【數(shù)字電路課程設(shè)計】霓虹燈控制電路設(shè)計報告.doc

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1、更多課程設(shè)計、論文、畢業(yè)設(shè)計請訪問：http:/ 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，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壯大，尤其是在當(dāng)今的經(jīng)濟時代，很多的商品都是依靠廣告來引導(dǎo)主流消費的。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。廣告彩燈作為廣告的一個重要元素，也漸漸成為廣告的靈魂，也成為了城市夜景的一道亮麗的風(fēng)景線。剛剛學(xué)完了數(shù)電知識，正好通過這次課程設(shè)計，進(jìn)一步鞏固了理論知識，

2、而且全面掌握了課設(shè)的基本流程，此外，分析與解決問題的能力也得到了相應(yīng)的提升。此次設(shè)計我們用到了555定時器構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器，74LS138，74LS161,JK觸發(fā)器以及各種邏輯門電路來實現(xiàn)我的方案，充分利用了模電和數(shù)電的知識來不斷地解決實驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題，這也是這次課程設(shè)計的目的和意義所在。1 設(shè)計意義及要求 1.1 設(shè)計意義 在日常生活中，廣告燈也已成為了一道亮麗的風(fēng)景線。燈的種類繁多，變化多樣，所以設(shè)計廣告燈具有重大的實際意義。 學(xué)校安排此次課程設(shè)計，不僅讓我們聯(lián)系了所學(xué)知識，加以應(yīng)用和分析。而且提高自我分析問題的能力并加強了團隊合作的精神。 通過這次設(shè)計，我熟悉各種元件的用法和功能

3、，也鍛煉了思維能力，最值得說的是：我們將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為實物，得到了極大的成就感和滿足感。1.2 設(shè)計要求設(shè)計一控制電路，要求彩燈能實現(xiàn)如下追逐圖案： 1) 第一層3只紅燈右移，每燈亮的時間為08秒； 2) 第二層3只藍(lán)燈右移，每燈亮的時間為08秒； 3) 第三層3只黃燈右移，每燈亮的時間為08秒； 4) 三色彩燈同時右移，每組燈亮的時間為16秒； 5) 三色彩燈同時左移，每組燈亮的時間為16秒；6) 彩燈控制電路工作狀態(tài)按照上述2至6步自動重復(fù)循環(huán)。2 方案設(shè)計2.1 設(shè)計思路 利用555定時器組成產(chǎn)生0.8s脈沖信號，通過JK觸發(fā)器組成的分頻電路將信號分為1.6s，用三片移位寄存器74LS1

4、94分別控制三種顏色不同的燈的亮滅。用一片74LS161和一片數(shù)據(jù)選擇器74LS153組成序列號產(chǎn)生電路，產(chǎn)生的信號“0001”作為移位寄存器右移的輸入信號，而“0000”作為移位寄存器左移的輸入信號。用一片74LS161和一片譯碼器74LS138作為數(shù)據(jù)發(fā)生器，產(chǎn)生的信號作為移位寄存器S0和S1的控制信號，控制移位寄存器左移，右移和保持的功能。 黃燈 藍(lán)燈 紅燈 移位寄存器移位寄存器移位寄存器0000或0001 譯碼器 時鐘信號 數(shù)據(jù)選擇器 計數(shù)器 計數(shù)器CP圖1 總體方框圖 本電路主要由4部分組成：脈沖輸出電路所控制的序號信號產(chǎn)生部分，作為移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端；控制移位寄存器左移、右移的

5、信號產(chǎn)生部分；移位寄存器部分，實現(xiàn)了燈的左移右移功能；由555定時電路和分頻電路組成的脈沖輸出部分。在555定時電路和分頻電路產(chǎn)生的脈沖的觸發(fā)下，計數(shù)器的Q0和Q1作為數(shù)據(jù)選擇器的地址端，在左移和右移的情況下分別產(chǎn)生序列信號“0000”和“0001”，作為移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入，在脈沖的觸發(fā)下，74LS194將信號接納進(jìn)去，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞，從而實現(xiàn)燈泡的追逐效果。而計數(shù)器74LS161和譯碼器74LS168組成的部分中，計數(shù)器被設(shè)計成為為五進(jìn)制，這是由于三個移位寄存器有五個狀態(tài)。而譯碼器有八個信號，可以根據(jù)真值表，得到移位寄存器控制輸入端的最簡邏輯表達(dá)式，并將譯碼器相應(yīng)的信號端引出，通過門電路組

6、成所需要的信號，來控制移位寄存器的左移、右移和保持的功能。移位寄存器的輸出端接有9個燈，為了實現(xiàn)其追逐的效果而有555定時電路組成的多諧振蕩器產(chǎn)生的0.8S的輸出信號，作為單層右移的脈沖。通過JK觸發(fā)器組成的分頻電路將0.8S的信號分為1.6S的信號作為三排燈同時左移右移的脈沖。2.2 方案設(shè)計 1） 我們小組總共設(shè)計了五套方案，五套方案有所區(qū)別也有相似。我的個人方案，設(shè)計原理圖如下： 圖2 個人方案原理圖 該電路中左移右移的輸入端均是由數(shù)據(jù)選擇器的輸出提供，但其輸出有兩種情況，“0000”和“0001”，在全部右移結(jié)束時，1X0的輸入由1變?yōu)?，所以在左移的過程中只有一個高電平，可以實現(xiàn)左移

7、追逐。但這個電路也有缺點，在左移完成時，移位寄存器其實仍為左移，所以在左移完成時，還要等待一段時間才能將左移變?yōu)橛乙啤?） 小組方案設(shè)計原理圖如下： 圖3 小組方案原理圖 此方案是用單片機做的，電路原理圖比較簡單 ，連好電路圖后只要根據(jù)設(shè)計要求編寫程序，最后將程序?qū)雴纹瑱C，即可運行，但編寫程序時，一定要小心，而且在編寫的過程中不段的調(diào)試，直到程序無誤后，將其導(dǎo)入單片機，如果運行時，發(fā)現(xiàn)功能仍然沒有實現(xiàn)，要再次修改程序，根據(jù)電路圖所選的端口的順序和設(shè)計的功能要求，修改程序，在不斷的調(diào)試中得到正確的結(jié)果。2.3 方案比較個人方案中，由于曾中義和馮夢華的芯片用的是十位的，所以他們所用的芯片最少，但

8、其門電路過多，他們的設(shè)計思路有所相似，而我和陶海洋的方案思路和他們的有所不同，但我們的兩套方案有那個點，都是通過同樣的移位寄存器來實現(xiàn)，但是在信號的采集上有所不同，另外在脈沖的產(chǎn)生電路和分頻電路也有所區(qū)別。小組方案跟個人方案比較，電路圖相當(dāng)簡單，但是編程的調(diào)試過程是比較困難，一定要小心。所以各有優(yōu)缺點。3 部分電路設(shè)計3.1 脈沖輸出電路3.1.1 0.8s信號產(chǎn)生 下圖是由555定時器構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器，它可以產(chǎn)生矩形方波： 圖4 555定時器構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器 根據(jù)555定時器的功能表可知,由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器,接通電源后，電容C被充電，當(dāng)VC上升到2/3VCC時，觸發(fā)器被復(fù)位，

9、同時發(fā)電BJT, T導(dǎo)通，此時VO為低電壓，電容C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C放電所需的時間為： tPL=R2Cln2 可近似看成tPL=0.7R2C當(dāng)C放電結(jié)束時，T截止，VCC將通過R1、R2向電容器C充電，VC由（1/3）VCC上升到（2/3）VCC所需的時間為： tPH=(R1+R2)Cln2 可近似看成tPH=0.7(R1+R2)C而當(dāng)VC上升到（2/3）VCC時，觸發(fā)器又周而復(fù)始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為： f=1/( tPL +tPH) 可近似看成f=1.43/(R1+2R2)C555定時

10、器引腳圖如圖5所示，555定時器功能表如表1所示： VCC DIS TH CO87655551234 GND TR OUT RD圖5 555定時器表1 555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3.1.2 信號分頻及選擇 本電路需要的信號有兩種，0.8s和1.6s，且在全部移動時采用1.6s的信號，因此要對0.8s的信號進(jìn)行分頻，再根據(jù)采集的信號選取相應(yīng)的時鐘信號。 圖6 信號分頻及選擇JK觸發(fā)器下降沿有效，J=K=1時，每來一個脈沖變化一次，因此它的輸出

11、是1.6S的信號，當(dāng)Y3與Y4同時為1，根據(jù)電路，可以知道此時為單層燈移動，另外根據(jù)分頻電路可以知道此時輸出的也為0.8s的信號，而當(dāng)Y3和Y4中有一個0時，電路為全部左移或全部右移的過程。此時電路輸出的也為1.6s的信號，實現(xiàn)了分頻和信號的選擇的過程。1） JK觸發(fā)器的管腳圖和真值分別如圖7所示：Q Q91615141312111012345678VCC 1RD 2RD 2CP 2K 2J 2SD 2Q 74LS1121CP 1K 1J 1SD 1Q 1Q 2Q GNDSD J CP K RD 圖7 JK觸發(fā)器管腳圖 表2 JK觸發(fā)器真值表JKQn+1邏輯功能00Qn 保持010置0101置

12、111Qn翻轉(zhuǎn)2） 74LS00與非門的管腳圖如圖8所示，真值表如表3所示： 圖8 74LS00管腳圖 表3 74LS00的真值表 3） 74LS04非門的引腳圖如圖9所示，真值表如表4所示： 圖9 74LS04非門的引腳圖 表4 74LS04非門的真值表 4) 74LS08與門的引腳圖如圖10所示，其真值表如表5所示： 圖10 74LS08管腳圖 表5 74LS08與門的真值表 3.2 實現(xiàn)控制功能的電路 1） 電路中有有3個74LS194芯片，共有5個狀態(tài)，可以用74LS161和74LS138來實現(xiàn)，電路如圖11所示： 圖 11 實現(xiàn)控制功能電路 此圖是由74LS161和74LS138來實

13、現(xiàn)的，通過反饋清零法將74LS161設(shè)置成為五進(jìn)制計數(shù)器，并通過譯碼器輸出信號，為移位寄存器提供控制信號的來源。而此電路的脈沖來源如圖12所示： 圖12 脈沖來源電路由于在軟件中沒有三輸入或門，所以采用四輸入或門，只要將其中一個接低電平即可，其他三個輸入端將74LS194的輸出端Q31，Q32，Q33接入。當(dāng)每排燈右移結(jié)束時或門的輸出由0變?yōu)?，計數(shù)器得到一個觸發(fā)信號，于是移位寄存器的狀態(tài)發(fā)生變化。當(dāng)全部右移結(jié)束時，或門還有一個上升的轉(zhuǎn)變，于是信號左移，而此時每排燈只有一個高電平，輸入為“0000”，所以可以實現(xiàn)追逐效果。當(dāng)全部左移完成時，輸入有所變化，變?yōu)榈谝粋€狀態(tài)，單個右移，實現(xiàn)循環(huán)效果。

14、 2） 根據(jù)74LS194的五個狀態(tài)知道，74LS138的輸出也要為五個狀態(tài)，三個移位寄存器的移位控制信號可以得出S0和S1的真值表如表6所示： 表6 控制信號的真值表138有效信號S01S11S02S12S03S13Y0101111Y1111011Y2111110Y3101010Y4010101 取0為有效信號，可得各控制信號的邏輯表達(dá)式： S01=S02=S03=Y4 S11=Y0.Y3 S12=Y1.Y3 S13=Y2.Y3 按照上面的邏輯表達(dá)式可以經(jīng)過門電路得到移位寄存器所需要的狀態(tài)的信號。具體如圖13所示： 圖13 狀態(tài)選擇電路 3） 74LS138譯碼器的管腳圖如圖14所示，真值表

15、如表7所示： Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 74LS138 A B C E1 E2A E2B圖 14 138管腳圖 表7 74LS138譯碼器的真值表4） 74LS161計數(shù)器的管腳圖如圖15所示，而其真值表如表8所示：910111213141516 VCC TC Q0 Q1 Q2 Q3 CET PE 74LS161 R CP D0 D1 D2 D3 CEP GND87634521圖15 161管腳圖 清0預(yù)置控制時鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸 出0XXXXXXXX000010XXDCBADCBA110XXXXXX保 持11X0XXXXX保 持1111XXXX計 數(shù) 表8 74LS161

16、的功能表表3.3 序列信號產(chǎn)生電路 1） 序列信號產(chǎn)生電路主要是產(chǎn)生0001和0000信號，作為左移右移的輸入信號，電路如圖16所示：圖 16 序列信號產(chǎn)生電路 序列信號產(chǎn)生電路由一片74LS161計數(shù)器和一片74LS153（由于軟件中沒有74LS151）數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成，161在脈沖的作用下計數(shù)，將00到11不斷的送給153可將1X0到3X0逐個輸出，送入移位寄存器的SR端，SL端。 當(dāng)右移時的信號為0001，而左移的信號為0000，所以關(guān)鍵就是1X0的輸入，它的采集信號電路圖如圖17所示 圖 17采集信號電路圖 本可用三輸入與非門，由于軟件中沒有這個元件，所以用四輸入與非門代替，只要將一個輸

17、入接高電平即可。其它三個輸入端接74LS194的輸出端Q31，Q32，Q33。當(dāng)單個燈右移時，與非門輸出肯定為1，這是序列產(chǎn)生電路產(chǎn)生信號1000。當(dāng)全部右移時，產(chǎn)生1000序列， 而當(dāng)其結(jié)束時與非門輸出為0，這是變?yōu)槿孔笠?，而序列電路產(chǎn)生的信號為0000，一直這樣循環(huán)，符合設(shè)計要求。2） 74LS153數(shù)據(jù)選擇器的管腳圖如圖18所示，真值表如表9所示： 圖18 74LS153管腳圖 表9 74LS153的真值表A1A0SYXX10000D0010D1100D2110D33.4 譯碼及輸出部分 1）此電路由三片移位寄存器74LS1194和9個發(fā)光二極管構(gòu)成，電路圖如圖19所示： 圖19 譯碼

18、及輸出電路 兩個門電路已經(jīng)在前面敘述過。每個74LS194都有三個狀態(tài)，分別為左移、右移和置數(shù)。置數(shù)端全部接地，所以剛開始輸出全為0，燈不亮。當(dāng)左移右移時，相應(yīng)的輸入信號被輸入，并將信號傳遞下去，這樣就可以形成追逐的效果。2) 74LS194的管腳圖如圖20所示，真值表如表10所示： 圖20 194的管腳圖 表10 74LS194的真值表功能輸入輸出CLRS1S0CPSRSLD0D1D2D3Q0n+1Q1n+1Q2n+1Q3n+1清除00000保持10保持100置數(shù)111d0d1d2d3d1d2d3d4右移10111Q0Q1Q200Q0Q1Q2左移1101Q1Q2Q310Q1Q2Q30 4 調(diào)

19、試與檢測 通過PROTUES仿真軟件進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)方案廣告彩燈發(fā)生混亂，經(jīng)檢查是觸發(fā)器和邏輯門的接法錯誤，經(jīng)過改正后能夠正常顯示出功能。但是在花樣實現(xiàn)了之后，時間0.8s和1.6s沒有實現(xiàn)，經(jīng)檢查調(diào)試，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號沒有表正確，導(dǎo)致功能控制信號沒有接入信號選擇電路，導(dǎo)致脈沖時間沒有實現(xiàn)。 在用74LS161接成五進(jìn)制時，在電路仿真時，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問題，沒有五個狀態(tài)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)不是五進(jìn)制計數(shù)，因為161是異步清零，要在輸出101時才清零，而起初接成了100清零。 由于芯片和門電路用得過多，導(dǎo)致連線有遺漏，起初對一些芯片的功能用法也有所出入，導(dǎo)致接法錯誤，這都是在調(diào)試和檢測中不斷理解和糾正的。 在用單片

20、機做小組方案時，編寫程序的過程中出現(xiàn)很多問題，燈亮得很混亂，經(jīng)檢查，是由于沒有把單片機的端口的順序弄清。另外，燈在實現(xiàn)時間上不正確，由于在用中斷定時程序時，沒有關(guān)閉中斷或循環(huán)的次數(shù)有問題。 在用小組方案做實物時，也出現(xiàn)了不少的問題,要根據(jù)功能的實現(xiàn)來修改程序代碼。另外由于開發(fā)板上的發(fā)光二極管是共陰接法，而仿真圖為共陽接法，所以應(yīng)將相應(yīng)的高低電平互換5 體會與總結(jié)做這個設(shè)計，我從中收益良多： 首先，這次的廣告彩燈控制電路的設(shè)計，綜合運用了數(shù)電所學(xué)的各種元器件，并且鞏固了數(shù)電理論知識，以及提高用理論聯(lián)系實際的能力。通過這次的數(shù)電課程設(shè)計，加強了我的動手、思考和解決問題的能力。 其次,在這次設(shè)計中，

21、我了解了以前一知半解的東西，比如一些芯片的用法，如74LS138，74LS161，74LS194等芯片的功能和用法。 第三，為了這次課程設(shè)計，我專門學(xué)習(xí)了proteus軟件，對其基本操作有了更深的了解與掌握。除此之外，通過這次自學(xué)，進(jìn)一步提高了自學(xué)的能力。 第四，在做小組方案時，出現(xiàn)了很多分歧，但在經(jīng)過討論后便達(dá)成了共識，這個過程讓我學(xué)習(xí)到團隊合作的重要性，并且學(xué)會了如何去分配工作，如何去解決設(shè)計過程的問題都是我們應(yīng)該學(xué)會的。 第五，通過這次課設(shè)，我基本掌握了課程設(shè)計的一個流程，過程中要學(xué)會如何去學(xué)習(xí)你沒有遇到的東西，如何去調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，這是關(guān)鍵，并在這個基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新，這就是我們課設(shè)

22、的目的所在。 第六，在做實物的時候，一定要有耐心，認(rèn)真調(diào)試，才能得出正確的結(jié)果。遇見問題要冷靜對待，從調(diào)試中獲得一份快樂和一份知識，這樣才能更好地鍛煉自己的能力。 第七，痛苦是必不可少的過程，只要你堅持，付出了汗水就會有回報，這樣你才能感受到成功的喜悅。 對我而言，知識上的收獲很重要，精神上的滿足也讓我十分開心。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有，通過這次的課程設(shè)計任務(wù)，我真真正正的學(xué)到了書本上沒有的那些知識和寶貴的經(jīng)驗。參考文獻(xiàn)1 康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第四版），高等教育出版社2 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)教材中心附錄一 方案一（個人方案原理圖）：方案二

23、（小組方案原理圖）：附錄二方案二的程序：#includereg52.h#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuint t;uchar d;sbit p00=P00;sbit p01=P01;sbit p02=P02;sbit p03=P03;sbit p04=P04;sbit p05=P05;sbit p06=P06;sbit p07=P07;sbit p08=P20;uint i;void main(void)TMOD=0 x01;EA=1;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50

24、000)%256;ET0=1;TR0=1;while(1)d=0 xfe;P0=d;p08=1;for(i=7;i0;i-)while(t!=16);t=0;d=_crol_(d,1);P0=d;while(t!=16);t=0;P0=0 xff;p08=0;while(t!=16);t=0;p00=0;p01=1;p02=1;p03=0;p04=1;p05=1;p06=0;p07=1;p08=1;while(t!=32);t=0;p00=1;p01=0;p02=1;p03=1;p04=0;p05=1;p06=1;p07=0;p08=1;while(t!=32);t=0;p00=1;p01=1

25、;p02=0;p03=1;p04=1;p05=0;p06=1;p07=1;p08=0;while(t!=32);t=0;p00=1;p01=1;p02=1;p03=1;p04=1;p05=1;p06=1;p07=1;p08=1;while(t!=10);t=0;p00=1;p01=1;p02=0;p03=1;p04=1;p05=0;p06=1;p07=1;p08=0;while(t!=32);t=0;p00=1;p01=0;p02=1;p03=1;p04=0;p05=1;p06=1;p07=0;p08=1;while(t!=32);t=0;p00=0;p01=1;p02=1;p03=0;p04

26、=1;p05=1;p06=0;p07=1;p08=1;while(t!=32);t=0;p00=1;p03=1;p06=1; while(t!=10); t=0;void time1() interrupt 1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;t+;本科生課程設(shè)計成績評定表姓 名性 別專業(yè)、班級課程設(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（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 33