电工电子综合课程设计报告.doc

1 17 学学 号 号 课课 程程 设设 计计 题题 目目三种图案霓虹灯控制器设计三种图案霓虹灯控制器设计 学学 院院自动化学院自动化学院 班班 级级 姓姓 名名 指导教师指导教师邓坚邓坚 李波李波 2011 年6月26日 1 17 课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名 学生姓名 专业班级 专业班级 自动化自动化 指导教师 指导教师 邓坚邓坚 李波李波 工作单位 工作单位 自动化学院自动化学院 题题 目目 三种图案霓虹灯控制器设计三种图案霓虹灯控制器设计 初始条件 初始条件 1 运用所学的模拟电路和数字电路等知识 2 用到的元件 实验板 电源 连接导线 74 系列芯片 555 芯片等 要求完成的主要任务要求完成的主要任务 1 现有 4 只彩灯 红 绿 蓝 黄 试设计控制器 要求彩灯能实现如下追逐 图案 彩灯控制器的三种图案及其状态转换如下所示 2 摇摆状态 0101 1010 重复 6 次 3 暗点循环 0111 1011 1101 1110 0111 这样重复循环 3 次 4 逐个点亮 逐个熄灭 0000 1000 1100 1110 1111 0111 0011 0001 0000 这样重复循环 2 次 5 霓虹灯控制工作状态按照上述 2 至 4 步自动重复循环 时间间隔为 1 秒 6 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书 时间安排 时间安排 第 1 天 下达课程设计任务书 根据任务书查找资料 第 2 4 天 进行方案论证 软件模拟仿真并确定设计方案 第 5 天 提交电路图 经审查后领取元器件 第 6 8 天 组装电路并调试 检查错误并提出问题 第 9 11 天 结果分析整理 撰写课程设计报告 验收调试结果 第 12 14 天 补充完成课程设计报告和答辩 指导教师签名 指导教师签名 20112011 年年 6 6 月月 2626 日日 系主任 或责任教师 签名 系主任 或责任教师 签名 20112011 年年 6 6 月月 2626 日日 1 17 目录目录 引言引言 1 1 设计意义及要求设计意义及要求 2 1 1 设计意义 2 1 2 设计要求 2 2 方案设计方案设计 3 2 1 设计思路 3 2 2 设计方案 4 2 3 方案比较 5 3 部分电路设计部分电路设计 6 3 1 计数器 6 3 2 译码器 8 4 调试与检测调试与检测 10 5 体会与总结体会与总结 11 参考文献参考文献 12 本科生课程设计成绩评定表本科生课程设计成绩评定表 13 1 17 引言引言 在日常生活中 霓虹灯已经遍布所有城市和很多乡镇的大街 每当夜幕降临 华 灯初上 五颜六色的霓虹灯就把城市装扮的特别美丽 如今 撩人眼球 光彩耀目的霓虹灯已成为城市繁华程度的度量 也是商业建筑的一 大广告 招牌 把一定数量的受控彩灯经过组合 可营造出多彩 流水般的动感场景 这对增强 节日喜庆气氛 美化日常生活环境具有良好的效果 霓虹灯电路可由数字逻辑电路或者编程控制 目前社会上常用 Visual Basic 编程语 言来编写相应的程序以控制霓虹灯的花样 而联系实际和运用所学的数字或模拟电子 技术知识 学生可设计出各种霓虹灯控制电路 此次课程设计作为实践教学的一个重要环节 可达到提高学生的创新能力的作用 通过课程设计 学生不仅能加深对课本知识的理解 还能锻炼自己的动手能力和提高 解决问题的能力 2 17 1 设计意义及要求设计意义及要求 1 1 设计意义设计意义 霓虹灯在生活中的发展和应用非常迅速 而彩灯的种类繁多 变化多样 因此设 计彩灯控制电路有非常重大的实际意义 经本学期及上学期对模拟 数字电子技术的 学习 学校安排了这次的电工电子实习 目的在与让学生综合运用所学的知识 对各 基本器件的运用更加熟练 也更好的锻炼学生的设计思维和动手设计能力 同学通过此次的设计多个方案的设计 可以将所学知识转化为实物 得到更多种 类 更多花样的彩灯控制电路 在收获成就感和满足感的同时 可以对设计的彩灯花 样更具有创新意识 1 2 设计要求设计要求 初始条件 初始条件 1 运用所学的模拟电路和数字电路等知识 2 元件 实验板 电源 连接导线 74 系列芯片 555 芯片等 要求完成的主要任务要求完成的主要任务 1 4 只彩灯 红 绿 蓝 黄 试设计控制器 要求彩灯能实现如下追逐图案 彩灯控制器的三种图案及其状态转换如下所示 2 摇摆状态 0101 1010 重复 6 次 3 暗点循环 0111 1011 1101 1110 0111 这样重复循环 3 次 4 逐个点亮 逐个熄灭 0000 1000 1100 1110 1111 0111 0011 0001 0000 这样重复循环 2 次 5 霓虹灯控制工作状态按照上述 2 至 4 步自动重复循环 时间间隔为 1 秒 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书 3 17 2 方案设计方案设计 2 1 设计思路设计思路 四盏灯 每盏灯每次只要两种状态 亮或灭 三种花样一共 40 种状态 将这 40 种状态按次序依次分配到三片译码器 74HC154 的输出端 每盏灯各亮 23 次 将每种状态中亮的灯与对应状态的选择器输出端通过与非门相连 通过两片计数器 74160 控制这三个译码器 一片通过控制地址输入端使译码器的输出端从 D0 到 D15 依 次输出 两一片则通过控制译码器使能端使其依次工作 原理框图 数 据 选 择 器 图 2 1 利用译码器实现的原理 小灯的三种花样可以分别通过三个计数器实现 完成第一种花样需要 十二秒 第二种也需要十二秒 第三种需要十六秒 三种花样全部完成总共四十秒 而每种花样的循环次数也可以通过计数器来控制 四盏灯 红 绿 蓝 黄 数 据 选 择 器 计数器计数器 数 据 选 择 器 4 17 2 2 设计方案设计方案 原理图 A 23 B 22 C 21 D 20 E1 18 E2 19 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 13 12 14 13 15 14 16 15 17 U1 74HC154 A 23 B 22 C 21 D 20 E1 18 E2 19 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 13 12 14 13 15 14 16 15 17 U3 74HC154 A 23 B 22 C 21 D 20 E1 18 E2 19 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 13 12 14 13 15 14 16 15 17 U4 74HC154 D2 LED GREEN D4 LED YELLOW D3 LED BLUE D1 LED RED 1 U5 NAND 12 U6 NAND 12 U7 NAND 12 U8 NAND 12 U9 NAND 12 U10 NAND 12 U11 NAND 12 U12 NAND 12 D0 3 Q0 14 D1 4 Q1 13 D2 5 Q2 12 D3 6 Q3 11 RCO 15 ENP 7 ENT 10 CLK 2 LOAD 9 MR 1 U2 74160 D0 3 Q0 14 D1 4 Q1 13 D2 5 Q2 12 D3 6 Q3 11 RCO 15 ENP 7 ENT 10 CLK 2 LOAD 9 MR 1 U15 74161 1 1 1 2 3 1 U16 A 7402 5 6 4 U16 B 7402 8 9 10 U16 C 7402 11 12 13 U16 D 7402 34 U13 B 7404 56 U13 C 7404 1312 U13 D 7404 1110 U13 E 7404 1 12 U13 A 7404 98 U13 F 7404 图 2 3 利用译码器实现的电路图 把三种花样的每一个状态都与译码器的输出端依次对应 利用计数器的计数 功能将每个状态依次输出 再通过与非门将输出低电平变为高电平 小灯就能按照 要求的花样依次亮起来 5 17 原理图 D0 3 D1 4 D2 5 D3 6 SR 2 SL 7 CLK 11 S0 9 S1 10 MR 1 Q0 15 Q1 14 Q2 13 Q3 12 U1 74194 1 0 12 U2 A 7407 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U3 74192 1 34 U2 B 7407 12 U5 A 7404 D0 3 D1 4 D2 5 D3 6 SR 2 SL 7 CLK 11 S0 9 S1 10 MR 1 Q0 15 Q1 14 Q2 13 Q3 12 U2 74194 0 1 D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U4 74192 12 U3 A 7407 1 34 U3 B 7407 56 U6 C 7404 D1 LED RED D2 LED GREEN D3 LED BLUE D4 LED YELLOW D0 15 Q0 3 D1 1 Q1 2 D2 10 Q2 6 D3 9 Q3 7 UP 5 TCU 12 DN 4 TCD 13 PL 11 MR 14 U6 74192 D0 3 D1 4 D2 5 D3 6 SR 2 SL 7 CLK 11 S0 9 S1 10 MR 1 Q0 15 Q1 14 Q2 13 Q3 12 U5 74194 12 U12 A 7404 1 2 3 U8 A 7408 12 U9 A 7407 12 U10 A 7404 1 2 13 12 U7 A 7427 3 4 5 6 U7 B 7427 9 10 11 8 U7 C 7427 1 2 13 12 U11 A 7427 34 U10 B 7404 56 U10 C 7404 1312 U10 D 7404 1110 U10 E 7404 9 10 8 U8 C 7408 0 12 13 11 U8 D 7408 0 R 4 DC 7 Q 3 GND 1 VCC 8 TR 2 TH 6 CV 5 U13 555 15V C2 1uF R1 5 7k 98 U10 F 7404 R2 24 3k C1 1000uF 2 3 方案比较方案比较 两种方案相比 第一种原理思路简单 所用芯片较少 小灯闪烁效果稳定 但连 线较多 若连成实物则过于复杂 方案二需要的芯片虽然较多 但整体连线不复杂 适合做成实物 6 17 3 部分电路设计部分电路设计 3 1 计数器计数器 1 D0 3 Q0 14 D1 4 Q1 13 D2 5 Q2 12 D3 6 Q3 11 RCO 15 ENP 7 ENT 10 CLK 2 LOAD 9 MR 1 U2 74160 D0 3 Q0 14 D1 4 Q1 13 D2 5 Q2 12 D3 6 Q3 11 RCO 15 ENP 7 ENT 10 CLK 2 LOAD 9 MR 1 U15 74161 0 左边计数器的 Q1Q2Q3Q4 端分别与三个译码器的地址输入端 ABCD 依次相连 使 得译码器输出端依次输出信号 进位输出端作为右边的时钟信号 使右边的计数器每 隔 16 秒计数一次 右边译码器的 Q1Q2 端分别接到译码器的使能端 其中 Q1 经过一 个非门与第二个译码器的 E1 端相连 Q2 经过一个非门与第三个译码器的 E2 端相连 以此来控制三个数据选择的工作顺序 管脚图 7 17 功能表 8 17 3 2 译码器译码器 A 23 B 22 C 21 D 20 E1 18 E2 19 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 13 12 14 13 15 14 16 15 17 U1 74HC154 A 23 B 22 C 21 D 20 E1 18 E2 19 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 13 12 14 13 15 14 16 15 17 U3 74HC154 A 23 B 22 C 21 D 20 E1 18 E2 19 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 13 12 14 13 15 14 16 15 17 U4 74HC154 12 U13 A 7404 98 U13 F 7404 引脚图 真值表 9 17 当四十种状态全部完成时 将下一个输出端与计数器的清零端相连 使其重新开 始循环 10 17 4 调试与检测调试与检测 通过 Proteus 仿真软件进行仿真 发现设计方案中发现的一些问题 1 开始选用的计数器是 74LS192 但在仿真时发现由于某种原因 192 只能进行十 进制计数 经过重新调试后将 74LS192 用 74160 代替 能够进行十六进制计数 2 花样循环时 每到第 16 种花样就会发生错误 经过认真观察循环过程发现 当右边计数器计数到 1111 时 其进位端同时由 0 变为 1 给左边计数器一个上升沿信 号 Q0 由 0 变为 1 再经过一个非门使其 E1 端使能 此时第二个译码器开始工作 计 数器的 1111 信号实际上是输入到第二个译码器 所以第 16 个状态应该接到第二个译 码器的 Y16 端 经过调整后 能按照要求花样进行循环 3 Proteus 仿真软件中有许多管脚名字都很相似的元件 但有的元件在插入后发 现有无法使用的情况 需要用别的元件代替 4 Proteus 仿真软件中没有或门 当要用到或门时 必须要用与非门和非门同时 使用来代替或门 增加的原理图的复杂程度 11 17 5 体会与总结体会与总结 刚拿到题目时 感觉题目很简单 三个花样分别在纸上画好电路图 简单学习了 一下如何使用 Protues 后就开始仿真 但是不知道为什么就是无法出现预期效果 检查 电路图多次都没有问题 为什么仿真会失败呢 在和别的同学请教讨论后才知道 仿 真要想成功 不能只考虑理想情况 电路在仿真时会出现多种不稳定情况 需要不断 地调试 三种花样反别成功后再合并还需要加入防抖的元件 重新调试 由于选的题目相对复杂 所以小组方案花了两天多的时间才做好 接着就是做自 己的方案 由于小组成员的方案都不能一样 所以想新的思路尤为重要 而我们目前 所学的知识全部都来自课本 在思考新方法的时候 必须不断地看课本 看实验指导 书 在这个过程中 无疑会使自己对数电的知识掌握的更加牢固 因为如果对各种芯 片的功能和使用不熟悉 很难完成课程设计 由于是第一次使用 Protues 仿真 过程中 会不时的出现各种问题 眼看别的小组几个方案都成功了 心里很着急 曾几次想过 放弃 但最终坚持下来 并且成功完成课程设计 看着自己四个彩灯按照要求一次闪 烁 心里的成就感特别强烈 尽管设计原理图的过程曲折艰难 但最终靠着小组成员的共同努力 大家都成功 的做出了自己的方案 这让我知道了团队合作的重要性 有了同伴的鼓励与帮助 自 己才能学得更快更多 但这并不代表自己就可以什么都不做 只靠同伴 这样自己什 么都学不到 通过这次课设 不仅让自己对数电知识有了更深入形象的了解与体会 更加锻炼了自己一向薄弱的动手能力 而且在以前学过 protell99 电气 CAD 等绘图仿真 软件的基础上又学会了一种仿真软件 Protues 而在撰写课程设计说明书时发现 要想把芯片的工作原理 电路图的工作过程写清楚也不是那么容易的 而说明书的高 要求还要对 word 有一定的基础 这无形中又是对自己的一次锻炼 总之 经过这次的课程设计 自己无论是在专业知识方面课外知识方面还是团队 合作方面都有了很大的收获 12 17 参考文献参考文献 1 康华光 电子技术基础 数字部分 第五版 高等教育出版 2006 1 2 郭少勇 实验电子技术 石油出版社 3 王兰君 新编电工使用电路 500 例 河南科学技术出版社 4 王源 使用电路基础 机械工业出版社 5 钟谊 电子线路实战 科学出版社 6 何绪芃 曾发柞 脉冲与数字电路 成都 电子科技大学出版社 2001 1 7 祁存荣 陈伟 电子技术基础实验 数字部分 武汉理工大学教