燕山大学_eda_课程设计_霓虹灯(一)数字开关__蜂鸣器

燕山大学_eda_课程_霓虹灯(一)数字开关__蜂鸣器 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: 任文举 郑兆兆 教师职称: 实验师 实验师 第 1 页 共 1 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 燕山大学课程设计()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) 设计题霓虹灯(一) 目 设 ?用“彩色信号指示灯组L9~L26”中的L9~L17，L18~L26两组分别显示霓虹灯，计 每组以2种方式依次循环。 技 ?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，术 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个角的参 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。 数 ?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 ?用“彩色信号指示灯组L9~L26”显示霓虹灯。 计 ?用频率组模块实现频率变化。 要 ?用一个数字开关控制频率可调。 求 ?学会使用Max+PlusII软件和实验箱; 工 作 ?独立完成电路设计，编程下载、连接电路和调试; 量 ?参加答辩并书写任务书。 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; 工 2. 学习使用实验箱，继续电路设计; 作 计 3. 完成电路设计; 划 4. 编程下载、连接电路、调试和验收; 5. 答辩并书写任务书。 参 常丹华主编.《数字电子技术基础》.电子工业出版社.2011年 考 张强.《EDA课程设计指导书》.2013年 资 料 指导教师签字 基层教学单位主任签字 李鑫滨 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。 第 2 页 共 2 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 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、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 第 3 页 共 3 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 一、设计说明 1.1 设计 用“彩色信号指示灯组L9~L26”中的L9~L17，L18~L26两组分别显示霓虹灯，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: 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、L9~L17的每个灯与L18~L26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 第 4 页 共 4 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 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一所示: 图一 环 数字开关控制变频并实现频率循 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，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。模块示 第 5 页 共 5 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 图二(74154和反相器) 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，这样每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L22亮，而这两个灯处于常亮状态，可以将这两位数据线悬空。 第 6 页 共 6 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 该模块的电路原理图如图三所示: 图三 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。 Inputs Outputs GN LDN DNUP D C B A QD QC QB QA MXMN RCON X L X d C B a d c b a X X L H H L L L L H L 第 7 页 共 7 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 L H L H H H H H L L H L Count Up L H L H H Count Down L H H H X Hold Count L H 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(74154)和16个同步非门组成。实现4-16的数据选择，其真值表如表1-2所示: 输入 输 出 DCBA P15 P14 P13 P12 P11 P10 P9 P8 P7 P6 P5 P4 P3 P2 P1 P0 0000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0001 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0010 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0011 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0101 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0110 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0111 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1000 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1001 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1010 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1011 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1100 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1101 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1110 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1111 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 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: 第 8 页 共 8 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 灯 T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 L9/L17 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 L11/L15 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 L10 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 L12 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 L13 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 L14 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 L16 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 表1-3.1 第一组灯各状态的真值 灯 T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 L18/L26 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 L20/L24 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 L19 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 L21 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 L22 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 L23 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 L25 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 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: 第 9 页 共 9 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 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。其电路原理图如图四所示: 第 10 页 共 10 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 图四控制电路的原理图 2.3 总设计原理图 第 11 页 共 11 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 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(二进制加法计数器) CLK2输入时波形仿真图 第 12 页 共 12 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 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 第 13 页 共 13 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 本设计为控制彩灯实现霓虹灯显示，输出信号共有19条，其硬件连线如图所示L9~L26分别与试验箱彩色信号指示灯L9~L26对应。蜂鸣器与对应接线口相连。 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书，感到的是更多的快乐和自豪。 这次课程设计，我所做的霓虹灯(一)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L9~L26”中的L9~L17，L18~L26两组分别显示霓虹灯，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 第 14 页 共 14 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 辑操作的最终方案。最终方案可读性较好，电路复杂度较低同时又能比较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: 1常丹华主编.《数字电子技术基础》.电子工业出版社.2011年 2 强锡富. 传感器. 机械工业出版社，2001年 3 李科杰. 新编传感器技术手册. 国防工业出版社，2002年 4 贾伯年. 传感器技术. 东南大学出版社，1992年 5 杨宝清.孙宝元. 传感器及其应用手册. 2004年 6 单成祥. 传感器的理论与设计基础及其应用. 国防工业出版社. 1999年 第 15 页 共 15 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 燕山大学课程设计评审意见表 指导教师评语: ?该生学习态度 (认真 较认真 不认真) ?该生迟到、早退现象 (有 无) ?该生依赖他人进行设计情况 (有 无) 平时成绩: 指导教师签字: 2013 年 12 月 20 日 图面及其它成绩: 答辩小组评语: ?设计巧妙，实现设计要求，并有所创新。 ?设计合理，实现设计要求。 ?实现了大部分设计要求。 ?没有完成设计要求，或者只实现了一小部分的设计要求。 答辩成绩: 组长签字: 2013 年 12 月 20 日 课程设计综合成绩: 答辩小组成员签字: 2013年 12 月 20 日 第 16 页 共 16 页 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 第 17 页 共 17 页