更好的鍛煉學(xué)生的設(shè)計思維和動手設(shè)計能力。同學(xué)通過此次的設(shè)計多個方案的設(shè)計，可以將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為實物，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，可以對設(shè)計的彩燈花樣更具有創(chuàng)新意識。1.2設(shè)計要求1)現(xiàn)有12只彩燈，紅綠藍(lán)紅綠藍(lán)紅綠藍(lán)紅綠藍(lán)排成一條直線，試設(shè)計一控制電路，要求彩燈能實現(xiàn)如下追逐圖案；2)紅綠2種燈從前往后驅(qū)動

6、點亮閃爍，每05秒往前進(jìn)一步；3)藍(lán)燈從后往前驅(qū)動點亮閃爍，每05秒進(jìn)一步； 4)霓虹燈控制工作狀態(tài)按照上述2至3步自動重復(fù)循環(huán)，另外，還可以自行編制各種彩燈追逐圖案。5)嚴(yán)格按照課程設(shè)計說明書要求撰寫課程設(shè)計說明書。1.3初始條件 1)運用所學(xué)的模擬電路和數(shù)字電路等相關(guān)知識； 2)電路中所用到的元件：實驗面包板、電源、連接導(dǎo)線、電阻、電容、發(fā)光二極管、74系列芯片(包括移位寄存器74ls194、非門74ls20等)、jk觸發(fā)器、555芯片等。2 方案設(shè)計2.1設(shè)計思路利用555定時器產(chǎn)生連續(xù)0.5秒的脈沖信號，該信號提供給jk觸發(fā)器，由4個jk觸發(fā)器級聯(lián)組成的電路可以使每組顏色相同的彩燈接收

7、從0000、1000、0100、0010、0001、0000、1000的往返重復(fù)信號而閃爍。第i(i=1、2、3、4)位是由第i個jk觸發(fā)器輸出的qn+1 ，將四位信號轉(zhuǎn)化成10進(jìn)制數(shù)，則實現(xiàn)的是由0842108的循環(huán)，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，從而得到相應(yīng)第i個jk觸發(fā)器的次態(tài)方程，根據(jù)狀態(tài)方程、輸出方程，再求解出邏輯方程的驅(qū)動方程。例如jk觸發(fā)器(1)的功能轉(zhuǎn)換圖： qn+1(1)qnqn+1000010001000010001000010jk觸發(fā)器（2）jk觸發(fā)器（1）jk觸發(fā)器（3）jk觸發(fā)器（4）qn(2)qn(3)qn(4)qn(1)0010000100010000other得：j(1)=

8、1234 k(1)=110000原理框圖：十二盞彩燈（4紅、4綠、4藍(lán)）qn(4) 555定時器構(gòu)成的頻率為2hz的多謝振蕩器qnqncp信號cp信號cp信號cp信號圖2-1利用jk觸發(fā)器實現(xiàn)的原理方框圖555定時器提供0.5秒的信號脈沖，由2片74 hc194實現(xiàn)信號的循環(huán)，2片74 hc194均用作右循環(huán)。74ls194的四個輸入端d3、d2、d1、d0分別接0、0、0、1信號。74ls194的(1)(2)的四個輸出端：q0接紅、綠2種不同顏色的燈組的第一個燈，q1接第二個燈，q2接第三個燈，q3接第四個燈。同時，74ls194(1)的輸出端還順序反著接藍(lán)色燈組。555定時器產(chǎn)生的連續(xù)脈沖

9、信號供給2個74ls194，構(gòu)成同步時序邏輯電路。這樣2個74 hc194芯片置數(shù)后第一個紅燈和第一個綠燈還有第四個藍(lán)燈亮，其它的燈暗。同時，555構(gòu)成的多諧振蕩器輸出的方波信號每到一個上升沿，2個74 hc194芯片就觸發(fā)一次，這樣2個74 hc194芯片的信號右移一次，由0、0、0、1變成0、0、1、0。十二盞燈也相應(yīng)的變化。紅綠燈由第一組亮變成第二組亮，藍(lán)燈由第四個亮變成第三個亮，這樣就實現(xiàn)了霓虹燈的流程變化。每到ne555構(gòu)成的多謝振蕩器輸出的方波信號到達(dá)一個上升沿，霓虹燈就變化一次。由以上構(gòu)思可以設(shè)計此霓虹燈流程電路。原理框圖：12色彩燈循環(huán)電路（3紅、3綠、3藍(lán)）555定時器構(gòu)成的

10、頻率為2hz的多謝振蕩器cp信號cp信號圖2-2利用移位寄存器實現(xiàn)的原理方框圖與高低電平開關(guān)與非反饋支路零清零清74ls194(1)74ls194(2)停暫路2.2設(shè)計方案在此霓虹燈控制電路中，共有2套方案。兩套方案的設(shè)計出來的結(jié)果基本一樣，都能達(dá)到設(shè)計要求。但是設(shè)計思路和設(shè)計原理不同。原理圖：圖2-3利用jk觸發(fā)器實現(xiàn)的電路圖由555定時器產(chǎn)生連續(xù)方波脈沖,再通過4個jk觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，利用輸出實現(xiàn)信號的循環(huán)移位，同時輸出的相應(yīng)信號分別加到對應(yīng)的彩燈上，彩燈循環(huán)流動。紅燈的第一個與藍(lán)燈最后一個連接，依次類推，也可分開做三個分電路實現(xiàn)。原理圖：圖2-4利用移位寄存器實現(xiàn)的電路圖由555定時器

11、產(chǎn)生連續(xù)方波脈沖,再通過2片74ls194芯片的移位寄存功能，實現(xiàn)信號的循環(huán)移位，同時輸出的相應(yīng)信號分別加到對應(yīng)的彩燈上。另外有與非門，當(dāng)各燈都為0時，電路置數(shù)，再移位，彩燈循環(huán)流動。拓展：en555的3號管腳（輸出信號）可以和一個高低可變電平連入與非門，與非門的輸出端作為三個74 hc194芯片的時鐘信號。這樣當(dāng)可變電平處于高電平時，電路正常循環(huán)流動；可變電平處于低電平時，電路暫停。2.方案比較相比較，方案二所用芯片數(shù)量少，成本低，單位電路考慮的應(yīng)用原理較簡單，單一，方便檢測與調(diào)試處理問題。3 部分電路設(shè)計3.脈沖輸出電路下圖是由555定時器構(gòu)成的0.5秒脈沖發(fā)生器，它可以產(chǎn)生2hz的矩形方

12、波+vccdisth co gnd tr out d 555 圖3-1555定時器構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器 圖3-2555定時器引腳圖 555定時器功能表： 表3-3 555定時器功能表輸入輸出閾值輸入（v11）觸發(fā)值（v12）復(fù)位（rd）輸出（vo）放電管t00導(dǎo)通(2/3)vcc(2/3)vcc(1/3)vcc10導(dǎo)通(1/3)vcc1不變不變555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器接通電源后，電容c1被充電，當(dāng)vc上升到2/3vcc時，觸發(fā)器被復(fù)位，同時發(fā)電bjt t導(dǎo)通，此時vo為低電壓，電容c1通過r2和t放電，使vc下降。當(dāng)vc下降到（1/3）vcc時，觸發(fā)器又被置位，vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器c1放

13、電所需的時間為： tpl=r2c1ln2 【可近似看成tpl=0.7r2c1】當(dāng)c1放電結(jié)束時，t截止，vcc將通過r1、r2向電容器c1充電，vc由（1/3）vcc上升到（2/3）vcc所需的時間為： tph=(r1+r2)c1ln2 【可近似看成tph=0.7(r1+r2)c1】而當(dāng)vc上升到（2/3）vcc時，觸發(fā)器又周而復(fù)始，輸出一個周期性的頻率為f=1/( tpl +tph) 【近似看成f=1.43/(r1+2r2)c1】的方波。3.jk觸發(fā)器1）內(nèi)部電路原理及符號：2）jk觸發(fā)器功能表：圖3-5jk觸發(fā)器內(nèi)部原理圖及其符號表3-6jk觸發(fā)器功能表圖3-4jk觸發(fā)器級聯(lián)電路圖jkq

14、nsrq n+1邏輯功能00000q n保持100010000置0101100101置110011010 狀態(tài)翻轉(zhuǎn)1013） 特性方程：qn+1= j+ qn電路中驅(qū)動方程：k1=k2=k3=k3=1j1=1234 j2=q1 j3=q2 j4= q3. 4位雙向移位寄存器74ls19474ls194組成的信號右移電路：圖3-7利用555及電阻電容等元器件組成的2hz秒沖發(fā)生器當(dāng)sw1接高電平時，74 hc194置數(shù)，d1燈亮；當(dāng)sw1接地時，74 hc194在時鐘上升沿觸發(fā)，開始右移循環(huán)。移位寄存器有存儲代碼，和移位的功能，即存儲的代碼能在移位脈沖的作用下，依次左移或右移。74ls194具有

15、并行輸入，并行輸出、左移和右移的功能。74ls194移位寄存器外引線排列圖和功能表：功能輸入輸出clrs1s0cpsrsld0d1d2d3q0n+1q1n+1q2n+1q3n+1清除00000保持10保持100置數(shù)111d0d1d2d3d1d2d3d4右移10111q0q1q200q0q1q2左移1101q1q2q310q1q2q30vccqaqb qc qdclks1 s074ls194clrsra b cd sl gnd12354678圖3-8移位寄存器74ls194的引腳圖161514131211109表3-9移位寄存器74ls194的功能表3.4邏輯門電路74ls08與74ls04當(dāng)輸

16、出由0000經(jīng)1000、0100、0010、0001后回到0000循環(huán)，是由四輸入或非門實現(xiàn)的s1=s0=1(置數(shù))，即s1=，由于常見邏輯門的選用，則改成了s1=( ) ( )，由非門74ls04與2輸入與門74ls08聯(lián)合組成。1）2與門74ls08引腳圖： 4）6非門74ls04管腳圖:131412111098891011121314 vcc b4 a4 y4 b3 a3 y374ls08a1 b1 y1 a2 b2 y2 gndvcc a1 1 b1 1 c1 174ls04 d1 1 e1 1 f1 1 gnd 21345675432176圖3-11 邏輯非門74ls04的引腳圖圖3

17、-10邏輯與門74ls08引腳圖 2）74ls08功能圖： 5)74ls04功能表：表3-13邏輯非門的功能表輸入輸出a0110表3-12邏輯與門74ls08的功能表輸入輸出 000010100111 3）74ls08表達(dá)式：y=ab 6)74ls04表達(dá)式：y=4 調(diào)試與檢測通過proteus仿真軟件進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案中發(fā)現(xiàn)的一些問題：（1） 最先開始由于d觸發(fā)器的狀態(tài)方程：qn+1=d，比較簡單，所以開始的時候是選用4個d觸發(fā)器級聯(lián)的，可是在proteus的仿真過程中，r、s兩端的連接高電平時，電路連接后，仿真時彩燈的花樣并不是設(shè)計要求的那樣。最后換4個jk觸發(fā)器級聯(lián)重新接線，彩燈的花

18、樣能夠正常顯示。（2） 由于led的紅、綠、藍(lán)三種顏色的彩燈正向電壓降不同、電流不同，致使如果想只用一組單電路（紅色第i個與綠色第i個、藍(lán)色第4-i個相并連）實現(xiàn)的話，需要在各支路上串聯(lián)相應(yīng)阻值的電阻，因為如果用一組的話，會使得綠色led不亮，紅色的正常發(fā)光，藍(lán)色的略微有些暗。所以出于實現(xiàn)實踐要求和節(jié)省芯片的元件的目的，所以設(shè)計的電路都是紅色與藍(lán)色相并連在一組電路支路，而綠色單獨設(shè)一組電路支路實現(xiàn)。（3） 555定時器為達(dá)成輸出是2hz的0.5秒矩形脈沖方波，它的原理知f=1.43/(r1+2r2)c1，所以滿足該方程式的r1、r2、c1的阻值有很多的組合。而在實際搭連電路中由于考慮的實際中常

19、用的元件與成本等等，所以實際搭連電路中選用的是c1=100uf，r1=5.1k，r2=1k。（4） 通過proteus仿真軟件進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)方案二的彩燈需要循環(huán)的條件是與邏輯門連接，可以通過彩燈亮與不亮的情況，找出所需要的邏輯門是哪一種，從而實現(xiàn)彩燈的追逐花樣。（5） 在proteus仿真軟件中，有很多的相似的元件在庫里，在型號名字上也有相似的地方，例如譯碼器74ls138與74als138，而在設(shè)計電路插入有的類似的元件時，最后可能不能經(jīng)仿真處理，因為有的元件是可以從庫里調(diào)出來的，但是它不能用于仿真，所以在出現(xiàn)相應(yīng)的錯誤信息時，應(yīng)調(diào)整相應(yīng)所需的元件。（6） 原實驗原理圖是選用的4輸入或非門，

20、但是由于實際元件是將等式拆分為非與式。用的是74ls04與74ls08。5 體會和總結(jié)在為期兩個星期的電工電子綜合課程設(shè)計，從選課題到組隊，再到查資料，學(xué)軟件做仿真，搭連電路，做檢測、調(diào)試并修改，從中收獲了很多，不光是理論的知識的強化，還有實踐動手的鍛煉，以及對這種以前沒有嘗試過的課程設(shè)計的流程的熟悉。在知識方面，不僅回顧了這個學(xué)期學(xué)過的數(shù)字電路基礎(chǔ)里的理論知識，也對相關(guān)的知識做了補充與深入，例如我們小組所選的課題霓虹燈控制電路設(shè)計，我們小組就它采用了5種不同的方法實現(xiàn)，不光是元件上，在原理上也熟悉運用了。此外，設(shè)計還要求對proteus仿真軟件的學(xué)習(xí)。于是我們由開始的一竅不通到現(xiàn)在的有所了解

21、，其實在proteus之前，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過了protell99與電氣cad，以及數(shù)電理論與實驗時所用的ewb，它們在一定的程度上有相似之處。通過這段時間的接觸，發(fā)覺proteus軟件還是比較好用的。這次的課程設(shè)計，讓我對數(shù)字電路這一科有了更深入更詳細(xì)的了解。發(fā)現(xiàn)，只有理論上的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，它需要更多的搭建實物或是軟件仿真，因為往往理論運用在實際中的實現(xiàn)是存在很多的問題及誤差的。在連接實物圖時，先以為只要我們按照經(jīng)仿真過的設(shè)計原理圖一次性的把線和芯片以及其它元器件連接好，就可以實現(xiàn)課程設(shè)計的設(shè)計要求。但事實上是，實物中需要考慮的因素很多：連接前導(dǎo)線、芯片是否能夠正常工作；面包板上錯綜的導(dǎo)線的

22、布局影響著后期的檢查的難易；面包板有些插口的好壞；導(dǎo)線與插孔的接觸是否良好等等，這些都可能造成電路目的：不論是彩燈的亮不亮還是它們的順序循環(huán)，都無法實現(xiàn)，這與我們的數(shù)電設(shè)計實驗類似，接線的復(fù)雜等原因，使得我們在檢測和調(diào)試方面有著更多的工作，所以考察也鍛煉了我們的耐心和故障排查能力。除了理論上的學(xué)習(xí)，即使是在設(shè)計好，實物搭建好后的課設(shè)計報告的撰寫上，也得到了相關(guān)的收獲。寫了較長時間的電子版報告，對word文檔的編輯、排版等等方面的運用，更加熟練了?？梢蕴幚砗芏嘁郧白约涸谶@方面不知道的，符號的相關(guān)標(biāo)識，包括加上劃線及特殊符號；插頁；邊框與底紋；特別是表格的繪制，因為報告中涉及很多元件的真值表等。總

23、之，這次課程設(shè)計中鞏固了在課本上學(xué)的理論知識，更是學(xué)到了做一個設(shè)計的流程，在這個過程中需要去圖書館、上網(wǎng)查找相關(guān)的數(shù)據(jù)資料，篩選實現(xiàn)功能的元器件，另外還要查找這些芯片，例如以上兩個方案中的74ls194、74ls20、555等芯片的引腳圖，功能表等，因為這樣才能正確的連接從而保證仿真的正確，實物搭建的成功。這也就通過很過細(xì)節(jié)表現(xiàn)了在做實驗設(shè)計時的心態(tài)一定要是無論實驗的難易都細(xì)心，同時還要有耐心的。另外，還很重要的是團(tuán)隊合作。這個課程設(shè)計不是一個人的任務(wù)，而是整個團(tuán)隊共同智慧的結(jié)晶。一起工作的經(jīng)歷讓我體會到團(tuán)隊合作的可貴，我們在一起相互幫助，分工協(xié)作，在學(xué)習(xí)的同時，更加深了我們之間的感情。團(tuán)隊需

24、要個人，個人也離不開團(tuán)隊，我們必須發(fā)揚團(tuán)隊合作的精神，使整個設(shè)計過程能順利進(jìn)行。參考文獻(xiàn)1 伍時和主編，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，清華大學(xué)出版社，20092 祁存榮，電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗（數(shù)字電子技術(shù)部分），武漢理工大學(xué)教材中心，2008,23 陳振宮主編，美化生活 電路制作速成，國防工業(yè)出版社，20064 孫余凱主編，數(shù)字集成電路實用技術(shù)，電子工業(yè)出版社，2010本科生課程設(shè)計成績評定表姓 名陳智性 別女專業(yè)、班級自動化學(xué)院自動化專業(yè)課程設(shè)計題目：課程設(shè)計答辯或質(zhì)疑記錄：成績評定依據(jù)：設(shè)計方案與內(nèi)容（30分）制作與調(diào)試（20分）說明書內(nèi)容與規(guī)范程度（30分）答 辯（10分）學(xué)習(xí)態(tài)度與考勤（10分）總 分

25、（100分）最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導(dǎo)教師簽字： 2010年 7月 12日ut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3ce7moo2tlf0jf1gk74iuxybmtivr97ckrfvqult5fn2t6mpjr6rbzvpsortzvij5nb5ndvvsr4iwr1twlfkglspzuhrjq3cmzu98euouijdlszqpmvrw9zkupxf8wfug9l2g9277g2rt

26、ipa1ypczeuqxpkbhtvdcooqozxuz3vjrzmocijym62zchmeootyes8ebmm932tbz2yo09rtszeys8zrd2yktj8l6jeazvajnfbtrylvsm6ofbftoxvrffn7owiygjlamkunxjybz5rrb7r4vsur9zpfzfmfsjhcfca37lnw2vvlrkn7r8psz1bn6oric5hu5z6hcxayqynpog8duybawqsl20csg06dh2sm8hltgpkicskrgopdpuhbj1lmpk7lydvc6nnmwl3fwhzftfvyaary7lhssxj10v3ph3y19bxyr

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