信息燈的設計與制作課程設計報告

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： &l

2、t;/p><p>　　題 目： 信息燈的設計與制作 </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　以7X9或5X7點陣方式組成英文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：設計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: （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）</p><p><b>　　設計任務及要求</b></p><p><b>　　方案比較及

4、認證</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>　　調試記錄及結果分析</b></p><p>　　對成果的評價及改進方法</p><p><b>

5、;　　總結（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：整體設計，硬件電路調試</p><p>　　7月2日~7月6日；報告撰寫，交設計報告，答辯</p><p>　　指導教師簽名： 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 脈沖產生電路5</p><p>　　1.2.2 計數器電路5</p><p>

8、;　　1.2.3 顯示電路7</p><p>　　2 電路設計參數的確定7</p><p>　　2.1 555定時器構成的脈沖發(fā)生器7</p><p>　　2.2 由74LS194移位寄存器和74ls20構成環(huán)形計數器8</p><p>　　2.3 LED燈構成顯示電路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 制作與調試12</p><p>　　4

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

11、t;b>　　摘要</b></p><p>　　基于Protues的信息燈的仿真設計和制作，詳盡地對各個方案進行論證，最后按最優(yōu)化的方案進行仿真，實物制作，具體介紹了電路的設計方法和方案論證的方法。</p><p>　　設計的信息燈系統(tǒng)以555構成脈沖產生部分，以74ls194和74ls20構成的環(huán)形計數器電路，和led發(fā)光二極管構成的顯示電路組成，最終實現以流動方式循環(huán)顯

12、示文字。本系統(tǒng)的最大優(yōu)點就是它結構簡單易懂，制作起來也并不算麻煩，其缺點就是容易受自身電路元件以及周圍環(huán)境的影響，從而導致測量結果與實際值的偏差。</p><p>　　關鍵詞：信息燈 脈沖產生 環(huán)形計數器 循環(huán)顯示</p><p><b>　　信息燈的設計與制作</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 脈沖產生電路</p><p>　　時鐘脈沖：脈沖信號是一個按一定電壓幅度，一定時間間隔連續(xù)發(fā)出的脈沖信號。脈沖信號之間的

14、時間間隔稱為周期；而將在單位時間（如1秒）內所產生的脈沖個數稱為頻率。頻率是描述周期性循環(huán)信號（包括脈沖信號）在單位時間內所出現的脈沖數量多少的計量名稱；頻率的標準計量單位是Hz（赫）。</p><p>　　方案一：利用單片機技術，通過c語言編程，控制單片機，使其產生所需要的脈沖信號。</p><p>　　方案二：利用DDS技術，通過相應的硬件電路和程序控制，DDS芯片可以產生具有低功耗、

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

16、沖的精度不高，綜上分析，選擇方案三。</p><p>　　1.2.2 計數器電路</p><p>　　環(huán)形計數器是由移位寄存器加上一定的反饋電路構成的，用移位寄存器構成環(huán)形計數器的一般框圖（見圖2），它是由一個移位寄存器和一個組合反饋邏輯電路閉環(huán)構成，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移位寄存器計數器類型的不同，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)形計數器</b></p><p>　　根據本系統(tǒng)的要求，要求此部分電路能產生5種狀態(tài)的環(huán)形計數器，并能故偶輸出并行數據。故有以下兩種方案。</p><p>　　方案一：利用多個觸發(fā)器構成寄存器，根據題目要求，用4個觸發(fā)器構成4位的寄存器，再和四輸入的與非門構成環(huán)形計數器，并能輸出并行數據。此處采用雙D觸發(fā)器

18、74ls74由于一個D觸發(fā)器可實現一位二進數的存儲，因此應采用2片實現74ls74實現4位寄存器。又要要實現移位寄存，4個D觸發(fā)器之間應相互聯接。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成環(huán)形計數器。本方案采用4位雙向移位寄存器74ls194和四輸入與非門74ls20構成環(huán)形計數器。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成環(huán)形計數器，但是方案一電路較為復雜，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點陣外加

20、計數器與譯碼器控制顯示。</p><p>　　方案二：采用5*7點陣LED智能顯示器，如DLG-7137，它的最大特點是可以顯示ASCⅡ碼中的96個字符，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：由于這個設計的關鍵之處在于流動控制部分的設計，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 電路設計參數的確定</p>

21、<p>　　2.1 555定時器構成的脈沖發(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 內部功能圖 圖6 定時器工作波形 </p><p>　　由圖6可知，振蕩周期。為電容充電時間，為電容放電時間。<

22、;/p><p><b>　　充電時間 </b></p><p><b>　　放電時間 </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>　　由于此設計中要

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構成環(huán)形計數器</p><p>　　一個觸發(fā)器能存儲一位二進制數，n位二進

24、制數則需n個觸發(fā)器來存儲。當n位數據同時出現時稱為并行數據，而n位數據按時間先后一位一位出現時稱為串行數據。串行數據需要一個時鐘信號來分辨每一個數據位。用n個觸發(fā)器組成的n位移位寄存器可以用來寄存n位串行數據，可以實現串行數據到並行數據的轉換，也可實現並行數據到串行數據的轉換。</p><p>　　在寄存器中存儲的數據由低位向高位移動一位時，即數據右移，例如二進數0011向高位移動一位變成0110，二進制數由3變

25、為6。同理，數據由高位向低位移動稱為左移，左移一位，數據相當于除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)形計數器</b></p><p>　　2.3 LED燈構成

27、顯示電路</p><p>　　發(fā)光二極管為電流點亮元件，所以保護電阻稱為限流電阻發(fā)光二極管根據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 電流過低就不能點亮限流電阻發(fā)熱解決辦法：若要接1k 電阻發(fā)熱可并聯2個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>　　當接通開關時，所有的元件開始工作。這時在原始復

29、位電路的作用下，脈沖發(fā)生器產生脈沖信號，此信號作為74ls194的時鐘信號 ，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)光二極管依次點亮，實現了S-T-O-P-熄滅-S-T-O-P-熄滅-的功能。</p><p><b>　　3.2測試結果</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)形計數器在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、仿真結果顯示圖</p><p>　　從圖上我們可以看出，4個燈可以依次點亮，可以實現“S-T-O-P-熄滅-”的循環(huán)，經仿真測試可知，該方案可行。</p><p><b>　　4 制作與調試</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>　　經過兩周的時間，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計任務。開始兩天我們通過各種可以用的方法途徑收集和課程設計相關的資料，熟悉課題任務和要求，經過驗證，接著確立一個可行的總體方案設計?；谖覀儗τ谶@個課題的了解，設計一個簡單的硬件電路，并根據硬件電路設計好軟件，最后進行調試。上圖是制作的PCB板，但是在實際的制作中，由于沒有

33、相關的設備，所以制作的作品是在面包板上連接的。</p><p>　　4.2連接完成的實物圖</p><p><b>　　圖14 實物圖</b></p><p>　　在實際的連接過程中，出現了連接不牢固，電容接反，芯片引腳接錯等問題。在查閱資料以及和同學們討論，最終完成了設計，實物圖如上。</p><p><b>

34、;　　5 心得體會</b></p><p>　　雖然是一個小小的設計實驗，但我們要從中看到大學問，他不僅是考察我們對知識的掌握程度，同時他也考察了我們的動手能力，而且在設計實驗的過程中我們通過查詢資料以及請教同學老師，使我們的只是進一步得到了強化，同時在設計實驗的過程中我們的思維也得到了開拓，比如在此次的彩燈設計實驗中我了解到了許多軟件的應用，使我更好的掌握Proteus軟件，在畫電路圖的時候，如何讓

35、選擇元器件，以及如何對元器件進行連接，如何加載程序并進行仿真。同時也開拓了我們的思維。通過這次課程設計讓我明白了理論和實際操作之間的差距，而且也讓我很明確的意識到自己在數電上有很多的知識漏洞，以后應該多專研一下。同時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>　　結束語</b></p><p>　　這次課程設計初步實現了必

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，充分考驗了各方面的電學知識及應用能力，但還有幾個問題沒有解決。</p><p>　　1附加功能未完成，即信息燈以依次增加方式循環(huán)顯示的電路未設計，顯示方式控制電路也未完成。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】高吉祥. 模擬電子線路設計 北京：電子工業(yè)出

37、版社，2007．</p><p>　　【2】曾素瓊. EDA技術在數字電路設計中的探討 成都：實驗科學與技術，2005.</p><p>　　【3】康華光，電子技術基礎 武漢：高等教育出版社，2006.</p><p>　　【4】伍時和，數字電子技術基礎 北京：清華大學出版社，2009.</p><p>　　【5】黃智偉．全國大學生電子設計競