信息燈的設(shè)計(jì)與制作課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 工作單位： &l

2、t;/p><p>　　題 目： 信息燈的設(shè)計(jì)與制作 </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　以7X9或5X7點(diǎn)陣方式組成英文STOP字樣</p><p>　　以流動方式循環(huán)顯示文字，如S-T-O-P-熄滅-S-T-O-P-熄滅-</p><p>　　循環(huán)顯示頻率快慢為

3、2S</p><p>　　選作：設(shè)計(jì)以依次增加方式循環(huán)顯示文字的電路，如S-ST-STO-STOP-熄滅-S-ST-</p><p>　　要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b></p><p><b>　　方案比較及

4、認(rèn)證</b></p><p><b>　　系統(tǒng)框圖，原理說明</b></p><p>　　硬件原理，完整電路圖，采用器件的功能說明</p><p><b>　　調(diào)試記錄及結(jié)果分析</b></p><p>　　對成果的評價(jià)及改進(jìn)方法</p><p><b>

5、;　　總結(jié)（收獲及體會）</b></p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　附錄：器件表，芯片資料</p><p><b>　　時(shí)間安排：</b></p><p>　　6月25日~6月28日：明確課題，收集資料，方案確定</p><p>　

6、　7月28日~7月2日：整體設(shè)計(jì)，硬件電路調(diào)試</p><p>　　7月2日~7月6日；報(bào)告撰寫，交設(shè)計(jì)報(bào)告，答辯</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 2012年 7月 4 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要4</

7、b></p><p><b>　　1 方案論證5</b></p><p>　　1.1 系統(tǒng)總體框圖5</p><p>　　1.2 各單元電路的方案5</p><p>　　1.2.1 脈沖產(chǎn)生電路5</p><p>　　1.2.2 計(jì)數(shù)器電路5</p><p>

8、;　　1.2.3 顯示電路7</p><p>　　2 電路設(shè)計(jì)參數(shù)的確定7</p><p>　　2.1 555定時(shí)器構(gòu)成的脈沖發(fā)生器7</p><p>　　2.2 由74LS194移位寄存器和74ls20構(gòu)成環(huán)形計(jì)數(shù)器8</p><p>　　2.3 LED燈構(gòu)成顯示電路9</p><p><b>　

9、　3 仿真測試10</b></p><p>　　3.1總體電路如下10</p><p>　　3.2測試結(jié)果11</p><p>　　3.2.1脈沖信號的測試11</p><p>　　3.2.2總體效果測試11</p><p>　　4 制作與調(diào)試12</p><p>　　4

10、.1制作的PCB板12</p><p>　　4.2連接完成的實(shí)物圖13</p><p><b>　　5 心得體會13</b></p><p><b>　　結(jié)束語14</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)15</b></p><p>&l

11、t;b>　　摘要</b></p><p>　　基于Protues的信息燈的仿真設(shè)計(jì)和制作，詳盡地對各個(gè)方案進(jìn)行論證，最后按最優(yōu)化的方案進(jìn)行仿真，實(shí)物制作，具體介紹了電路的設(shè)計(jì)方法和方案論證的方法。</p><p>　　設(shè)計(jì)的信息燈系統(tǒng)以555構(gòu)成脈沖產(chǎn)生部分，以74ls194和74ls20構(gòu)成的環(huán)形計(jì)數(shù)器電路，和led發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示電路組成，最終實(shí)現(xiàn)以流動方式循環(huán)顯

12、示文字。本系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)就是它結(jié)構(gòu)簡單易懂，制作起來也并不算麻煩，其缺點(diǎn)就是容易受自身電路元件以及周圍環(huán)境的影響，從而導(dǎo)致測量結(jié)果與實(shí)際值的偏差。</p><p>　　關(guān)鍵詞：信息燈 脈沖產(chǎn)生 環(huán)形計(jì)數(shù)器 循環(huán)顯示</p><p><b>　　信息燈的設(shè)計(jì)與制作</b></p><p><b>　　1 方案論證</b>

13、;</p><p>　　1.1 系統(tǒng)總體框圖</p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)方框圖</b></p><p>　　1.2 各單元電路的方案</p><p>　　1.2.1 脈沖產(chǎn)生電路</p><p>　　時(shí)鐘脈沖：脈沖信號是一個(gè)按一定電壓幅度，一定時(shí)間間隔連續(xù)發(fā)出的脈沖信號。脈沖信號之間的

14、時(shí)間間隔稱為周期；而將在單位時(shí)間（如1秒）內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)稱為頻率。頻率是描述周期性循環(huán)信號（包括脈沖信號）在單位時(shí)間內(nèi)所出現(xiàn)的脈沖數(shù)量多少的計(jì)量名稱；頻率的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位是Hz（赫）。</p><p>　　方案一：利用單片機(jī)技術(shù)，通過c語言編程，控制單片機(jī)，使其產(chǎn)生所需要的脈沖信號。</p><p>　　方案二：利用DDS技術(shù)，通過相應(yīng)的硬件電路和程序控制，DDS芯片可以產(chǎn)生具有低功耗、

15、高分辨率和快速轉(zhuǎn)換時(shí)間的脈沖信號。</p><p>　　方案三：利用555定時(shí)器組成多諧振蕩器，作為總個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘源。</p><p>　　方案比較：方案一和方案二都可以產(chǎn)生所需的精確的時(shí)鐘脈沖，但是其制作的過程作過程比較繁瑣，電路復(fù)雜，容易出錯(cuò)，此外，方案一和方案二中均需用到單片機(jī)，與課設(shè)的要求相違背。方案三芯片通用性強(qiáng)，成本低，電路簡單，制作簡便，容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生所需的時(shí)鐘脈沖，其缺點(diǎn)是脈

16、沖的精度不高，綜上分析，選擇方案三。</p><p>　　1.2.2 計(jì)數(shù)器電路</p><p>　　環(huán)形計(jì)數(shù)器是由移位寄存器加上一定的反饋電路構(gòu)成的，用移位寄存器構(gòu)成環(huán)形計(jì)數(shù)器的一般框圖（見圖2），它是由一個(gè)移位寄存器和一個(gè)組合反饋邏輯電路閉環(huán)構(gòu)成，反饋電路的輸出接向移位寄存器的串行輸入端，反饋電路的輸入端根據(jù)移位寄存器計(jì)數(shù)器類型的不同，可接向移位寄存器的串行輸出端或某些觸發(fā)器的輸出端。

17、</p><p><b>　　圖2 環(huán)形計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　根據(jù)本系統(tǒng)的要求，要求此部分電路能產(chǎn)生5種狀態(tài)的環(huán)形計(jì)數(shù)器，并能故偶輸出并行數(shù)據(jù)。故有以下兩種方案。</p><p>　　方案一：利用多個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成寄存器，根據(jù)題目要求，用4個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成4位的寄存器，再和四輸入的與非門構(gòu)成環(huán)形計(jì)數(shù)器，并能輸出并行數(shù)據(jù)。此處采用雙D觸發(fā)器

18、74ls74由于一個(gè)D觸發(fā)器可實(shí)現(xiàn)一位二進(jìn)數(shù)的存儲，因此應(yīng)采用2片實(shí)現(xiàn)74ls74實(shí)現(xiàn)4位寄存器。又要要實(shí)現(xiàn)移位寄存，4個(gè)D觸發(fā)器之間應(yīng)相互聯(lián)接。電路如下：</p><p>　　圖3 方案一電路圖 </p><p>　　方案二：采用集成的移位寄存器和與非門構(gòu)成環(huán)形計(jì)數(shù)器。本方案采用4位雙向移位寄存器74ls194和四輸入與非門74ls20構(gòu)成環(huán)形計(jì)數(shù)器。電路如下：</p>&

19、lt;p><b>　　圖4 方案二電路圖</b></p><p>　　方案比較：方案一和方案二均可以構(gòu)成環(huán)形計(jì)數(shù)器，但是方案一電路較為復(fù)雜，電路穩(wěn)定性較差，而方案二采用的是集成的芯片，穩(wěn)定性好，且電路簡單，制作容易，所以采用方案二。</p><p>　　1.2.3 顯示電路</p><p>　　方案一：文字的流動可以用普通的5*7點(diǎn)陣外加

20、計(jì)數(shù)器與譯碼器控制顯示。</p><p>　　方案二：采用5*7點(diǎn)陣LED智能顯示器，如DLG-7137，它的最大特點(diǎn)是可以顯示ASCⅡ碼中的96個(gè)字符，而且使用方法較為簡捷。但是智能顯示器需要編程控制，這里不采用。（注意：由于這個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之處在于流動控制部分的設(shè)計(jì)，所以顯示部分我們可以用顏色不同的發(fā)光發(fā)光二極管來代替。）</p><p>　　2 電路設(shè)計(jì)參數(shù)的確定</p>

21、<p>　　2.1 555定時(shí)器構(gòu)成的脈沖發(fā)生器</p><p>　　下圖5所示為其管腳圖，圖6為其工作波形。</p><p>　　圖5 內(nèi)部功能圖 圖6 定時(shí)器工作波形 </p><p>　　由圖6可知，振蕩周期。為電容充電時(shí)間，為電容放電時(shí)間。<

22、;/p><p><b>　　充電時(shí)間 </b></p><p><b>　　放電時(shí)間 </b></p><p><b>　　矩形波的振蕩周期</b></p><p>　　因此改變、和電容C的值，便可改變矩形波的周期和頻率。</p><p>　　由于此設(shè)計(jì)中要

23、求循環(huán)周期為2S，而顯示有五種不同情況，故其脈沖周期為T=0.4S</p><p>　　選用R=100KΩ，R=100KΩ，C=2μF，</p><p>　　則T=0.7(R+2 R) C≈0.4S。</p><p>　　2.2 由74LS194移位寄存器和74ls20構(gòu)成環(huán)形計(jì)數(shù)器</p><p>　　一個(gè)觸發(fā)器能存儲一位二進(jìn)制數(shù)，n位二進(jìn)

24、制數(shù)則需n個(gè)觸發(fā)器來存儲。當(dāng)n位數(shù)據(jù)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)稱為并行數(shù)據(jù)，而n位數(shù)據(jù)按時(shí)間先后一位一位出現(xiàn)時(shí)稱為串行數(shù)據(jù)。串行數(shù)據(jù)需要一個(gè)時(shí)鐘信號來分辨每一個(gè)數(shù)據(jù)位。用n個(gè)觸發(fā)器組成的n位移位寄存器可以用來寄存n位串行數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)到並行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，也可實(shí)現(xiàn)並行數(shù)據(jù)到串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　在寄存器中存儲的數(shù)據(jù)由低位向高位移動一位時(shí)，即數(shù)據(jù)右移，例如二進(jìn)數(shù)0011向高位移動一位變成0110，二進(jìn)制數(shù)由3變

25、為6。同理，數(shù)據(jù)由高位向低位移動稱為左移，左移一位，數(shù)據(jù)相當(dāng)于除2。因此移位寄存器有左移寄存器和右移寄存器之分。</p><p>　　TTL集成移位寄存器74194是四位雙向移位寄存器，具有并行寄存，左移寄存，右移寄存和保持四種工作模式，由M1M0端信號確定74194的工作模式。為低電平有效的清零端， DSR為右移串行輸入端，DSL為左移串行輸入端，D3D2D1D0為并行輸入端。圖3.2和表3.1分別為74LS1

26、94的引腳圖和真值表：</p><p>　　圖7 74LS194引腳圖 </p><p>　　表1 74LS194功能表</p><p><b>　　本部分的電路如下：</b></p><p><b>　　圖8 環(huán)形計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　2.3 LED燈構(gòu)成

27、顯示電路</p><p>　　發(fā)光二極管為電流點(diǎn)亮元件，所以保護(hù)電阻稱為限流電阻發(fā)光二極管根據(jù)顏色不同壓降不同一般發(fā)光二極管：電壓降：黃色1.4V 紅色1.6V 綠色2.2V 藍(lán)色與白色2.5-3.5 等。</p><p>　　工作電流：I=3mA-10mA 電流過低就不能點(diǎn)亮限流電阻發(fā)熱解決辦法：若要接1k 電阻發(fā)熱可并聯(lián)2個(gè)2k 電阻。</p><p><

28、b>　　圖9 顯示電路</b></p><p><b>　　3 仿真測試</b></p><p><b>　　3.1總體電路如下</b></p><p><b>　　圖10 仿真電路圖</b></p><p>　　當(dāng)接通開關(guān)時(shí)，所有的元件開始工作。這時(shí)在原始復(fù)

29、位電路的作用下，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號，此信號作為74ls194的時(shí)鐘信號 ，在CP信號作用下，74ls194的并行輸出口Q3,Q2,Q1,Q0依次輸出0111,1011,1101,1110,1111，所以發(fā)光二極管依次點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)了S-T-O-P-熄滅-S-T-O-P-熄滅-的功能。</p><p><b>　　3.2測試結(jié)果</b></p><p>　　3.2.1脈

30、沖信號的測試</p><p><b>　　、</b></p><p>　　圖11 555脈沖信號仿真圖</p><p>　　由上圖可以看出：脈沖信號的周期為0.4s，則環(huán)形計(jì)數(shù)器在5種狀態(tài)下循環(huán)，其周期為2s，滿足題目要求。</p><p>　　3.2.2總體效果測試</p><p>　　圖12

31、仿真結(jié)果顯示圖</p><p>　　從圖上我們可以看出，4個(gè)燈可以依次點(diǎn)亮，可以實(shí)現(xiàn)“S-T-O-P-熄滅-”的循環(huán)，經(jīng)仿真測試可知，該方案可行。</p><p><b>　　4 制作與調(diào)試</b></p><p>　　4.1制作的PCB板</p><p><b>　　圖</b></p>

32、<p>　　圖13 制作的PCB板</p><p>　　經(jīng)過兩周的時(shí)間，我們這組的成員通過明確分工與積極配合，終于完成了這次的設(shè)計(jì)任務(wù)。開始兩天我們通過各種可以用的方法途徑收集和課程設(shè)計(jì)相關(guān)的資料，熟悉課題任務(wù)和要求，經(jīng)過驗(yàn)證，接著確立一個(gè)可行的總體方案設(shè)計(jì)?；谖覀儗τ谶@個(gè)課題的了解，設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的硬件電路，并根據(jù)硬件電路設(shè)計(jì)好軟件，最后進(jìn)行調(diào)試。上圖是制作的PCB板，但是在實(shí)際的制作中，由于沒有

33、相關(guān)的設(shè)備，所以制作的作品是在面包板上連接的。</p><p>　　4.2連接完成的實(shí)物圖</p><p><b>　　圖14 實(shí)物圖</b></p><p>　　在實(shí)際的連接過程中，出現(xiàn)了連接不牢固，電容接反，芯片引腳接錯(cuò)等問題。在查閱資料以及和同學(xué)們討論，最終完成了設(shè)計(jì)，實(shí)物圖如上。</p><p><b>

34、;　　5 心得體會</b></p><p>　　雖然是一個(gè)小小的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，但我們要從中看到大學(xué)問，他不僅是考察我們對知識的掌握程度，同時(shí)他也考察了我們的動手能力，而且在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程中我們通過查詢資料以及請教同學(xué)老師，使我們的只是進(jìn)一步得到了強(qiáng)化，同時(shí)在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程中我們的思維也得到了開拓，比如在此次的彩燈設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中我了解到了許多軟件的應(yīng)用，使我更好的掌握Proteus軟件，在畫電路圖的時(shí)候，如何讓

35、選擇元器件，以及如何對元器件進(jìn)行連接，如何加載程序并進(jìn)行仿真。同時(shí)也開拓了我們的思維。通過這次課程設(shè)計(jì)讓我明白了理論和實(shí)際操作之間的差距，而且也讓我很明確的意識到自己在數(shù)電上有很多的知識漏洞，以后應(yīng)該多專研一下。同時(shí)我也深刻的理解到了“紙上得來終覺淺，覺知需躬行這句話的真正含義。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)初步實(shí)現(xiàn)了必

36、要的功能，對自己起到了很好的鍛煉，提高了自己的動手能力，充分考驗(yàn)了各方面的電學(xué)知識及應(yīng)用能力，但還有幾個(gè)問題沒有解決。</p><p>　　1附加功能未完成，即信息燈以依次增加方式循環(huán)顯示的電路未設(shè)計(jì)，顯示方式控制電路也未完成。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】高吉祥. 模擬電子線路設(shè)計(jì) 北京：電子工業(yè)出

37、版社，2007．</p><p>　　【2】曾素瓊. EDA技術(shù)在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的探討 成都：實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2005.</p><p>　　【3】康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ) 武漢：高等教育出版社，2006.</p><p>　　【4】伍時(shí)和，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 北京：清華大學(xué)出版社，2009.</p><p>　　【5】黃智偉．全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競