《電工電子綜合》課程設計說明書霓虹燈控制電路設計

《《電工電子綜合》課程設計說明書霓虹燈控制電路設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《《電工電子綜合》課程設計說明書霓虹燈控制電路設計（20頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、武漢理工大學電工電子綜合課程設計說明書-課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 工作單位： 題 目: 霓虹燈控制電路設計 初始條件：1 運用所學的模擬電路和數字電路等知識；2 用到的元件：實驗板、電源、連接導線、74系列芯片、555芯片等。要求完成的主要任務:1 現有12只彩燈，紅綠藍紅綠藍紅綠藍紅綠藍排成一條直線，試設計一控制電路，要求彩燈能實現如下追逐圖案；2 紅綠2種燈從前往后驅動點亮閃爍，每05秒往前進一步；3 藍燈從后往前驅動點亮閃爍，每05秒進一步； 4 霓虹燈控制工作狀態(tài)按照上述2至3步自動重復循環(huán)，另外，還可以自行編制各種彩燈追逐圖案。5 嚴格按照課程設計說明書要求撰

2、寫課程設計說明書。時間安排： 第1天 下達課程設計任務書，根據任務書查找資料；第24天 進行方案論證，軟件模擬仿真并確定設計方案； 第5天 提交電路圖，經審查后領取元器件；第68天 組裝電路并調試，檢查錯誤并提出問題；第911天 結果分析整理，撰寫課程設計報告，驗收調試結果；第1214天 補充完成課程設計報告和答辯。指導教師簽名： 2010年 6月26日系主任（或責任教師）簽名： 2010年 6月26日目錄引言11設計意義及要求.21.1 設計意義.21.2 設計要求.21.3 初始條件.22方案設計.32.1 設計思路.32.2 設計方案.52.3 方案比較.63部分電路設計.73.1 脈沖

3、輸出電路.73.2 JK觸發(fā)器.83.3 4位雙向移位寄存器74LS194電路.93.4 邏輯門電路74LS08與74LS04.114調試與檢測125體會與總結13參考文獻.15附錄本科生課程設計成績評定表.16引言在日常生活中，霓虹燈已經遍布所有城市和很多鄉(xiāng)鎮(zhèn)的大街，每當夜幕降臨，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。把一定數量的受控彩燈經過組合，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。霓虹燈電路可由數字邏輯電路或者編程控制（目前社會上常用Visu

4、al Basic編程語言來編寫相應的程序以控制霓虹燈的花樣）。而聯系實際和運用所學的數字或模擬電子技術知識，學生可設計出各種霓虹燈控制電路。此次課程設計作為實踐教學的一個重要環(huán)節(jié)，可達到提高學生的創(chuàng)新能力的作用。通過課程設計，學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、計數器與譯碼器等多個元器件，經計數、譯碼等多種方案來實現霓虹燈電路的控制。 以下將具體為有關JK觸發(fā)器級聯、移位寄存器74LS194與邏輯門74LS04、74LS08實

5、現電路的兩種方案。1 設計意義及要求1.1設計意義霓虹燈在生活中的發(fā)展和應用非常迅速，而彩燈的種類繁多，變化多樣，因此設計彩燈控制電路有非常重大的實際意義。經本學期及上學期對模擬、數字電子技術的學習，學校安排了這次的電工電子實習，目的在與讓學生綜合運用所學的知識，對各基本器件的運用更加熟練，也更好的鍛煉學生的設計思維和動手設計能力。同學通過此次的設計多個方案的設計，可以將所學知識轉化為實物，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，可以對設計的彩燈花樣更具有創(chuàng)新意識。1.2設計要求1)現有12只彩燈，紅綠藍紅綠藍紅綠藍紅綠藍排成一條直線，試設計一控制電路，要求彩燈能實現

6、如下追逐圖案；2)紅綠2種燈從前往后驅動點亮閃爍，每05秒往前進一步；3)藍燈從后往前驅動點亮閃爍，每05秒進一步； 4)霓虹燈控制工作狀態(tài)按照上述2至3步自動重復循環(huán)，另外，還可以自行編制各種彩燈追逐圖案。5)嚴格按照課程設計說明書要求撰寫課程設計說明書。1.3初始條件 1)運用所學的模擬電路和數字電路等相關知識； 2)電路中所用到的元件：實驗面包板、電源、連接導線、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 方案設計2.1設計思路利用555定時器產生連續(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

7、聯組成的電路可以使每組顏色相同的彩燈接收從0000、1000、0100、0010、0001、0000、1000的往返重復信號而閃爍。第i(i=1、2、3、4)位是由第i個JK觸發(fā)器輸出的QN+1 ，將四位信號轉化成10進制數，則實現的是由0842108的循環(huán)，列出狀態(tài)轉換表，從而得到相應第i個JK觸發(fā)器的次態(tài)方程，根據狀態(tài)方程、輸出方程，再求解出邏輯方程的驅動方程。例如JK觸發(fā)器(1)的功能轉換圖： 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)001000010

8、0010000Other得：J(1)= 1234 K(1)=110000原理框圖：十二盞彩燈（4紅、4綠、4藍）QN(4) 555定時器構成的頻率為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

9、著接藍色燈組。555定時器產生的連續(xù)脈沖信號供給2個74LS194，構成同步時序邏輯電路。這樣2個74 HC194芯片置數后第一個紅燈和第一個綠燈還有第四個藍燈亮，其它的燈暗。同時，555構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。十二盞燈也相應的變化。紅綠燈由第一組亮變成第二組亮，藍燈由第四個亮變成第三個亮，這樣就實現了霓虹燈的流程變化。每到NE555構成的多謝振蕩器輸出的方波信號到達一個上升沿，霓虹燈就變化一次。由以上構思可以設計此霓虹燈流程電路。原理框圖：12色彩燈循環(huán)電

10、路（3紅、3綠、3藍）555定時器構成的頻率為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的原理方框圖與高低電平開關與非反饋支路零清零清74LS194(1)74LS194(2)停暫路2.2設計方案在此霓虹燈控制電路中，共有2套方案。兩套方案的設計出來的結果基本一樣，都能達到設計要求。但是設計思路和設計原理不同。原理圖：圖2-3利用JK觸發(fā)器實現的電路圖由555定時器產生連續(xù)方波脈沖,再通過4個JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉換，利用輸出實現信號的循環(huán)移位，同時輸出的相應信號分別加到對應的彩燈上，彩燈循環(huán)流動。紅燈的第一個與藍燈最后一個連接，依次類推，也可分開做三個分電路實現。原理圖：圖2-4

11、利用移位寄存器實現的電路圖由555定時器產生連續(xù)方波脈沖,再通過2片74LS194芯片的移位寄存功能，實現信號的循環(huán)移位，同時輸出的相應信號分別加到對應的彩燈上。另外有與非門，當各燈都為0時，電路置數，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，方案二所用芯片數量少，成本低，單位電路考慮的應用原理較簡單，單一，方便檢測與調試處理問題。3 部分電路設計3.脈沖輸出電路下圖是由555定時器構成的0.

12、5秒脈沖發(fā)生器，它可以產生2Hz的矩形方波+VCCDISTH CO GND TR OUT d 555 圖3-1555定時器構成的秒脈沖發(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）復位（RD）輸出（VO）放電管T00導通(2/3)VCC(2/3)VCC(1/3)VCC10導通(1/3)VCC1不變不變555定時器構成的多諧振蕩器接通電源后，電容C1被充電，當VC上升到2/3VCC時，觸發(fā)器被復位，同時發(fā)電BJT T導通，此時VO為低電壓，電容C1通過R2和T放電，使VC下降。當VC下降到（1/3）VCC時，觸發(fā)器

13、又被置位，VO翻轉為高電平。電容器C1放電所需的時間為： tPL=R2C1ln2 【可近似看成tPL=0.7R2C1】當C1放電結束時，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VC上升到（2/3）VCC時，觸發(fā)器又周而復始，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)器內部原理圖及其符號表3-6JK觸發(fā)器功

14、能表圖3-4JK觸發(fā)器級聯電路圖JKQ nSRQ n+1邏輯功能00000Q n保持100010000置0101100101置110011010 狀態(tài)翻轉1013） 特性方程：Qn+1= J+ Qn電路中驅動方程：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SW1接高電平時，74 HC194置數，D1燈亮；當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

15、用下，依次左移或右移。74LS194具有并行輸入，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111d0d1d2d3d1d2d3d4右移10111Q0Q1Q200Q0Q1Q2左移1101Q1Q2Q310Q1Q2Q30VccQaQb Qc QdCLKS1 S074LS194CLRSRA B CD SL GND與4是理圖i E1 E1 F1 F1 GND 12354678圖3-8移位寄存器74LS194的引腳圖161514131211109

16、表3-9移位寄存器74LS194的功能表3.4邏輯門電路74LS08與74LS04當輸出由0000經1000、0100、0010、0001后回到0000循環(huán)，是由四輸入或非門實現的S1=S0=1(置數)，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

17、 1 GND 21345675432176圖3-11 邏輯非門74LS04的引腳圖圖3-10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表達式：Y=AB 6)74LS04表達式：Y=4 調試與檢測通過Proteus仿真軟件進行仿真，發(fā)現設計方案中發(fā)現的一些問題：（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

18、接后，仿真時彩燈的花樣并不是設計要求的那樣。最后換4個JK觸發(fā)器級聯重新接線，彩燈的花樣能夠正常顯示。（2） 由于LED的紅、綠、藍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、藍色第4-i個相并連）實現的話，需要在各支路上串聯相應阻值的電阻，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，藍色的略微有些暗。所以出于實現實踐要求和節(jié)省芯片的元件的目的，所以設計的電路都是紅色與藍色相并連在一組電路支路，而綠色單獨設一組電路支路實現。（3） 555定時器為達成輸出是2Hz的0.5秒矩形脈沖方波，它的原理知f=1.43/(R1+2R2)C1，所以

19、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仿真軟件進行仿真，發(fā)現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，而在設計電路插入有的類似的元件時，最后可能不能經仿真處理，因為有的元件是可以從庫里調出來的，但是它不能用于仿真，所以在

20、出現相應的錯誤信息時，應調整相應所需的元件。（6） 原實驗原理圖是選用的4輸入或非門，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 體會和總結在為期兩個星期的電工電子綜合課程設計，從選課題到組隊，再到查資料，學軟件做仿真，搭連電路，做檢測、調試并修改，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計的流程的熟悉。在知識方面，不僅回顧了這個學期學過的數字電路基礎里的理論知識，也對相關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計，我們小組就它采用了5種不同的方法實現，不光是元件上，在原理上也熟悉運用了。此

21、外，設計還要求對Proteus仿真軟件的學習。于是我們由開始的一竅不通到現在的有所了解，其實在Proteus之前，我們已經學習過了protell99與電氣CAD，以及數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。這次的課程設計，讓我對數字電路這一科有了更深入更詳細的了解。發(fā)現，只有理論上的學習是遠遠不夠的，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仿真過的設計原理圖一次性的把線和芯片以及其它元器件連接好，就可以實現課程設計的設計要求。但事實

22、上是，實物中需要考慮的因素很多：連接前導線、芯片是否能夠正常工作；面包板上錯綜的導線的布局影響著后期的檢查的難易；面包板有些插口的好壞；導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，這與我們的數電設計實驗類似，接線的復雜等原因，使得我們在檢測和調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。除了理論上的學習，即使是在設計好，實物搭建好后的課設計報告的撰寫上，也得到了相關的收獲。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，符號的相關標識，包括加上劃

23、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?？傊?，這次課程設計中鞏固了在課本上學的理論知識，更是學到了做一個設計的流程，在這個過程中需要去圖書館、上網查找相關的數據資料，篩選實現功能的元器件，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。這也就通過很過細節(jié)表現了在做實驗設計時的心態(tài)一定要是無論實驗的難易都細心，同時還要有耐心的。另外，還很重要的是團隊合作。這個課程設計不是一個人的任務，而是整個團隊共同智慧的結晶。一起工作的經歷讓我體會到團隊

24、合作的可貴，我們在一起相互幫助，分工協作，在學習的同時，更加深了我們之間的感情。團隊需要個人，個人也離不開團隊，我們必須發(fā)揚團隊合作的精神，使整個設計過程能順利進行。參考文獻1 伍時和主編，數字電子技術基礎，清華大學出版社，20092 祁存榮，電子技術基礎實驗（數字電子技術部分），武漢理工大學教材中心，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，數字集成電路實用技術，電子工業(yè)出版社，2010本科生課程設計成績評定表姓 名陳智性 別女專業(yè)、班級自動化學院自動化專業(yè)課程設計題目：課程設計答辯或質疑記錄：成績評定依據：設計方案與內容（30分）制作與調試

25、（20分）說明書內容與規(guī)范程度（30分）答 辯（10分）學習態(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）指導教師簽字： 2010年 7月 12日ut2ApOdfXXc02GyBKsKCWw97MrqqWhoj5TL15Zt6jIPYytYCummtARp3v1N5luizi3xh3BhWYreKO8d9g7nmZQoWPJeTLDrw08gVS8DsDQQYGC3cE7moO2tLF0Jf1gK74IUXyBmtIVR97CkrfVqULT5fn2t6MpJR6rbzVPSortZvIj5NB5ndVvSr4iWr1TwLFKgLSPzuhRjQ3CmZ

26、U98eUOuijdLSZqPmvrw9zKupxf8WFUG9l2G9277g2rTipa1YpCZEuqxpKBhtVDCooQOzxUz3vJrZmOcijyM62zchmeooTYes8EBMm932tbz2Yo09RtsZEYS8Zrd2Yktj8l6jEAzVAjnfbtryLvsm6oFbfToXVRFFn7OwIYgJlamkUNXJYbz5Rrb7r4VsuR9zpfZFMfsjhcfCA37lNW2VVLRKN7R8psz1BN6oRic5hU5Z6HCxAYqyNPOG8duYbAwqSl20CSg06Dh2sM8HLtgPkIcSkrgOPDpuHBj1LmPk7lYd

27、vC6NNMwL3fwhZFTFVYAARY7lHSSxJ10V3pH3Y19BxYR77Ib7CpZSu2tijqe3hKqkKAu9KSkCpHKXUIKvvyJZpg2YijRkqfbGgOvyqKuxNWI9oMnJtt6QilZxtyrF7d20FbmabcfiixrQKUsVNXBPPFUXyQ1fJSKFSUbkgs2DUVQC9sz4JkbgN4Qqv66pyoARjurNFJ3TxyfclZiEePtwFJthphEipDFNqnR2HjQKV2DzWtMPDJQkBcXmovdsjqCTJagjMdLsKPgaD2s0H0vmZGAHt36gyUEZ7UmANk1ndREu

28、Beqdgrx0venqGnsyIB2ilq3SIQrNL4m56t7Z8Y8da5K0KUpn5Nzg4JvjdtfFHyt82AoGQkXo4VBLmLEiy2P7HtHBho07rCfttxodYDPPdtQsO7wxD0J6fKKlGm4woDzplhtRr2XgqN13hqy59zU1GegDyQniHNTaVSieueFQcYfUCJwd3vk5I7YKmhunDmIZ ut2ApOdfXXc02GyBKsKCWw97MrqqWhoj5TL15Zt6jIPYytYCummtARp3v1N5luizi3xh3BhWYreKO8d9g7nmZQoWPJeTLDrw08gVS8DsDQQ

29、YGC3cE7moO2tLF0Jf1gK74IUXyBmtIVR97CkrfVqULT5fn2t6MpJR6rbzVPSortZvIj5NB5ndVvSr4iWr1TwLFKgLSPzuhRjQ3CmZU98eUOuijdLSZqPmvrw9zKupxf8WFUG9l2G9277g2rTipa1YpCZEuqxpKBhtVDCooQOzxUz3vJrZmOcijyM62zchmeooTYes8EBMm932tbz2Yo09RtsZEYS8Zrd2Yktj8l6jEAzVAjnfbtryLvsm6oFbfToXVRFFn7OwIYgJlamkUNXJYbz5Rrb7r4VsuR9zpfZFMfs

30、jhcfCA37lNW2VVLRKN7R8psz1BN6oRic5hU5Z6HCxAYqyNPOG8duYbAwqSl20CSg06Dh2sM8HLtgPkIcSkrgOPDpuHBj1LmPk7lYdvC6NNMwL3fwhZFTFVYAARY7lHSSxJ10V3pH3Y19BxYR77Ib7CpZSu2tijqe3hKqkKAu9KSkCpHKXUIKvvyJZpg2YijRkqfbGgOvyqKuxNWI9oMnJtt6QilZxtyrF7d20FbmabcfiixrQKUsVNXBPPFUXyQ1fJSKFSUbkgs2DUVQC9sz4JkbgN4Qqv66pyoARjurNFJ3

31、TxyfclZiEePtwFJthphEipDFNqnR2HjQKV2DzWtMPDJQkBcXmovdsjqCTJagjMdLsKPgaD2s0H0vmZGAHt36gyUEZ7UmANk1ndREuBeqdgrx0venqGnsyIB2ilq3SIQrNL4m56t7Z8Y8da5K0KUpn5Nzg4JvjdtfFHyt82AoGQkXo4VBLmLEiy2P7HtHBho07rCfttxodYDPPdtQsO7wxD0J6fKKlGm4woDzplhtRr2XgqN13hqy59zU1GegDyQniHNTaVSieueFQcYfUCJwd3vk5I7YKmhunDmIZ-第 17 頁