eda課程設(shè)計--霓虹燈

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 說 明 書</p><p>　　題目： 霓虹燈（一） </p><p>　　課程設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　院（系）：電氣工程學院 基層教學單位：電子實驗中心 </p><p>　　說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份

2、。</p><p><b>　　年 月 日 </b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、設(shè)計說明…………………………………………………………………………………4</p><p>　　1.1 設(shè)計思路…………………………………………………………………………

3、…4</p><p>　　1.2 模塊介紹……………………………………………………………………………5</p><p>　　1.3 真值表及功能分析…………………………………………………………………6</p><p>　　二、電路原理圖………………………………………………………………………………9</p><p>　　2.1 計時器模塊的電路

4、原理圖…………………………………………………………9</p><p>　　2.2控制電路的電路原理圖……………………………………………………………10</p><p>　　2.3總設(shè)計原理圖………………………………………………………………………11</p><p>　　三、波形仿真圖 ……………………………………………………………………………12</p>

5、<p>　　3.1 自動變頻計數(shù)模塊的波形仿真圖 ………………………………………………12</p><p>　　3.2 總體電路的波形仿真圖 …………………………………………………………12</p><p>　　四、管腳鎖定及硬件連線 …………………………………………………………………13</p><p>　　4.1輸入信號的管腳鎖定及硬件連線 ………

6、………………………………………13</p><p>　　4.2 輸出信號的管腳鎖定及硬件連線 ………………………………………………14</p><p>　　五、心得體會 ………………………………………………………………………………15</p><p>　　參考文獻 ……………………………………………………………………………………15</p><p

7、><b>　　一、設(shè)計說明</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計思路</b></p><p>　　用“彩色信號指示燈組L9~L26”中的L9~L17，L18~L26兩組分別顯示霓虹燈，每組以2種方式依次循環(huán)。第1種是中間的1個二極管先點亮保持，接著圍繞其的4個二極管被點亮保持，然后所有的二極管被點亮， 最后再按照相反的方式熄滅二

8、極管，即4個角的二極管先熄滅，接著熄滅圍繞中心的4個二極管，最后熄滅中間的一個二極管；第2種是中間一列二極管點亮，然后由左上角至右下角3個二極管點亮，接著中間一行二極管點亮，最后由右上角至左下角3個二極管點亮。結(jié)束后再循環(huán)一遍第2種方式。</p><p>　　設(shè)計要求循環(huán)頻率1hz和2hz可調(diào)。根據(jù)實驗要求和指導老師意見，本設(shè)計采用自動變頻的設(shè)計方案。</p><p>　　通過對設(shè)計要求的

9、分析，可以得出如下結(jié)論和相應(yīng)的解決方案：</p><p>　　1、一個周期包含十五種狀態(tài)；可以利用16進制帶預(yù)置數(shù)功能的計數(shù)器循環(huán)產(chǎn)15個控制信號，利用一個4選16的數(shù)據(jù)選擇器依次控制各種工作狀態(tài)；</p><p>　　2、L9~L17的每個燈與L18~L26的每個燈一一對應(yīng)，可以相應(yīng)的一組可以用同一根線控制線控制；</p><p>　　3、燈L13和L22在整個周

10、期里只有第一個狀態(tài)和第六個狀態(tài)熄滅，因此設(shè)想使L13、L22處于常亮狀態(tài)，在第一和第六狀態(tài)時熄滅，可以減小電路的復雜度；</p><p>　　4、在整個周期中，L9和L17、L11和L15的亮滅狀況始終相同，為了減小電路的復雜度，將L9和L17、L11和L15的選擇線分別連接；</p><p>　　5、利用16進制計數(shù)器輸出端的周期變化，控制觸發(fā)器的狀態(tài)，進而選時鐘信號，實現(xiàn)1Hz和2Hz

11、的變頻。</p><p><b>　　1.2 模塊介紹</b></p><p>　　1.2.1 自動變頻計數(shù)模塊</p><p>　　為了實現(xiàn)包含15個狀態(tài)的循環(huán)控制，必須應(yīng)用一個15進制以上的計數(shù)器模塊。本設(shè)計采用4位同步二進制加減計數(shù)器74191，利用其可預(yù)置數(shù)和可以加減計數(shù)的功能，實現(xiàn)十五進制計數(shù)。</p><p>

12、;　　利用T觸發(fā)器的特征和74191的進位輸出,加上必要的與門和非門,可以實現(xiàn)變頻控制,實現(xiàn)15進制1Hz和15進制2Hz的依次轉(zhuǎn)換。</p><p>　　自動變頻計數(shù)模塊模塊示意圖如圖1_1所示：</p><p>　　1.2.2 數(shù)據(jù)選擇模塊</p><p>　　本設(shè)計需要采用15中工作狀態(tài)，74191輸出15個整周期的數(shù)據(jù)選擇信號（其中輸出16和0分別為半個周期

13、），采用4-16、負邏輯輸出的譯碼器，依次選擇每一個控制電路，從而選擇不同的工作狀態(tài)。為了實現(xiàn)每個工作狀態(tài)控裝置電路的邏輯或功能，將每一個負邏輯輸出段加一級反相器。為了提高電路原理圖的可讀性，設(shè)計了一個16-16的負邏輯轉(zhuǎn)換模塊。</p><p>　　模塊示意圖如圖1_2所示：</p><p>　　1.2.3 控制電路</p><p>　　利用數(shù)據(jù)選擇器選送的有效信

14、號控制相應(yīng)狀態(tài)的顯示，每一個輸出端口（對燈而言），在輸出之前進行邏輯或運算，這樣沒一個燈在相應(yīng)的選中狀態(tài)下是亮，在都未選中是熄滅。</p><p>　　其中對于L13和L22而言，只有在最初上電及第一種循環(huán)方式結(jié)束時才熄滅，因此，L13和L22的控制方式與其余各燈相反，保持其常亮狀態(tài)，在初始狀態(tài)和狀態(tài)6時關(guān)掉。在狀態(tài)1和狀態(tài)5時，只有L13和L2亮，而這兩個燈處于常亮狀態(tài)，可以將這兩位數(shù)據(jù)線懸空。</p&g

15、t;<p>　　該模塊的電路原理圖如圖1-3所示：</p><p>　　1.3 真值表及功能分析</p><p>　　1.3.1 74191的真值表及功能分析</p><p>　　4位同步二進制加減計數(shù)器74191的真值表如表1-1所示。根據(jù)表可以看出，LDN為預(yù)置數(shù)端，當其為低電平時置數(shù)。計數(shù)和保持時，輸出端MXMN保持低電平，當輸出為最大值（增計數(shù)

16、模式時）或最小值（減計數(shù)模式時），輸出高電平。利用MXMN的輸出特性，可以實現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換。</p><p>　　7根據(jù)4191的真值表，假設(shè)T0為初始狀態(tài)，T15為結(jié)束狀態(tài)，因為在T15狀態(tài)剛開始時，即將LDN端置地，使得T15狀態(tài)不穩(wěn)定，根據(jù)仿真結(jié)果可知T0和T15各占0.5個周期。并不影響電路的正常工作。</p><p>　　1.3.2 數(shù)據(jù)選擇模塊的真值表</p><

17、;p>　　數(shù)據(jù)選擇模塊有一個負邏輯輸出4-16的數(shù)據(jù)選擇器和一個同步的16-16的自定義取反模塊組成。實現(xiàn)4-16的數(shù)據(jù)選擇，其真值表如表1-2所示：</p><p>　　1.3.3 電路各狀態(tài)的真值表</p><p>　　根據(jù)計數(shù)器提供的4進制數(shù)和數(shù)據(jù)選擇模塊的譯碼，以及電路的工作特點，可得電路各狀態(tài)的真值表如表1-3所示：</p><p>　?。ㄆ渲?，T0

18、狀態(tài)和T15狀態(tài)為不穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)仿真結(jié)果，均為半個周期，T0和T15狀態(tài)相連，可以作為是一個周期。狀態(tài)1為燈亮，狀態(tài)0為燈滅）</p><p><b>　　二、電路原理圖</b></p><p>　　2.1 計時器模塊的電路原理圖</p><p>　　計時器模塊的電路原理圖如圖2-1所示：</p><p>　　其中，時

19、鐘模塊采用自定義模塊實現(xiàn)，其原理圖如圖2-2所示，有圖可以看出，利用74191的輸出位RCON和T觸發(fā)器已經(jīng)邏輯位運算，可以實現(xiàn)對輸入信號（本設(shè)計取4Hz）進行自動依次循環(huán)2分頻和4分頻，從而實現(xiàn)變頻功能。</p><p>　　控制電路的電路原理圖</p><p>　　控制電路的采用對每個狀態(tài)的有效信號（高電平）進行或操作，使得最終每個燈的都可以實現(xiàn)各狀態(tài)獨自控制。其電路原理圖如圖2-3所

20、示:</p><p><b>　　總設(shè)計原理圖</b></p><p><b>　　三、波形仿真圖</b></p><p>　　3.1 自動變頻計數(shù)模塊的波形仿真圖</p><p>　　自動變頻計數(shù)模塊的核心在于計數(shù)器的十五進制計數(shù)以及時鐘模塊每隔十五個狀態(tài)的自動變頻。</p><

21、;p>　　波形仿真圖如圖3-1所示（其中，T0和T15為不穩(wěn)定狀態(tài)，各占半個周期）：</p><p>　　3.2 總體電路的波形仿真圖</p><p>　　總體電路的波形仿真圖應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)電路的真值表，即表1-3所示的功能加上每個十五個狀態(tài)自動變頻的功能。</p><p>　　波形仿真圖如圖3-2所示（由于受到紙張限制，將波形圖分模塊截取，其中圖3-2.1為兩

22、個周期的整體仿真圖，圖3-2.2為一個周期T0~T6狀態(tài)的仿真圖，圖3-2.3為一個周期T7~T15的仿真圖）：</p><p>　　四、管腳鎖定及硬件連線</p><p>　　4.1輸入信號的管腳鎖定及硬件連線</p><p>　　本設(shè)計的輸入信號為4Hz時鐘周期信號，其管腳鎖定為PIN193，硬件連接圖如圖4-1所示：</p><p>　

23、　4.2 輸出信號的管腳鎖定及硬件連線</p><p>　　本設(shè)計為控制2X9的彩燈實現(xiàn)霓虹燈顯示，輸出信號共有18條，其硬件連線如圖4-2所示：</p><p>　　輸出端各管腳鎖定情況如下：</p><p>　　L13-- PIN88</p><p>　　L22-- PIN173 </p><p>　　L

24、18-- PIN173</p><p>　　L26-- PIN190 </p><p>　　L17-- PIN93 </p><p>　　L9-- PIN83 </p><p>　　L20-- PIN 175 </p><p>　　L24-- PIN187</p><p>　　L1

25、1-- PIN86 </p><p>　　L15-- PIN90</p><p>　　L10-- PIN85 </p><p>　　L19-- PIN174 </p><p>　　L12-- PIN87 </p><p>　　L21-- PIN176 </p><p>　　L14-- PIN

26、89 </p><p>　　L23-- PIN179 </p><p>　　L16-- PIN92</p><p>　　L25-- PIN189</p><p><b>　　五、 心得體會</b></p><p>　　這次課程設(shè)計，我所做的是利用兩組彩燈實現(xiàn)霓虹燈的多種方式的控制。通過這次課程

27、設(shè)計，我的數(shù)電知識得到了很深的鞏固，激起了我對數(shù)字電子技術(shù)和可編程硬件的極大興趣和學習欲望。</p><p>　　在設(shè)計的過程中得到了指導老師和同學的幫助和啟發(fā)，內(nèi)容由我自主設(shè)計完成，本次課設(shè)提高了我處理實際問題的能力，其中整體電路的設(shè)計思想，自動變頻模塊的設(shè)計和控制電路的設(shè)計大大提高了我自主開發(fā)的信心和利用邏輯關(guān)系解決控制問題的能力。</p><p>　　本次課設(shè)內(nèi)容是用“彩色信號指示燈

28、組L9~L26”中的L9~L17，L18~L26兩組分別顯示霓虹燈，每組以2種方式依次循環(huán)。在構(gòu)思初期，我曾設(shè)想利用數(shù)據(jù)選擇器選中每一個狀態(tài)的控制電路，以此實現(xiàn)循環(huán)控制。相當于對局部進行設(shè)計。這種思路的工作量十分龐大，最后在老師的啟發(fā)下，設(shè)計出了采用整體控制方式并在輸出端對個各狀態(tài)的有效信號實行“或”的邏輯操作的最終方案。最終方案可讀性極高，電路復雜度低同時又能十分完整的實現(xiàn)設(shè)計要求。再次對指導老師表示感謝。</p>&l

29、t;p>　　同時這次課設(shè)讓我熟練掌握了EDA設(shè)計軟件MAX+plus，認識到了可編程硬件的強大功能，為我以后的學習指明了方向。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》.閻石主編.高等教育出版社.</p><p>　　《EDA課程設(shè)計B指導書》.</p><p>