電工電子綜合課程設計-廣告彩燈控制電路設計

1、<p><b>　　課 程 設 計</b></p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　學生姓名： 專業(yè)班級： </p><p>　　指導教師： 工作單位： 自動化學院 </p><p>　　題

2、目: 廣告彩燈控制電路設計 </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　運用所學的模擬電路和數(shù)字電路等知識；</p><p>　　用到的元件：實驗板、電源、連接導線、74系列芯片、555芯片等。</p><p>　　要求

3、完成的主要任務:</p><p>　　現(xiàn)有9只彩燈，試設計一控制電路，要求彩燈能實現(xiàn)如下追逐圖案；</p><p>　　第一層3只紅燈右移，每燈亮的時間為0．8秒；</p><p>　　第二層3只藍燈右移，每燈亮的時間為0．8秒；</p><p>　　第三層3只黃燈右移，每燈亮的時間為0．8秒；</p><p>　　三

4、色彩燈同時右移，每組燈亮的時間為1．6秒；</p><p>　　三色彩燈同時左移，每組燈亮的時間為1．6秒；</p><p>　　彩燈控制電路工作狀態(tài)按照上述2至6步自動重復循環(huán)。</p><p>　　嚴格按照課程設計說明書要求撰寫課程設計說明書。</p><p><b>　　時間安排：</b></p>&

5、lt;p>　　下達課程設計任務書，根據(jù)任務書查找資料；</p><p>　　第2～4天 進行方案論證，軟件模擬仿真并確定設計方案；</p><p>　　第5天 提交電路圖，經(jīng)審查后領(lǐng)取元器件；</p><p>　　第6～8天 組裝電路并調(diào)試，檢查錯誤并提出問題；</p><p>　　第9～11天 結(jié)果分析整理，撰寫課程設計報告，

6、驗收調(diào)試結(jié)果；</p><p>　　第12～14天 補充完成課程設計報告和答辯。</p><p>　　指導教師簽名： 2011年 6月26日</p><p>　　系主任（或責任教師）簽名： 2011年 6月26日</p><p><b>　　目 錄</b&

7、gt;</p><p><b>　　引 言1</b></p><p>　　1 設計意義及要求2</p><p>　　1.1 設計意義2</p><p>　　1.2 設計要求2</p><p><b>　　2 方案設計3</b></p><p&g

8、t;　　2.1 設計思路3</p><p>　　2.2 方案設計3</p><p>　　2.2.1 設計方案一電路圖3</p><p>　　2.2.2 設計方案二電路圖5</p><p>　　2.3 方案比較6</p><p>　　3 部分電路設計7</p><p>　　3.1 脈沖

9、輸出電路7</p><p>　　3.2 計數(shù)器電路單元8</p><p>　　3.3 譯碼器電路單元13</p><p>　　3.4 控制與顯示電路單元17</p><p>　　4 調(diào)試與檢測20</p><p>　　4.1 調(diào)試中故障與解決辦法20</p><p>　　4.2 調(diào)試

10、與運行結(jié)果21</p><p>　　5 仿真操作步驟及使用說明22</p><p><b>　　結(jié)束語23</b></p><p><b>　　參考文獻24</b></p><p><b>　　附錄 電路圖25</b></p><p><

11、b>　　引 言</b></p><p>　　當代大學生肩負著建設祖國的艱巨任務，社會對大學生的能力要求很高。我們要努力使自己符合社會的要求。大學生不僅要學好專業(yè)知識，用科學文化知識來武裝自己，使自己在激烈的競爭中占據(jù)主動，還要有過硬的動手能力，學以致用。</p><p>　　學習了《模擬電子技術(shù)基礎》和《數(shù)字電子技術(shù)基礎》后，趕上電工電子課程設計的實習。我們有機會運用自

12、己所學的知識來完成相關(guān)課程設計，做出自己設計的控制電路。通過設計，我們能夠運用自己所掌握的模電數(shù)電等知識，并在運用中逐漸熟練掌握一些常用芯片的功能。不僅使理論知識得以強化，進一步使相關(guān)知識升華。</p><p>　　我們所選的項目是“廣告彩燈控制電路設計”?，F(xiàn)在多功能彩燈在裝飾方面的運用很廣泛，多功能彩燈不僅要實現(xiàn)顏色多樣化，還要實現(xiàn)姿態(tài)多樣化，不只單調(diào)的追求色彩的簡單變化，更追求形式的豐富多樣，大街上正是有了這

13、些閃爍的彩燈才使現(xiàn)代社會燈火通明，花樣層出不群，使我們的生活更加非富多彩。</p><p>　　通過課程設計我們可以初步學習到如何在實際生活中運用自己所學的專業(yè)知識，通過發(fā)現(xiàn)問題解決問題，完成自己的任務。在課程設計過程中，我們還可以鍛煉自己的耐心細心程度，細節(jié)決定成敗。這次課程設計不僅是一次學習鍛煉的機會，更是一次自我強化的過程。通過此次課程設計使自己不僅學到了課堂上不可能學到的東西以外，更重要的體會到了細節(jié)決定

14、成敗的內(nèi)涵，有時候一點的疏忽就會毀掉一個電路。</p><p><b>　　1 設計意義及要求</b></p><p><b>　　1.1 設計意義</b></p><p>　　通過對《模擬電子技術(shù)基礎》和《數(shù)字電子技術(shù)基礎》的學習，我們掌握了一些關(guān)于模擬和數(shù)字電子技術(shù)的基礎知識和基本技能，通過學習掌握了一些門電路、元器件

15、芯片的結(jié)構(gòu)及其工作原理等知識。通過為期兩周的課程設計，可以讓我們對課堂上的理論知識有更深入的理解，同時做到理論與實際相結(jié)合。此外，課程設計能夠訓練我們的創(chuàng)新思維，提高綜合解決問題的能力。</p><p>　　通過設計廣告彩燈控制電路，尤其熟練的掌握了計數(shù)器譯碼器以及555定時器電路的功能和使用方法，進一步理解了它們的功能，而且學會了一些檢查電路的基本方法，那些是在課堂上所不能學習到的知識，通過理論聯(lián)系實際收獲頗多

16、，給以后設計大型電路打下了堅實的基礎。</p><p><b>　　1.2 設計要求</b></p><p>　　現(xiàn)有9只彩燈，試設計一控制電路，要求彩燈能實現(xiàn)如下追逐圖案；</p><p>　　1)第一層3只紅燈右移，每燈亮的時間為0．8秒；</p><p>　　2）第二層3只藍燈右移，每燈亮的時間為0．8秒；<

17、/p><p>　　3）第三層3只黃燈右移，每燈亮的時間為0．8秒；</p><p>　　4）三色彩燈同時右移，每組燈亮的時間為1．6秒；</p><p>　　5）三色彩燈同時左移，每組燈亮的時間為1．6秒；</p><p>　　6）彩燈控制電路工作狀態(tài)按照上述1至5步自動重復循環(huán)。</p><p><b>　　2

18、 方案設計</b></p><p><b>　　2.1 設計思路</b></p><p>　　首先此電路需要脈沖源信號激發(fā)，通過計數(shù)譯碼電路實現(xiàn)彩燈的移位功能的控制，本實驗采用的是74HC161、74HC139、74HC138芯片?？傮w方案實現(xiàn)功能共分為四大塊。第一塊實現(xiàn)第一層（紅燈）、第二層（藍燈）、第三層循環(huán)（黃燈）的逐次點亮，第二塊實現(xiàn)三色彩燈右移依

19、次點亮，第三塊實現(xiàn)三色彩燈左移依次點亮，第四塊實現(xiàn)由第一塊到第三塊的循環(huán)。以下是設計思路圖：</p><p>　　圖2-1 設計思路圖</p><p><b>　　2.2 方案設計</b></p><p>　　2.2.1 設計方案一電路圖（個人方案）</p><p>　　以上電路是個人設計的廣告彩燈方案，此電路的脈沖輸

20、出單元由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器組成，輸出周期為0.8s的的脈沖信號激勵計數(shù)器工作，計數(shù)器由兩片74HC161組成，構(gòu)成19進制計數(shù)器，通過下一個譯碼電路單元將二進制逐個譯出，前九個輸出使一層（紅燈）、二層（藍燈）、三層（黃燈）逐個點亮，后邊的譯碼控制另為的計數(shù)器74HC192工作，使74HC192和74HC139構(gòu)成的計數(shù)譯碼電路單元完成三色彩燈同時右移，每組燈亮的時間為1．6秒和三色彩燈同時左移，并且短路現(xiàn)象由于接入與門故使其消

21、除。由于19進制計數(shù)器工作一個周期后循環(huán)工作即可實現(xiàn)以上圖案不停的交替出現(xiàn)。 </p><p>　　圖2-2 個人廣告彩燈設計方案電路圖</p><p>　　2.2.2 設計方案二電路圖（小組方案）</p><p>　　圖2-3 小組廣告彩燈設計方案電路圖</p><p>　　以上電路是小組設計的廣告彩燈方案，此電路的脈沖輸出單元由555

22、定時器構(gòu)成的多諧振蕩器組成，輸出周期為0.8s的的脈沖信號激勵計數(shù)器工作，計數(shù)器由兩片74HC161組成，構(gòu)成19進制計數(shù)器，通過下一個譯碼電路單元將二進制逐個譯出，前九個輸出使一層（紅燈）、二層（藍燈）、三層（黃燈）逐個點亮，后邊的譯碼控制三色彩燈同時右移，每組燈亮的時間為1．6秒和三色彩燈同時左移，由后邊的譯碼輸出直接控制三色彩燈同時工作，由于直接連接會出現(xiàn)短路現(xiàn)象導致電路不能正常工作，故后邊加入與門消除短路現(xiàn)象。由于19進制計數(shù)器

23、工作一個周期后循環(huán)工作即可實現(xiàn)以上彩燈循環(huán)點亮。</p><p><b>　　2.3 方案比較</b></p><p>　　個人方案和小組方案比較，其中大致的原理類似，均由計數(shù)器、譯碼器控制彩燈，但小組方案后期三色彩燈同時移動時是直接用同一套譯碼裝置控制，由于防止電路短路現(xiàn)象發(fā)生使用了大量與門，而個人方案中則相對小組而言門電路縮減了很多，后邊三色彩燈的控制是由另一套計

24、數(shù)譯碼電路單元控制，相對而言各有各的優(yōu)點，小組方案是我們小組集思廣益的成果，相對而言含金量更高，芯片用量也較少。</p><p><b>　　3 部分電路設計</b></p><p>　　3.1 脈沖輸出電路</p><p>　　由555定時器構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器，由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器可以產(chǎn)生矩形方波，如下圖：</p>&

25、lt;p>　　圖3-1 555定時器構(gòu)成的秒脈沖輸出單元電路</p><p>　　根據(jù)555定時器的功能表可知，由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器,接通電源后，電容C被充電，當VC上升到2/3VCC時，觸發(fā)器被復位，同時發(fā)電BJT，T導通，此時VO為低電壓，電容C通過R2和T放電，使VC下降。當VC下降到（1/3）VCC時，觸發(fā)器又被置位，VO翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C放電所需的時間為：</p>&

26、lt;p>　　tPL=R2Cln2 可近似看成tPL=0.7R2C</p><p>　　當C放電結(jié)束時，T截止，VCC將通過R1、R2向電容器C充電，VC由（1/3）VCC上升到（2/3）VCC所需的時間為：</p><p>　　tPH=(R1+R2)Cln2 可近似看成tPH=0.7(R1+R2)C</p><p>　　而當VC上升到（2/3）VCC時

27、，觸發(fā)器又周而復始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為：</p><p>　　f=1/( tPL +tPH) 可近似看成f=1.43/[(R1+2R2)C]</p><p>　　555定時器引腳圖如圖3-2所示，555定時器功能表如表3-1所示：</p><p>　　VCC DIS TH CO</p><p&g

28、t;　　GND TR OUT RD</p><p>　　圖3-2 555定時器</p><p>　　表3-1 555定時器功能表</p><p>　　3.2 計數(shù)器電路單元</p><p>　?。?）電路中有2個74HC161芯片和一個74HC10芯片，構(gòu)成19進制計數(shù)器，電路如圖3-3所示：</p><

29、;p>　　圖3-3 十九進制計數(shù)器電路</p><p>　　此圖是由兩片74HC161和一片74HC10來實現(xiàn)的，通過反饋清零法將兩片74HC161設置成為十九進制計數(shù)器，通過74HC161的進位端連接下一片74HC161將其擴展，并使用三輸入與非門74HC10同時接兩片74HC161的清零端，通過反饋清零構(gòu)成19進制計數(shù)器輸出19個狀態(tài)，當輸出序列為“10011”即19時將其清零，計數(shù)器進入下一個循環(huán)，

30、不斷循環(huán)往復。</p><p>　　（2）電路中由一片74HC192構(gòu)成3進制計數(shù)器，如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 3進制計數(shù)器</p><p>　　由于這個計數(shù)器是由譯碼器譯出“9”后經(jīng)過六次脈沖由與門電路控制為三次1.6s的脈沖，脈沖接在加計數(shù)上，故為三進制加計數(shù)器，而緊接著后四次脈沖同樣由與門電路控制為1.6s，脈沖接在減計數(shù)上，從而直接減

31、計數(shù)。</p><p>　　（3）3進制計數(shù)器的脈沖控制電路，如圖3-5所示：</p><p>　　圖3-5 3進制計數(shù)器的脈沖控制電路</p><p>　　由于后邊譯碼為空一個譯碼在連接與門輸入端，使脈沖變?yōu)?.6s，如圖譯碼器的輸出端和兩個與門的連接方法，與前邊譯碼連接的為加計數(shù)脈沖，與后邊連接的則為減計數(shù)脈沖，其性質(zhì)一樣。</p><p&

32、gt;　?。?）74HC161的管腳圖如圖3-6所示，功能表如表3-2所示：</p><p>　　圖3-6 74HC161管腳圖</p><p>　　表3-2 74HC161的功能表</p><p>　?。?）74HC10與非門的管腳圖如圖3-7所示，真值表如表3-3所示：</p><p>　　圖3-7 74HC10管腳圖</p&

33、gt;<p>　　表3-3 74HC10的真值表</p><p>　　（6）74HC192與非門的管腳圖如圖3-8所示，功能表如表3-4所示：</p><p>　　圖3-8 74HC192管腳圖</p><p>　　表3-4 74HC192的功能表</p><p>　　（7）74HC21與非門的管腳圖如圖3-9所示，真值表

34、如表3-5所示：</p><p>　　圖3-9 74HC21管腳圖</p><p>　　表3-5 74HC21真值表</p><p>　　3.3 譯碼器電路單元 </p><p>　?。?）電路中用了三片74HC138和一片74HC139構(gòu)成譯碼電路，如圖3-10所示：</p><p>　　圖3-10 譯碼器電

35、路單元</p><p>　　以上電路為譯碼電路，通過3片138和一片139擴展為24位的譯碼器，是一個基本的單元電路，接入74HC139的兩個地址輸入端AB，74HC139的三個低有效電平分別接三片74HC138的低使能輸入端，使3片74HC138輪流工作在譯碼狀態(tài)，這樣就構(gòu)成了24位的譯碼器。</p><p>　　（2）74HC139與非門的管腳圖如圖3-11所示，真值表如表3-6所示：

36、</p><p>　　圖3-11 74HC139管腳圖</p><p>　　表3-6 74HC139譯碼器的真值表</p><p>　?。?）74HC138與非門的管腳圖如圖3-12所示，真值表如表3-7所示：</p><p>　　圖3-12 74HC138管腳圖</p><p>　　表3-7 74HC138譯

37、碼器的真值表</p><p>　?。?）電路中用了三片74HC139并聯(lián)構(gòu)成譯碼電路，如圖3-13所示：</p><p>　　圖3-13 74HC139并聯(lián)構(gòu)成譯碼電路</p><p>　　此電路為譯碼三進制電路，三片并列每片控制一種顏色彩燈，從而使三色彩燈可以同時點亮工作，進行同時左、右移動。</p><p>　　3.4 控制與顯示電路單

38、元</p><p>　?。?）電路中用了9個與門消除短路現(xiàn)象，把第一譯碼電路和第二譯碼電路的輸出端連接與門輸入端從而消除短路現(xiàn)象，電路達到穩(wěn)定狀態(tài)。如圖3-14所示：</p><p>　　圖3-14 控制與顯示電路單元</p><p>　?。?）74HC08雙輸入與門的管腳圖如圖3-15所示，真值表如表3-8所示：</p><p>　　圖3

39、-15 74HC08管腳圖</p><p>　　表3-8 74HC08與門的真值表</p><p><b>　　4 調(diào)試與檢測</b></p><p>　　4.1 調(diào)試中故障與解決辦法</p><p>　　通過PROTUES仿真軟件進行仿真，發(fā)現(xiàn)方案----廣告彩燈不能達到預期效果，一開始發(fā)現(xiàn)后邊的三色彩燈同時左移右

40、移完全沒有反映，彩燈一個都不亮，通過檢查最后給電路的三色彩燈的脈沖加入四輸入與門得以解決。</p><p>　　在用74LS161接成19進制時，在電路仿真時，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問題，沒有19個狀態(tài)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)不是19進制計數(shù)，因為161是異步清零，這個完全是不仔細犯下的錯誤。</p><p>　　由于一開始沒有考慮第二個譯碼電路的清零端控制，在仿真中出現(xiàn)第一個循環(huán)完成后前三個三色彩燈會常亮，通過對

41、控制三色彩燈譯碼電路的清零端使其滅掉從而達到相應效果。</p><p>　　在連接實物圖時一開始的電路后邊沒有與門消除短路現(xiàn)象，雖然在仿真時可以達到效果但實物圖和仿真還是有區(qū)別的，通過仿真的現(xiàn)象將仿真時出現(xiàn)黃色的點的連接處均加入與門控制（這個電路是與門控制選通），由于芯片和門電路用得過多，導致連線有錯誤，起初對一些芯片的功能用法也有所出入，導致接法錯誤，這都是在調(diào)試和檢測中不斷理解和糾正的，從而使電路可以正常工作

42、。</p><p>　　在連接實物時，由于其中一片161不能正常工作，一開始以為是接線錯誤，通過檢查相關(guān)電平，通過交換兩片161從而確定其中一片不能正常工作，最后得以解決。</p><p>　　4.2 調(diào)試與運行結(jié)果</p><p><b>　　仿真截圖：</b></p><p><b>　　圖4-1 運行截圖

43、</b></p><p>　　通過對電路的調(diào)試，逐步排除問題，把每一步先分開，逐步進行階段性的進行測試，調(diào)試電路，最后完成電路，使電路能夠達到任務書上達到要求，第一層紅燈先逐個點亮，接下來第二層藍燈點亮，再接著第三層黃燈點亮，然后三色彩燈同時向右移動，最后三色彩等同時左移，往復循環(huán)。</p><p>　　5 仿真操作步驟及使用說明</p><p>　　由

44、于我們的電路是只要控制一下，后邊所有的任務都是電路自己完成不需要人為逐個控制，電路上電后便開始逐條運行，點擊PROTUES的開始仿真電路按鈕，電路開始仿真。點擊暫停可以暫時停止，點擊結(jié)束可以使電路運行結(jié)束。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　通過此次綜合電工電子課程設計的鍛煉，學到了很多東西，體會頗多，大致可以分為六條，如下：</p

45、><p>　　第一、這次的廣告彩燈控制電路的設計，綜合運用了數(shù)電所學的各種元器件，并且鞏固了數(shù)電理論知識和提高用理論聯(lián)系實際的能力。通過這次課程設計，加強了我的動手能力。</p><p>　　第二、這次課程設計使我熟知了一些芯片的功能表以及相關(guān)用途，我們這次設計主要用到了74HC161、74HC192、74HC10、74HC138、74HC08、74HC139這些芯片，同過對這些芯片的使用，熟

46、練的掌握了他們的功能表，進一步升華了在課堂上所學的基本知識，學會了在網(wǎng)絡上查閱資料閱讀芯片功能表的相關(guān)方法與技巧。</p><p>　　第三、在做小組方案時，我們小組是一起過來探討分析，大家集思廣益，通過小組每個成員的努力，是小組方案得以優(yōu)化，同時在設計小組方案時出現(xiàn)了很多分歧，但在經(jīng)過討論后便達成了共識，這個過程讓我學習到團隊合作的重要性，并且學會了如何去分配工作，團隊精神的重要性又一次體現(xiàn)。</p>

47、;<p>　　第四、通過這次課設，我基本掌握了課程設計的一個流程，通過此次綜合的課程設計，使我對設計類課題有了深刻的體會，學會了對待此類問題如何下手的一些方法，學會了如何去把一個任務分割，最后在綜合。</p><p>　　第五、在電工電子課程設計上學到了一些非常實用的東西，而不像在課堂上，總是讓人感覺那些只是離我們好遠，但在課程設計上不一樣，能夠讓我們把自己學的一些知識直接運用到實際之中，理論聯(lián)系實

48、際是最好的學習方法，同時也提起了我對電子的熱情，我想這才是最重要的。</p><p>　　第六、為了這次課程設計，我專門學習了proteus軟件，對其基本操作有了更深的了解與掌握。</p><p>　　最后，我想不僅學到了一些知識，更重要的是提起了對電子的熱情，使我看到我們學的知識并不遙遠就在眼前。</p><p><b>　　參考文獻</b>

49、</p><p>　　[1] 康華光.電子技術(shù)基礎-數(shù)字部分（第五版），高等教育出版，2006.1</p><p>　　[2] 郭少勇.實驗電子技術(shù),石油出版社</p><p>　　[3] 王蘭君.新編電工使用電路500例,河南科學技術(shù)出版社</p><p>　　[4] 王源.使用電路基礎,機械工業(yè)出版社 </p>&

50、lt;p>　　[5] 鐘誼.電子線路實戰(zhàn),科學出版社  </p><p>　　[6] 何緒芃，曾發(fā)柞.脈沖與數(shù)字電路 .成都：電子科技大學出版社，2001.1</p><p>　　[7] 祁存榮，陳偉.電子技術(shù)基礎實驗（數(shù)字部分） 武漢理工大學教材中心</p><p>　　[8] 鄧勇.數(shù)字電路設計完全手冊.北京： 國防工業(yè)出版社。<

51、/p><p>　　[9] 梁宗善.新型集成電路的應用-電子技術(shù)基礎課程設計，華中理工大學出版社，2007.12</p><p>　　附錄 電路圖(小組方案在前個人方案在后)</p><p>　　本科生課程設計成績評定表</p><p>　　指導教師簽字： </p><p>　　2011年 7