《霓虹灯课程设计》word版.doc

燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书燕山大学课 程 设 计 说 明 书题目： 霓虹灯（一） 学院（系）： 电气工程学院 年级专业： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院 基层教学单位：电子实验中心 学 号学生姓名专业（班级）设计题目霓虹灯（一）设计技术参数用“彩色信号指示灯组L9L26”中的L9L17，L18L26两组分别显示霓虹灯，每组以2种方式依次循环。第1种是中间的1个二极管先点亮保持，接着围绕其的4个二极管被点亮保持，然后所有的二极管被点亮， 最后再按照相反的方式熄灭二极管，即4个角的二极管先熄灭，接着熄灭围绕中心的4个二极管，最后熄灭中间的一个二极管。第2种是中间一列二极管点亮，然后由左上角至右下角3个二极管点亮，接着中间一行二极管点亮，最后由右上角至左下角3个二极管点亮。结束后再循环一遍第2种方式。循环频率1hz和2hz可调每种循环结束后，蜂鸣2s设计要求用“彩色信号指示灯组L9L26”显示霓虹灯。用频率组模块实现频率变化。用一个数字开关控制频率可调。工作量学会使用Max+PlusII软件和实验箱；独立完成电路设计，编程下载、连接电路和调试；参加答辩并书写任务书。工作计划1. 了解EDA的基本知识，学习使用软件Max+PlusII，下发任务书，开始电路设计；2. 学习使用实验箱，继续电路设计；3. 完成电路设计；4. 编程下载、连接电路、调试和验收；5. 答辩并书写任务书。参考资料数字电子技术基础.阎石主编.高等教育出版社.EDA课程设计B指导书.指导教师签字 基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。年 月 日 目 录一、设计说明1.1 设计思路1.2 模块介绍1.3 真值表及功能分析二、电路原理图2.1数字开关控制变频及计时器原理图2.2控制电路的电路原理图2.3总设计原理图三、波形仿真图3.1数字开关变频及计数模块的波形仿真图3.2 总体电路的波形仿真图 四、管脚锁定及硬件连线 4.1输入信号的管脚锁定及硬件连线4.2 输出信号的管脚锁定及硬件连线 五、心得体会 参考文献 一、设计说明1.1 设计思路用“彩色信号指示灯组L9L26”中的L9L17，L18L26两组分别显示霓虹灯，每组以2种方式依次循环。第1种是中间的1个二极管先点亮保持，接着围绕其的4个二极管被点亮保持，然后所有的二极管被点亮， 最后再按照相反的方式熄灭二极管，即4个角的二极管先熄灭，接着熄灭围绕中心的4个二极管，最后熄灭中间的一个二极管；第2种是中间一列二极管点亮，然后由左上角至右下角3个二极管点亮，接着中间一行二极管点亮，最后由右上角至左下角3个二极管点亮。结束后再循环一遍第2种方式。设计要求循环频率1hz和2hz可调。根据实验要求和指导老师意见，数字开关控制变频。通过对设计要求的分析，可以得出如下结论和相应的解决方案：1、一个周期包含十五种状态；可以利用16进制带预置数功能的计数器循环产15个控制信号，利用一个4选16的数据选择器依次控制各种工作状态；2、L9L17的每个灯与L18L26的每个灯一一对应，可以相应的一组可以用同一根线控制线控制；3、灯L13和L22在整个周期里只有第一个状态和第六个状态熄灭，因此设想使L13、L22处于常亮状态，在第一和第六状态时熄灭，可以减小电路的复杂度；4、在整个周期中，L9和L17、L11和L15的亮灭状况始终相同，为了减小电路的复杂度，将L9和L17、L11和L15的选择线分别连接；5、利用16进制计数器输出端的周期变化，控制触发器的状态，进而选时钟信号，实现1Hz和2Hz的变频。1.2 模块介绍1.2.1 数字开关控制变频并实现频率循环为了实现包含15个状态的循环控制，必须应用一个15进制以上的计数器模块。本设计采用4位同步二进制加减计数器74191，利用其可预置数和可以加减计数的功能，实现十五进制计数。利用74153双四选一的功能和74191的进位输出,加上必要的与门和非门,可以实现变频控制,实现15进制1Hz和15进制2Hz的依次转换。变频计数模块模块示意图如图1_1所示：数字开关控制变频并实现频率循环1.2.2 数据选择模块本设计需要采用15中工作状态，74191输出15个整周期的数据选择信号（其中输出16和0分别为半个周期），采用4-16、负逻辑输出的译码器，依次选择每一个控制电路，从而选择不同的工作状态。为了实现每个工作状态控装置电路的逻辑或功能，将每一个负逻辑输出段加一级反相器。为了提高电路原理图的可读性，设计了一个16-16的负逻辑转换模块。模块示意图如图Cf10封装电路图如上1.2.3 控制电路利用数据选择器选送的有效信号控制相应状态的显示，每一个输出端口（对灯而言），在输出之前进行逻辑或运算，这样没一个灯在相应的选中状态下是亮，在都未选中是熄灭。其中对于L13和L22而言，只有在最初上电及第一种循环方式结束时才熄灭，因此，L13和L22的控制方式与其余各灯相反，保持其常亮状态，在初始状态和状态6时关掉。在状态1和状态5时，只有L13和L2亮，而这两个灯处于常亮状态，可以将这两位数据线悬空。该模块的电路原理图如图1-3所示：图1-3 控制电路示意图1.3 真值表及功能分析1.3.1 74191的真值表及功能分析4位同步二进制加减计数器74191的真值表如表1-1所示。根据表可以看出，LDN为预置数端，当其为低电平时置数。计数和保持时，输出端MXMN保持低电平，当输出为最大值（增计数模式时）或最小值（减计数模式时），输出高电平。InputsOutputs GNLDN DNUPD C B AQD QC QB QAMXMN RCONXLXdCBadcbaXXLHHLLLLHLLHLHHHHHLLHLCount UpLHLHHCount DownLHHHXHold CountLH表1-1 74191真值表1.3.2 数据选择模块的真值表数据选择模块有一个负逻辑输出4-16的数据选择器和一个同步的cf10的自定义取反模块组成。实现4-16的数据选择，其真值表如表1-2所示：输入输 出DCBAP16P15P14P13P12P11P10P9P8P7P6P5P4P3P2P1000000000000000000010001000000000000001000100000000000000100001100000000000010000100000000000001000001010000000000100000输入输 出DCBAP15P14P13P12P11P10P9P8P7P6P5P4P3P2P1P001100000000001000000011100000000100000001000000000010000000010010000001000000000101000000100000000001011000010000000000011000001000000000000110100100000000000001110010000000000000011111000000000000000表1-2 数据选择模块的真值表1.3.3 电路各状态的真值表根据计数器提供的4进制数和数据选择模块的译码，以及电路的工作特点，可得电路各状态的真值表如表1-3所示：（其中，T0状态和T15状态为不稳定状态，根据仿真结果，均为半个周期，T0和T15状态相连，可以作为是一个周期。状态1为灯亮，状态0为灯灭）灯T0T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T12T13T14T15L9/L170001000010001000L11/L150001000000100010L100011100100010000L120011100001000100L130111110111111111L140011100001000100L160011100100010000表1-3.1 第一组灯各状态的真值灯T0T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T12T13T14T15L18/L260001000010001000L20/L240001000000100010灯T0T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T12T13T14T15L190011100100010000L210011100001000100L220111110111111111L230011100001000100L250011100100010000表1-3.2 第二组灯各状态的真值二、电路原理图2.1数字开关控制变频及计时器模块的电路原理图计时器模块的电路原理图如图2-1所示： 根据上图，根据74153双四选一数据选择器功能，数字开关A为0，B为0时选择CLK1即1Hz输入，A为1，B为0时选择CLK2输入。由此，可通过数字开关控制频率的输入。2.2 控制电路的电路原理图控制电路的采用对每个状态的有效信号（高电平）进行或操作，使得最终每个灯的都可以实现各状态独自控制。其电路原理图如图2-3所示:图2-3 控制电路的原理图2.3 总设计原理图总设计原理图三、波形仿真图3.1数字开关控制变频及计数模块的波形仿真图CLK1输入时波形仿真图期CLK2输入时波形仿真图3.2 总体电路的波形仿真图总体电路的波形仿真图应该能够实现电路的真值表，波形仿真图如下所示CLK2输入时波形图如下CLK1输入时波形图如下四、管脚锁定及硬件连线4.1输入信号的管脚锁定及硬件连线4.2 输出信号的管脚锁定及硬件连线本设计为控制彩灯实现霓虹灯显示，输出信号共有19条，其硬件连线所示图4-2 输出信号硬件连线五、 心得体会就要结束这一周的课程设计了，可以说是度过了紧张又充实的四天。但看到自己努力完成的设计任务报告书，感到的是更多的快乐和自豪。这次课程设计，我所做的是利用两组彩灯实现霓虹灯的多种方式的控制。通过这次课程设计，我的数电知识得到了很深的巩固，激起了我对数字电子技术和可编程硬件的极大兴趣和学习欲望。在设计的过程中得到了指导老师和同学的帮助和启发，内容由我自主设计完成，本次课设提高了我处理实际问题的能力，其中整体电路的设计思想，自动变频模块的设计和控制电路的设计大大提高了我自主开发的信心和利用逻辑关系解决控制问题的能力。本次课设内容是用“彩色信号指示灯组L9L26”中的L9L17，L18L26两组分别显示霓虹灯，并通过数字开关控制频率输入，每组以2种方式依次循环。最后在老师的启发下，设计出了采用整体控制方式并在输出端对个各状态的有效信号实行“或”的逻辑操作的最终方案。最终方案可读性极高，电路复杂度低同时又能十分完整的实现设计要求同时这次课设让我熟练掌握了EDA设计软件MAX+plus 2，认识到了可编程硬件的强大功能，为我以后的学习指明了方向。参考文献：数字电子技术基础.阎石主编.高等教育出版社.EDA课程设计B指导书