EDA课程设计--霓虹灯.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： 09检测一班 学 号： 090103020113 学生姓名： 黄海超 指导教师： 陈白 郑兆兆 教师职称： 实验师 实验师 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090103020113学生姓名黄海超专业（班级）09检测一班设计题目霓虹灯（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。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金海龙说明：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41.1 设计思路41.2 模块介绍51.3 真值表及功能分析6二、电路原理图92.1 计时器模块的电路原理图92.2控制电路的电路原理图102.3总设计原理图11三、波形仿真图 123.1 自动变频计数模块的波形仿真图 123.2 总体电路的波形仿真图 12四、管脚锁定及硬件连线 134.1输入信号的管脚锁定及硬件连线 134.2 输出信号的管脚锁定及硬件连线 14五、心得体会 15参考文献 15一、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，本设计采用自动变频的设计方案。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 自动变频计数模块为了实现包含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t触发器的特征和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。自动变频计数模块模块示意图如图1_1所示：图1_1 自动变频计数模块示意图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1_2所示：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。图1-2 数据选择模块其中对于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。利用mxmn的输出特性，可以实现频率转换。inputsoutputs gnldn dnupd c b aqd qc qb qamxmn rconxlxdcbadcbaxxlhhllllhllhlhhhhhllhlcount uplhlhhcount downlhhhxhold countlh表1-1 74191真值表7根据4191的真值表，假设t0为初始状态，t15为结束状态，因为在t15状态刚开始时，即将ldn端置地，使得t15状态不稳定，根据仿真结果可知t0和t15各占0.5个周期。并不影响电路的正常工作。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16-16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dcbap15p14p13p12p11p10p9p8p7p6p5p4p3p2p1p0000000000000000000010001000000000000001000100000000000000100001100000000000010000100000000000001000001010000000000100000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 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：图2-1 计数器模块电路原理图其中，时钟模块采用自定义模块实现，其原理图如图2-2所示，有图可以看出，利用74191的输出位rcon和t触发器已经逻辑位运算，可以实现对输入信号（本设计取4hz）进行自动依次循环2分频和4分频，从而实现变频功能。图2-2 自动变频时钟模块原理图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 总设计原理图图2-4 总设计原理图三、波形仿真图3.1 自动变频计数模块的波形仿真图自动变频计数模块的核心在于计数器的十五进制计数以及时钟模块每隔十五个状态的自动变频。波形仿真图如图3-1所示（其中，t0和t15为不稳定状态，各占半个周期）：图3-1 自动变频计数器的波形仿真图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，即表1-3所示的功能加上每个十五个状态自动变频的功能。波形仿真图如图3-2所示（由于受到纸张限制，将波形图分模块截取，其中图3-2.1为两个周期的整体仿真图，图3-2.2为一个周期t0t6状态的仿真图，图3-2.3为一个周期t7t15的仿真图）：图3-2.1 总体电路两个周期的波形仿真图图3-2.2 总体电路t0t6状态的波形仿真图图3-2.3 总体电路t7t14状态的波形仿真图四、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本设计的输入信号为4hz时钟周期信号，其管脚锁定为pin193，硬件连接图如图4-1所示：图4-1 时钟输入信号的硬件连接图4.2 输出信号的管脚锁定及硬件连线本设计为控制2x9的彩灯实现霓虹灯显示，输出信号共有18条，其硬件连线如图4-2所示：图4-2 输出信号硬件连线输出端各管脚锁定情况如下： 共 17页 第 页l13- pin88l22- pin173 l18- pin173l26- pin190 l17- pin93 l9- pin83 l20- pin 175 l24- pin187l11- pin86 l15- pin90l10- pin85 l19- pin174 l12- pin87 l21- pin176 l14- pin89 l23- pin179 l16- pin92l25- pin189五、 心得体会这次课程设计，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，每组以2种方式依次循环。在构思初期，我曾设想利用数据选择器选中每一个状态的控制电路，以此实现循环控制。相当于对局部进行设计。这种思路的工作量十分庞大，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。再次对指导老师表示感谢。同时这次课设让我熟练掌握了eda设计软件max+plus，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