《電工電子綜合》課程設(shè)計說明書三種圖案霓虹燈控制器設(shè)計

1、武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計說明書學(xué)學(xué) 號：號： 課課 程程 設(shè)設(shè) 計計題題 目目三種圖案霓虹燈控制器設(shè)計三種圖案霓虹燈控制器設(shè)計 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日武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計說明書課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計任務(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)計三種圖案霓虹燈控制器設(shè)計 初始條件：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、5

2、55 芯片等。要求完成的主要任務(wù)要求完成的主要任務(wù): :1 現(xiàn)有 4 只彩燈，紅綠藍(lán)黃，試設(shè)計控制器，要求彩燈能實現(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 暗點循環(huán) 01111011110111100111這樣重復(fù)循環(huán) 3 次。4 逐個點亮，逐個熄滅，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)。時間間隔為 1 秒。6 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：時間安排： 第 1 天 下達(dá)課程設(shè)計任務(wù)書，根據(jù)任

3、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(bǔ)充完成課程設(shè)計報告和答辯。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 日日武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計說明書第- - 1 - -頁目錄目錄引言引言.- 1 -1 設(shè)計意義及要求設(shè)計意義及要求.- 2 -1.1

4、 設(shè)計意義.- 2 -1.2 設(shè)計要求.- 2 -2 方案設(shè)計方案設(shè)計.- 3 -2.1 設(shè)計思路.- 3 -2.2 設(shè)計方案.- 4 -2.3 方案比較.- 5 -3 部分電路設(shè)計部分電路設(shè)計.- 6 -3.1 計數(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)計成績評定表本科生課程設(shè)計成績評定表.- 13 -武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計說明書第- - 1 - -頁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

5、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(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。武漢理工大學(xué)電工

6、電子綜合課程設(shè)計說明書第- - 2 - -頁1 設(shè)計意義及要求設(shè)計意義及要求1.1 設(shè)計意義設(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)計要求設(shè)計要求初始條件：初始條件：1 運用所

7、學(xué)的模擬電路和數(shù)字電路等知識；2 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)要求完成的主要任務(wù): :14 只彩燈，紅綠藍(lán)黃，試設(shè)計控制器，要求彩燈能實現(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暗點循環(huán) 01111011110111100111這樣重復(fù)循環(huán) 3 次。4逐個點亮，逐個熄滅，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)。時間間隔為 1 秒。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

8、。武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計說明書第- - 3 - -頁2 方案設(shè)計方案設(shè)計2.1 設(shè)計思路設(shè)計思路 四盞燈，每盞燈每次只要兩種狀態(tài)，亮或滅，三種花樣一共 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，通過兩片計數(shù)器74160 控制這三個譯碼器，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 利用譯碼器實現(xiàn)的原理：小燈的三種花樣可以分別通過三個計數(shù)器實現(xiàn)，完成第一種花樣需要十

9、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)也可以通過計數(shù)器來控制。四盞燈（紅；綠；藍(lán)；黃）數(shù)據(jù)選擇器計數(shù)器計數(shù)器數(shù)據(jù)選擇器武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計說明書第- - 4 - -頁 2.2 設(shè)計方案設(shè)計方案原理圖：a23b22c21d20e118e219011223344556677889910101111131214131514161517u174hc154a23b22c21d20e118e219011223344556677889910101111131214131514161517u374hc154a23b22c21d20e118e21

10、9011223344556677889910101111131214131514161517u474hc154d2led-greend4led-yellowd3led-blued1led-red1u5nand_12u6nand_12u7nand_12u8nand_12u9nand_12u10nand_12u11nand_12u12nand_12d03q014d14q113d25q212d36q311rco15enp7ent10clk2load9mr1u274160d03q014d14q113d25q212d36q311rco15enp7ent10clk2load9mr1/p>

11、31u16:a7402564u16:b74028910u16:c7402111213u16:d740234u13:b740456u13:c74041312u13:d74041110u13:e7404112u13:a740498u13:f7404圖 2-3 利用譯碼器實現(xiàn)的電路圖 把三種花樣的每一個狀態(tài)都與譯碼器的輸出端依次對應(yīng)，利用計數(shù)器的計數(shù)功能將每個狀態(tài)依次輸出，再通過與非門將輸出低電平變?yōu)楦唠娖剑艟湍馨凑找蟮幕右来瘟疗饋?。武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計說明書第- - 5 - -頁原理圖：d03d14d25d36sr2sl7clk11s09s110mr1q015q114q213q

12、312u1741941012u2:a7407d015q03d11q12d210q26d39q37up5tcu12dn4tcd13pl11mr14u374192134u2:b740712u5:a7404d03d14d25d36sr2sl7clk11s09s110mr1q015q114q213q312u27419401d015q03d11q12d210q26d39q37up5tcu12dn4tcd13pl11mr14u47419212u3:a7407134u3:b740756u6:c7404d1led-redd2led-greend3led-blued4led-yellowd015q03d11q1

13、2d210q26d39q37up5tcu12dn4tcd13pl11mr14u674192d03d14d25d36sr2sl7clk11s09s110mr1q015q114q213q312u57419412u12:a7404123u8:a740812u9:a740712u10:a7404121312u7:a74273456u7:b7427910118u7:c7427121312u11:a742734u10:b740456u10:c74041312u10:d74041110u10:e74049108u8:c74080121311u8:d74080r4dc7q3gnd1vcc8tr2th6cv5u

14、13555+15vc21ufr15.7k98u10:f7404r224.3kc11000uf2.3 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，適合做成實物。武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計說明書第- - 6 - -頁3 部分電路設(shè)計部分電路設(shè)計 3.1 計數(shù)器計數(shù)器1d03q014d14q113d25q212d36q311rco15enp7ent10clk2load9mr1u274160d03q014d14q113d25q212d36q311rco15enp7ent10clk2

15、load9mr1u15741610左邊計數(shù)器的 q1q2q3q4 端分別與三個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鐘信號，使右邊的計數(shù)器每隔 16 秒計數(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)過一個非門與第二個譯碼器的 e1 端相連，q2 經(jīng)過一個非門與第三個譯碼器的 e2 端相連，以此來控制三個數(shù)據(jù)選擇的工作順序。管腳圖：武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計說明書第- - 7 - -頁功能表武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計說明書第- - 8 - -頁3.2 譯碼器譯碼器a23b22c21d20e118e219

16、011223344556677889910101111131214131514161517u174hc154a23b22c21d20e118e219011223344556677889910101111131214131514161517u374hc154a23b22c21d20e118e219011223344556677889910101111131214131514161517u474hc15412u13:a740498u13:f7404引腳圖：真值表：武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計說明書第- - 9 - -頁當(dāng)四十種狀態(tài)全部完成時，將下一個輸出端與計數(shù)器的清零端相連，使其重新開始循環(huán)

17、。武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計說明書第- - 10 - -頁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，發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案中發(fā)現(xiàn)的一些問題：（1）開始選用的計數(shù)器是 74ls192，但在仿真時發(fā)現(xiàn)由于某種原因 192 只能進(jìn)行十進(jìn)制計數(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)制計數(shù)。（2）花樣循環(huán)時，每到第 16 種花樣就會發(fā)生錯誤，經(jīng)過認(rèn)真觀察循環(huán)過程發(fā)現(xiàn)，當(dāng)右邊計數(shù)器計數(shù)到 1111 時，其進(jìn)位端同時由 0 變?yōu)?1，給左邊計數(shù)器一個上升沿信號，q0 由 0 變?yōu)?1，再經(jīng)過一個非門使其 e1 端使能，此時第二個譯碼器開始工作，計數(shù)器的 1

18、111 信號實際上是輸入到第二個譯碼器，所以第 16 個狀態(tài)應(yīng)該接到第二個譯碼器的 y16 端，經(jīng)過調(diào)整后，能按照要求花樣進(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，必須要用與非門和非門同時使用來代替或門，增加的原理圖的復(fù)雜程度。武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計說明書第- - 11 - -頁5 體會與總結(jié)體會與總結(jié)剛拿到題目時，感覺題目很簡單，三個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

19、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，電路在仿真時會出現(xiàn)多種不穩(wěn)定情況，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，在思考新方法的時候，必須不斷地看課本，看實驗指導(dǎo)書，在這個過程中，無疑會使自己對數(shù)電的知識掌握的更加牢固，因為如果對各種芯片的功能和使用不熟悉，很難完成課程設(shè)計。由于是第一次使用 protues 仿真

20、，過程中會不時的出現(xiàn)各種問題，眼看別的小組幾個方案都成功了，心里很著急，曾幾次想過放棄，但最終堅持下來，并且成功完成課程設(shè)計?？粗约核膫€彩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)隊合作的重要性。有了同伴的鼓勵與幫助，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

21、protues。而在撰寫課程設(shè)計說明書時發(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，自己無論是在專業(yè)知識方面課外知識方面還是團(tuán)隊合作方面都有了很大的收獲。武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計說明書第- - 12 - -頁參考文獻(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，2006.12 郭少勇.實驗電子技術(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.電子線路實戰(zhàn),科學(xué)

22、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，2001.17 祁存榮，陳偉.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗（數(shù)字部分） 武漢理工大學(xué)教材中心8 鄧勇.數(shù)字電路設(shè)計完全手冊.北京： 國防工業(yè)出版社。9 梁宗善.新型集成電路的應(yīng)用-電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計，華中理工大學(xué)出版社，2007.1210 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,200011 蘇玉剛，陳渝光.電力電子技術(shù).重慶:重慶大學(xué)出版社,2003.412 張葛祥.matlab 仿真技術(shù)與應(yīng)用.北京:清華大學(xué)大學(xué)出版社,200313 高吉祥. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計. 電子工業(yè)出版社，200214 王興亮主編.現(xiàn)代

23、音響和調(diào)音技術(shù).西安電子科技大學(xué)出版，200615 包亞萍主編.數(shù)字邏輯設(shè)計與數(shù)字電路實驗技術(shù).中國水利出版社，200316 朱寶華主編.電子測試與實驗.清華大學(xué)出版社，2004.417 陳永甫主編.數(shù)字電路基礎(chǔ)及快速識圖.人民郵電出版社，2006.518 周惠朝.常用電子元件及典型應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，200519 劉修文主編.實用電子電路設(shè)計制作 300 例.中國電力出版社，2005武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計說明書第- - 13 - -頁本科生課程設(shè)計成績評定表本科生課程設(shè)計成績評定表姓姓 名名李靜李靜性性 別別女女專業(yè)、班級專業(yè)、班級自動化學(xué)院自動化自動化學(xué)院自動化 0904課程設(shè)

24、計題目：課程設(shè)計題目：課程設(shè)計答辯或質(zhì)疑記錄：課程設(shè)計答辯或質(zhì)疑記錄：成績評定依據(jù)：成績評定依據(jù)：設(shè)計方案設(shè)計方案與內(nèi)容與內(nèi)容（30 分）分）制作與調(diào)試制作與調(diào)試（20 分）分）說明書內(nèi)容說明書內(nèi)容與規(guī)范程度與規(guī)范程度（30 分）分）答答 辯辯（10 分）分）學(xué)習(xí)態(tài)度學(xué)習(xí)態(tài)度與考勤與考勤（10 分）分）總總 分分（100 分）分）最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）武漢理工大學(xué)電工電子綜合課程設(shè)計說明書第- - 14 - -頁指導(dǎo)教師簽字：指導(dǎo)教師簽字： 2011 年 7 月 12 日ut2apodfxxc02gybkskcww97mrq

25、qwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3ce7moo2tlf0jf1gk74iuxybmtivr97ckrfvqult5fn2t6mpjr6rbzvpsortzvij5nb5ndvvsr4iwr1twlfkglspzuhrjq3cmzu98euouijdlszqpmvrw9zkupxf8wfug9l2g9277g2rtipa1ypczeuqxpkbhtvdcooqozxuz3vjrzmocijym62zchmeootyes8ebmm932tbz2yo09rtszeys

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