武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书
学 号：
课 程 设 计
题 目 学 院 班 级 姓 名 指导教师
三种图案霓虹灯控制器设计
自动化学院
邓坚 李波
2011 年 6 月 26 日
武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书
课程设计任务书
学生姓名： 专业班级： 自动化
指导教师： 邓坚 李波 工作单位： 自动化学院
题 目: 三种图案霓虹灯控制器设计 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:
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：
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： 2011年 6月26日 系主任（或责任教师）签名： 2011年 6月26日
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目录
引言 .................................................................................................................. - 1 - 1 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 ...................................................................................................... - 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 .............................................................................................. - 6 - 3.1计数器 ...................................................................................................... - 6 - 3.2译码器 ...................................................................................................... - 8 - 4 调试与检测 ................................................................................................ - 10 - 5 体会与总结 ................................................................................................. - 11 - 参考文献 ........................................................................................................ - 12 - 本科生课程设计成绩评定表 ........................................................................ - 13 -
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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。
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1 设计意义及要求
1.1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
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:
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。
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2 方案设计
2.1设计思路
<方案一>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：
四盏灯（红；绿；蓝；黄）
数 据 选 择 器 数 据 选 择 器 数 据 选 择 器
图2-1利用译码器实现的原理
<方案二>：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。
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计数器 计数器
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2.2设计方案
<方案一>原理图：
0100000000011000000000 1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。
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<方案二>原理图：
U7:A01U1345627119101D0D1D2D3SRSLCLKS0S1MR74194Q0Q1Q2Q3151413123451213U10:B12374044D1LED-REDU7:B7427U10:C6574046D2LED-GREEN74273U2:B7407U7:CU5:A2191011813U10:D127404D3LED-BLUE48U2:A2740717404U3151109541114D0D1D2D3UPDNPLMR74192Q0Q1Q2Q3TCUTCD3267U8:C740874271213U11:A1211U10:E107404D4LED-YELLOW742791U2121310U10:AQ0Q1Q2Q31514131221740410345627119101D0D1D2D3SRSLCLKS0S1MR741941U51312U8:D7408+15V9U10:F802110911726543MRS1S0CLKSLSRD3D2D1D074194Q3Q2Q1Q01213141511U3:A2740774048U13QDCU12:A7404RVCC6740455CV7R15.7k1511095411141U6:C4303U41U3:B157407109541114D0D1D2D3UPDNPLMR74192Q0Q1Q2Q3TCUTCD32671213U6D0D1D2D3UPDNPLMR741922Q0Q1Q2Q3TCUTCD3267121312U8:A32GNDTRTH61C21uF4R224.3k74085551C11000uFU9:A17407
2.3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。
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3 部分电路设计
3.1计数器
1413121115Q0Q1Q2Q3RCO74160Q0Q1Q2Q3RCOU2ENPENTCLKLOADMR1413121115U15741613456710291345601710291ENPENTCLKLOADMRD0D1D2D3D0D1D2D3 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：
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功能表
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3.2译码器
23222120ABCDE1E21819真值表：
17404引脚图：
01234567101112131415123456710111314151617U13:A274HC154U1232221201819ABCDE1E201234567101112131415123456710111314151617武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书
U374HC154
974048232221201819ABCDE1E2U13:F第- - 8 - -页
01234567101112131415123456710111314151617U474HC154 武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书
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。
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4 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。
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5 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。
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参考文献：
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[10] 王兆安，黄俊.电力电子技术.北京:机械工业出版社,2000 [11] 苏玉刚，陈渝光.电力电子技术.重庆:重庆大学出版社,2003.4 [12] 张葛祥.MATLAB仿真技术与应用.北京:清华大学大学出版社,2003 [13] 高吉祥. 电子技术基础实验与课程设计. 电子工业出版社，2002 [14] 王兴亮主编.现代音响和调音技术.西安电子科技大学出版，2006 [15] 包亚萍主编.数字逻辑设计与数字电路实验技术.中国水利出版社，2003 [16] 朱宝华主编.电子测试与实验.清华大学出版社，2004.4
[17] 陈永甫主编.数字电路基础及快速识图.人民邮电出版社，2006.5 [18] 周惠朝.常用电子元件及典型应用.电子工业出版社，2005
[19] 刘修文主编.实用电子电路设计制作300例.中国电力出版社，2005
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本科生课程设计成绩评定表
姓 名 专业、班级 课程设计题目： 课程设计答辩或质疑记录： 李静 自动化学院自动化0904 性 别 女 成绩评定依据： 设计方案 与内容 （30分） 制作与调试 （20分） 说明书内容与规范程度 （30分） 答 辩 （10分） 学习态度 与考勤 （10分） 总 分 （100分） 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
2011年 7月 12日
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