EDA 课程设计 霓虹灯1Word下载.docx
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设
计
技
术
参
数
●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。
●循环频率1hz和2hz可调
●每种循环结束后，蜂鸣2s
要
求
●用“彩色信号指示灯组L9~L26”显示霓虹灯。
●用频率组模块实现频率变化。
●用一个数字开关控制频率可调。
工
作
量
●学会使用Max+PlusII软件和实验箱；
●独立完成电路设计，编程下载、连接电路和调试；
●参加答辩并书写任务书。
划
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；
2.学习使用实验箱，继续电路设计；
3.完成电路设计；
4.编程下载、连接电路、调试和验收；
5.答辩并书写任务书。
考
资
料
《数字电子技术基础》.阎石主编.高等教育出版社.
《EDA课程设计B指导书》.
指导教师签字
李鑫滨
基层教学单位主任签字
金海龙
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。
2014年03月14日
一、设计说明…………………………………………………………………………………4
1.1设计思路……………………………………………………………………………4
1.2模块设计……………………………………………………………………………5
1.3真值表………………………………………………………………………………9
二、电路原理图………………………………………………………………………………11
2.1整体电路……………………………………………………………………………11
三、波形仿真图……………………………………………………………………………11
3.1数字开关控制变频计数模块波形仿真图………………………………………11
3.2整体电路波形仿真图………………………………………………………………12
四、管脚锁定及硬件连线…………………………………………………………………12
4.1输入信号的管脚锁定及硬件连线………………………………………………12
4.2输出信号的管脚锁定及硬件连线………………………………………………13
五、心得体会………………………………………………………………………………14
参考文献……………………………………………………………………………………15
一、设计说明
1、设计思路
1、由于霓虹能在1个周期内要完成15种亮灭状态，控制位数较多，故采用加减计数器74191控制四位输出信号，再将其输出信号接到4线-16线译码器74154，实现到16位信号的位数拓展，以控制15种输出周期状态；
2、设计要求第一组灯和第二组灯工作状态完全相同，故L9~L17的每个灯与L18~L26的灯一一对应，位置相对应的灯用同一根输出线控制；
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，仅在第一和第六状态时熄灭，将其单独控制，可以减小电路的复杂度；
4、在整个周期中，L9和L17以及L11和L15的亮灭状况始终相同，可以用同一根输出线控制，但这样做会增加连线时的难度。
为了减小电路的复杂度，本方案将L9和L17、L11和L15的选择线分别用两根输出线控制；
5、利用74153双四选一芯片，通过控制A和B两位输入信号实现1Hz和2Hz的选通，达到变频目的。
6、功能演示
第一种循环方式如下图所示：
图1第一种循环方式
第二种循环方式如下图所示：
图2第二种循环方式
1.2模块设计
本设计需要用到的模块为8位数字开关组模块、频率组模块、彩色信号指示灯组模块和蜂鸣器模块。
1.2.1数字开关控制循环信号频率模块
为实现霓虹灯循环频率为1hz和2hz可调，需要用到数据选择器。
本设计采用74153双四选一的功能,通过控制8位数字开关组模块中的两位，即输入信号A和信号B的点平高低，完成1HZ和2HZ的频率信号的选通，进而实现变频控制。
变频模块示意图如图3-1所示：
图3-1
频率信号控制的真值表如图3-2所示：
信号名
输入信号A
输入信号B
输出信号1Y
信号数值
1HZ
1
2HZ
图3-2
1.2.2数据选择模块
图4
本设计需要采用15种工作状态，加减计数器74191输出为4位，在其后面加上4线-16线译码器74154，拓展为16位输出，以便足以控制15个整周期的数据选择信号，使霓虹灯处于不同的工作状态。
74191的连接：
循环要求从0开始，加减计数器74191输入端预置数为0，因此ABCD脚接低电平。
而计数器输出到第16个周期停止，然后再重复循环，因此要求计数器为加法计数，DNUP引脚接低电平，使74191工作在加法计数状态。
74154的连接：
将4线-16线译码器74154的输入端直接接在加减计数器74191的输4位入端，16个输出端接在灯的信号控制端，控制15种灯的亮灭状态。
由于4线-16线译码器74154的有效输出状态为低电平，而实验箱中的灯为高电平亮起，故在4线-16线译码器74154及灯之间加上14个反相器，为简化图的结构，将14个反相器封装在一起，命名为NO,封装图如下：
图5-1
图5-2
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灯，每一个反相器的输出端口，在输出之前进行逻辑或运算，这样每一个灯在输入任一有效信号下亮，在输入信号都未选中是熄灭。
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L2亮，而这两个灯处于常亮状态，可以将这两位数据线悬空。
该模块的电路原理图如图所示：
图6控制电路示意图
1.2.4蜂鸣器模块
图7
蜂鸣器要求在每种循环结束后都要响两秒，而蜂鸣器响时均为L13和L22灭掉的两秒时间，故蜂鸣器的触发信号从L13和L22的输入信号引脚引入。
而延时两秒则通过十进制加法计数器74160实现。
加法计数器74160输入信号为1HZ，计数两个周期（即两秒）后输出信号接CLOCK输入，中断计数，实现蜂鸣器两秒的延时。
1.3真值表
1.3.14位同步二进制加减计数器74191的真值表
74191的真值表如下表所示。
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），输出端MXMN输出高电平。
Inputs
Outputs
GN LDNDNUP
DCBA
QDQCQBQA
MXMNRCON
X
L
d
C
B
a
c
b
H
CountUp
CountDown
HoldCount
图8
1.3.2数据选择模块的真值表
数据选择模块由4线-16线译码器74154和自行封装的反相反模块组成。
其最终的输出真值表如下表所示：
输入
输出
DCBA
P16
P15
P14
P13
P12
P11
P10
P9
P8
P7
P6
P5
P4
P3
P2
P1
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
图9
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：
灯
T0
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
T8
T9
T10
T11
T12
T13
T14
T15
L9/L17
L18/L26
L11/L15
L20/L24
L10/L19
L12/L21
L13/L22
L14/L23
L16/L25
图10
0实验师
2、设计原理图
2.1整体电路
整体电路连接如下：
图11
三、波形仿真图
3.1数字开关控制变频计数模块波形仿真图
CLK为1HZ输入时波形仿真图期
CLK为2HZ输入时波形仿真图
图12
3.2整体电路的波形仿真图
各灯的波形仿真图如下所示
图13
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
图14
4.2输出信号的管脚锁定及硬件连线
本设计为控制彩灯实现霓虹灯显示，输出信号共有19条，其硬件连线所示
图15
五、心得体会
本次课程设计任务是利用两组彩灯实现霓虹灯的多种方式的控制。
在课程设计的过程，再次巩固了我上学期学到的数电知识，自己动手设计的过程强化了我对数电设计利用的兴趣。
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。
课设要求为“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”的逻辑操作的最终方案。
最终方案可读性极高，电路复杂度低同时又能十分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+plus2，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。
虽然课设的过程中遇到了很多难题，可是解决问题的过程更让我切身的认识到对每个问题的解决都要经历一个由浅入深、由表及里的过程，认真思考，就一定能找到合适的处理办法。
最后希望学校能多给我们安排这样有效的的实践操作活动，让我们增强处理和解决实际问题的能力，成为一名对祖国有用的人。
最后再次对指导老师表示感谢。
参考文献
《数字电子技术基础》.第五版.阎石.高等教育出版社
《EDA课程设计指导书》.李婷燕山大学教务处,2014年
燕山大学课程设计评审意见表
指导教师评语：
①该生学习态度（认真较认真不认真）
②该生迟到、早退现象（有无）
③该生依赖他人进行设计情况（有无）
平时成绩：
指导教师签字：
2014年03月04日
图面及其它成绩：
答辩小组评语：
①设计巧妙，实现设计要求，并有所创新。
②设计合理，实现设计要求。
③实现了大部分设计要求。
④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：
课程设计综合成绩：
答辩小组成员签字：
2014年03月04日
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