數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計霓虹燈控制電路設(shè)計

1、武漢理工大學(xué)課程設(shè)計說明書學(xué) 號： 0120911360224課 程 設(shè) 計題 目霓虹燈控制電路設(shè)計 學(xué) 院自動化學(xué)院專 業(yè)自動化班 級自動化0902姓 名指導(dǎo)教師2011年7月4日課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 自動化0902 指導(dǎo)教師： 工作單位： 自動化學(xué)院 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，紅綠藍紅綠藍紅綠藍紅綠藍排成一條直線，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秒往前進一步；

2、3.藍燈從后往前驅(qū)動點亮閃爍，每05秒進一步； 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 下達課程設(shè)計任務(wù)書，根據(jù)任務(wù)書查找資料；第24天 進行方案論證，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： 2011年 6月26日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 2011年 6月26日目 錄引言1設(shè)計意義及要求.

3、5 1.1設(shè)計意義.5 1.2設(shè)計要求.52方案設(shè)計.62.1設(shè)計思路.62.2方案設(shè)計.6 2.2.1方案設(shè)計一.62.2.2方案設(shè)計二.72.2.3方案比較.73部分電路設(shè)計.8 3.1 555構(gòu)成的脈沖發(fā)生器介紹.83.1.1 555定時器構(gòu)成的脈沖發(fā)生器電路及工作波形.8 3.2 ct74ls194引腳圖及功能介紹.94 調(diào)試與檢測.11 4.1調(diào)試中故障及解決辦法.11結(jié)束語.12參考文獻.13本科生課程設(shè)計成績評定表.14引言 課程設(shè)計作為實踐教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，對提高學(xué)生的創(chuàng)新能力有著重要的作用，通過這次課程設(shè)計，學(xué)生不僅能加強對理論知識的理解，而且提高了學(xué)生的動手能力，除此之外

4、，還提高了學(xué)生解決問題的能力。 隨著社會的不斷發(fā)展，廣告的地位和影響日益增大，尤其是當(dāng)今的經(jīng)濟時代，很多的商品都是依靠廣告來引導(dǎo)主流消費。因此，廣告作為一種很重要的媒介，已經(jīng)成為了社會宣傳的主導(dǎo)方式，由于其多樣性決定了其巨大的開發(fā)空間。 霓虹燈作為當(dāng)今大城市夜生活的標(biāo)志，作為廣告彩燈的基礎(chǔ)，在生活中發(fā)揮了不可替代的作用。剛剛學(xué)完的數(shù)電知識，正好通過這次課設(shè)，進一步鞏固了理論知識，鍛煉了自己分析與解決問題的能力。 此次設(shè)計我用到了555定時器構(gòu)成的脈沖發(fā)生器，ct74ls194及相應(yīng)顏色的發(fā)光二極管，雖然結(jié)構(gòu)比較簡單，但是設(shè)計出來的效果完全滿足設(shè)計要求，電路精簡，連線好操作，符合電路設(shè)計要求。在

5、設(shè)計中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，不過通過自己和同學(xué)的討論最終將問題解決了。我想在實際實踐中的感受才是本次課程設(shè)計目的和意義的所在吧。 1 設(shè)計意義及要求1.1設(shè)計意義 在當(dāng)今日益發(fā)展的社會，霓虹燈已經(jīng)成為社會生活主旋律的一部分了，在大都市，每個夜晚，燈火絢爛，人們在享受豐富生活的同時無不感慨科技的發(fā)達。霓虹燈，給我們的不僅是生活上的照明與時尚，更是現(xiàn)代社會發(fā)展程度的一個標(biāo)志。 本次設(shè)計的霓虹燈的意義，一方面讓我們感受了當(dāng)代社會的發(fā)達，認(rèn)識到科技的力量，更重要的是讓我們學(xué)會了運用實際知識解決問題的方法，培養(yǎng)了自己的動手能力。在實踐中成長，在實踐中得到鍛煉，在實踐中認(rèn)識到科學(xué)。1.2設(shè)計要求運用所學(xué)的模擬

6、電路和數(shù)字電路等知識，設(shè)計一種霓虹燈。霓虹燈的要求是：1.現(xiàn)有12只彩燈，紅綠藍紅綠藍紅綠藍紅綠藍排成一條直線，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秒往前進一步；3.藍燈從后往前驅(qū)動點亮閃爍，每05秒進一步； 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。2方案設(shè)計2.1設(shè)計思路：1、 霓虹燈3種顏色的燈都需要產(chǎn)生0.5秒的變化跳動，所以必須給電器元件2赫茲的脈沖信號?？紤]到這點，首先很簡單想到555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，因為多諧振蕩器可以根據(jù)調(diào)節(jié)

7、電阻與電容值產(chǎn)生不同的輸出脈沖信號，使用方便，易于設(shè)計。2、觀察設(shè)計要求可發(fā)現(xiàn)紅綠燈從前至后0.5秒有規(guī)律跳動，藍燈從后至前0.5秒跳動，三種燈變化頻率相同，閃亮的時刻也相同。所以可以考慮設(shè)計一個循環(huán)四進制輸出信號，輸出端與發(fā)光二極管相連，這樣既滿足題意，設(shè)計又簡單。2.2方案設(shè)計 2.2.1方案設(shè)計一電路設(shè)計圖：圖2-1上圖左邊是用555設(shè)計的脈沖振蕩器，產(chǎn)生2赫茲的脈沖信號輸入ct74ls194中，然后通過74ls194輸出四進制循環(huán)信號。輸出端分別與四組紅綠藍發(fā)光二極管按照規(guī)律連接，這樣就能產(chǎn)生循環(huán)發(fā)光的霓虹燈。2.2.2方案設(shè)計二電路設(shè)計圖：圖2-2上圖所用的寄存器芯片為ct74sl1

8、99，是八進制輸出的，間隔的挑選出奇數(shù)或者偶數(shù)輸出端連接發(fā)光二極管，將多諧振蕩器的輸入脈沖改為4赫茲，這樣才能保證彩燈跳躍的時間間隔為0.5秒。2.2.3方案比較方案一采用四進制輸出，每個輸出端接紅綠藍一組彩燈，而方案二采用八進制輸出，只有四個輸出端連接彩燈，多余的輸出端浪費掉了。在相同的電壓下，ct74sl199的功耗高于ct74ls194。 3部分電路設(shè)計3.1 555構(gòu)成的脈沖發(fā)生器介紹555定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器。因此集成555定

9、時被廣泛應(yīng)用于波形的產(chǎn)生與變換，測量控制當(dāng)中。多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換，故又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路。由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖1所示，r1，r2和c是外接定時元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳） 和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到r2和c的連接處，將放電端（7腳）接到r1，r2的連接處。由于接通電源瞬間，電容c來不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于（1/3）vcc，故高電平觸發(fā) 端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，

10、放電管vt截止。這時，電源經(jīng)r1，r2對電容c充電，使 電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)uc上升到（2/3）vcc時，輸出uo為低電平，放電管vt導(dǎo)通，把uc從（1/3）vcc 上升到（2/3）vcc這段時間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間tph的長短與電容的充電時間有關(guān) 。充電時間常數(shù)t充=（r1r2）c。不難理解，接通電源后，電 路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/32/3）vcc 之間變化。圖1（b）所示為工作波形。3.1.1 555定時器構(gòu)成的脈沖發(fā)生器電路及工作波形 圖3-1 圖3-2 以圖3-1 3-2為例t1=0.7(r1+r2)c

11、0t2=0.7r2c0f=1.43/(r1+2r2)c0依據(jù)上述公式可設(shè)出 r1=r2=10k c0=24uf3.2 ct74ls194引腳圖及功能介紹 具有移位功能的寄存器成為移位寄存器。一位功能是指寄存器中所存代碼能夠在一位脈沖的作用下一次進行左移或者右移。只需要改變左、右移位的控制信號便可實現(xiàn)左移位或者右移位要求的移位寄存器稱為雙向寄存器。 ct74ls194是一種功能比較齊全的雙向移位寄存器。它具有清除、保持、并行輸入、右移位串行輸入和左移位串行輸入數(shù)據(jù)等五種功能。其引腳圖與功能表如下圖：引腳圖：圖3-3功能表：圖3-4本次設(shè)計所用的為循環(huán)右移功能。當(dāng)m1=0 m0=1 dsr與q3相

12、連，置入一個初始數(shù)據(jù)1000，在連續(xù)加4次脈沖，194芯片就可以實現(xiàn)循環(huán)右移。根據(jù)方案一電路圖知，ct74ls194芯片得到了2赫茲脈沖，通過ct74ls194產(chǎn)生了循環(huán)四進制輸出信號，使得二極管可以循環(huán)發(fā)光。4 調(diào)試與檢測4.1調(diào)試中故障及解決辦法調(diào)試中遇到了兩個問題。第一次發(fā)現(xiàn)多諧振蕩器設(shè)計正確，連線也正確，但是在proteus上面無法產(chǎn)生脈沖信號。檢驗了好幾遍不知道什么問題，后來經(jīng)過和小組其他成員的討論，猜想是由于接地，電源這兩種畫圖沒有統(tǒng)一標(biāo)注，畫的比較隨便。經(jīng)過同意與調(diào)試之后，終于成功的將多諧振蕩器調(diào)整好了。第二次在振蕩器調(diào)整好之后，ct74ls194接受的輸入脈沖信號正確，右循環(huán)連

13、接線路也好正確?？墒蔷褪窃谘h(huán)一次之停止循環(huán)了。在q3輸出端顯示高阻態(tài)。檢查了好幾次連線，好幾次元器件畫的問題，還是沒有檢查到正確原因。最后猜想可能是當(dāng)時沒有在發(fā)光二極管之后沒有接電阻，導(dǎo)致電路中電流過大使得q3端顯示高阻態(tài)，無法將信號反饋到d0端，這樣就產(chǎn)生不了循環(huán)了。經(jīng)過檢驗，在我在末端接了一個300歐姆的電阻時，立馬電路開始循了。4.2調(diào)試與運行結(jié)果 先將開關(guān)接到左邊賦初值，此時第一組紅綠燈亮，第四組藍燈亮。接著將開關(guān)接至右邊，四組彩燈發(fā)生循環(huán)變化，設(shè)計成功。結(jié)束語 課程設(shè)計的塵囂漸漸遠去，懷著些許不舍，懷著對當(dāng)初課程設(shè)計開始時候的豪情萬丈的決心的留戀，懷著通過這次課程設(shè)計積累的信心與斗

14、志，我開始寫下了這份結(jié)束語，為自己的足跡留下哪怕是微不足道但是對自己彌足珍貴的痕跡并期望與大家共勉。 第一次進行的課程設(shè)計給我留下了太多記憶深刻的東西，學(xué)到了很多課本上學(xué)不到的知識。 首先，我能夠運用數(shù)字電路，模擬電路等學(xué)科所學(xué)的知識，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，圖書館搜集到的各種各樣的材料，進行分析，比較，取舍，對整體電路的各部分功能有了一個深入的了解。了解了555定時器以及相關(guān)芯片的作用。另外通過自己的親手調(diào)試仿真，我學(xué)會了運用proteus軟件。 其次，這次課程設(shè)計使我有了一次通過理論聯(lián)系實際，來解決實際問題的經(jīng)歷，它培養(yǎng)了自己分析問題，解決問題的能力，以及上網(wǎng)檢索信息的能力。其實學(xué)到的知識其實是次要的

15、，重要的是我們探索知識的過程，這個過程便是一個人自主學(xué)習(xí)能力的體現(xiàn)，它將影響著我今后的發(fā)展。 最后，這次的課程設(shè)計也激發(fā)了我對電子設(shè)計的興趣。曾經(jīng)我對我們自動化專業(yè)是一片迷茫，但是通過這次課程設(shè)計，我似乎了解了一些自動化專業(yè)的未來的發(fā)展方向。這種感悟，這種興趣的來源只靠平時上課老師的說教是肯定不可能領(lǐng)悟到的。作為初學(xué)者，我們設(shè)計的東西固然簡單，但是當(dāng)我們設(shè)計出來病仿真成功，一種自豪感油然而生，因為我們努力了，我們通過自己設(shè)計的小作品感受到成功的喜悅，并因此激發(fā)起了對電子設(shè)計的興趣，這也許就足夠了。我想，我們未來的路還很長，帶著這份興趣及求知欲望，未來的成功就不會遙遠。參考文獻1數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)

16、.清華大學(xué)出版社2武漢理工大學(xué)數(shù)字電路實驗報告冊3鐘誼.電子線路實戰(zhàn).科學(xué)出版社4 何緒芃，曾發(fā)柞.脈沖與數(shù)字電路 .電子科技大學(xué)出版社5 鄧勇.數(shù)字電路設(shè)計完全手冊. 國防工業(yè)出版社6 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)本科生課程設(shè)計成績評定表姓 名張?zhí)匦?別男專業(yè)、班級自動化學(xué)院自動化0902班課程設(shè)計題目： 霓虹燈控制電路設(shè)計 課程設(shè)計答辯或質(zhì)疑記錄： 1、仿真時為什么二極管后面沒加電阻時會出現(xiàn)不能正常循環(huán)的狀態(tài)？ 答：二極管后面沒有接保護電阻時會導(dǎo)致電路電流過大，導(dǎo)致芯片自己保護自己產(chǎn)生高阻態(tài)，阻止循環(huán)繼續(xù)下去。成績評定依據(jù)：設(shè)計方案與內(nèi)容（30分）制作與調(diào)

17、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（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： 2011年 7月 12日 tgkqcwa3ptgz7r4i30ka1dkaghn3xtkknbycudxqa7fhyi2chhi92tgkqcwa3ptgshls50clmtwn60eo8wgqv7xav2ohum32wgeauwydiawgmer4i30ka1dkaghn3xtkknbycudxqa7fhyi2chhi92tgkqcwa3ptgz7r4i30ka1dkagtgkqcwa3ptgz7r4i30ka1dkaghn3xtk

18、knbycudxqa7fhyi2chhi92tgkqcwa3ptgshls50clmtwn60eo8wgqv7xav2ohum32wgeauwydiawgmer4i30ka1dkaghn3xtkknbycudxqa7fhyi2chhi92tgkqcwa3ptgz7r4i30ka1dkagtgkqcwa3ptgz7r4i30ka1dkaghn3xtkknbycudxqa7fhyi2chhi92tgkqcwa3ptgshls50clmtwn60eo8wgqv7xav2ohum32wgeauwydiawger4i30ka1dkaghn3xtkknbycudxqa7fhyi2chhi92tgkqcwa3ptgz7r4i30ka1dkagtgkqcwa3ptgz7r4i30ka1dkaghn3xtkknbycudxqa7fhyi2chhi92tgkqcwa3ptgshls50clmtwn60eo8wgqv7xav2ohum32wgeauwydiawgmer4i30ka1dkaghn3xtkknbycudxqa7fhyi2chhi92tgkqcwa3ptgz7r4i30ka1dkagtgkqcwa3ptgz7r4i30ka1dkaghn3xtkknbycudxqa7fhyi2chhi92tg