(整理)三种图案的霓虹灯课程设计实验报告

引言.................................. 11、设计的意义与要求2

1、1设计的意义 (2)

1、2设计的要求 (2)

2、方案设计 (3)

2、1设计思路 (3)

2、2方案设计 (3)

2、2、1方案一设计电路图 (3)

2、2、2方案二设计 (4)

2、3方案比较 (5)

3、部分电路设计 (6)

3、1四十进制设计 (6)

3、2摇摆状态 (7)

3、3暗点循环 (8)

3、4 逐个点亮逐个熄灭 (8)

4、调试与检测 (10)

4、1调试中故障及解决办法 (10)

4、2调试与运行结果 (10)

5、仿真操作步骤及使用说明 (11)

结束语 (12)

参考文献 (13)

本科生课程设计成绩评定表 (14)

引言

本次课程设计，要求运用数字电路设计一个三种图案的霓虹灯控制器。初始条件：运用所学的模拟电路和数字电路等知识；用到的元件：实验板、电源、连接导线、74系列芯片、555芯片等。

要求完成的任务：

1、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。

1、设计的意义与要求

1、1设计的意义

现实生活中，霓虹灯随处可见，运用所学得的知识设计出一盏霓虹灯是自动化专业学生必备的基本能力，作为武汉理工大学自动化专业一名大学生，我们应该具备这种基本的设计能力，只有把自己学到的知识运用到生产生活的实践之中，我们学到的知识才真变得有用。

由于专业的特殊性，要求我们不能只做到纸上谈兵理论只有运用到实践中才有它的价值，本次电工电子综合课程设计正是培养学生这种能力，三种图案的霓虹灯的设计联系生产生活实践，对学生的设计提出要求，这不仅是对我们动手能力的锻炼，更是对我们独立思考、分析能力的培养，同时霓虹灯设计在实际生活中十分常见，应用非常广泛，有很大的现实意义。。

1、2设计的要求

现有4只彩灯，红－绿－蓝－黄，运用所学的模拟电路和数字电路等知识，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：摇摆状态0101←→1010，重复6次；暗点循环0111→1011→1101→1110→0111→这样重复循环3次；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；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。

2、方案设计

2、1设计思路

首先，分别设计出各个图案的转换方案，即能够单独的实现摇摆状态，暗点循环和逐个点亮与熄灭的状态。然后设计一个四十进制计数器，前12秒是摇摆状态，13到24秒暗点循环，最后16秒逐个点亮和熄灭。最后通过逻辑电路把三部分组合起来实现三种图案的霓虹灯设计要求。

2、2方案设计

2、2、1方案一设计电路图

方案1总电路图（图1）

第一步，先用555定时器制作一个1HZ的脉冲信号。

第二步，设计分别实现三种图案的电路图，摇摆状态与暗点循环用74LS90和74LS139即可单独分别实现，逐个点亮逐个熄灭用74LS194制作一个4位扭环形计数器即可。

第三步，用两个74LS90制作了一个四分频加一个十进制，相当于一个四十进制。通过设计要求可以分析出摇摆状态、暗点循环、逐个点亮逐个熄灭各占了12、12、16，也就相当于3:3:4，用一个四分频加一个十进制就可以实现前12秒使摇摆状态进行正常工作，13到24秒使暗点循环正常工作，最后16秒使最后一个状态正常工作，即将十进制计数器输出端通过逻辑电路接分别到L1、L2、L3，使L1：0、1、2时输出为1其余状态为0，L2:：3、4、5输出为1其余状态为0，L3：6,、7、8、9输出为1其余状态为0，并将L1，L2接上非门分别接到其对应状态的74LS139的使能端，L3直接接到逐个点亮逐个熄灭的74LS194的清零端。

最后，经过分析和计算将三种图案状态的输出端和使能端分别通过逻辑电路接到四盏灯上，使摇摆状态、暗点循环、逐个点亮逐个熄灭能够有序的结合并循环起来，从而达到实验要求，实现电路功能。

2、2、2方案二设计

方案2总电路图（图2）

小组电路也是分别设计各个模块然后由定时器电路控制分别显示。小组电路的片选信号产生，是组合逻辑门电路实现。它的输入是定时器信号，输出是三个片选信号。对于设计要求的摇摆图案（0101←→1010）和暗点循环图案（0111→1011→1101→1110→0111），

小组方案采用异步二-五-十进制加法计数器74LS90和2线－4线译码器74LS139芯片来实现；而对于第三种逐个点亮和逐个熄灭的图案（0000→1000→1100→1110→1111→0111→0011→0001→0000）则采用具有移位寄存功能的74LS194芯片来实现；

如果采用74系列数字芯片在面包板上用导线连接完成电路，整个电路的布线将会比较复杂，而且调试和改进也较困难。经小组讨论，在数电课本介绍的QuartusII的开发环境下，在FPGA片实现小组电路。

2、3方案比较

方案1个人方案和方案2小组方案相互比较，小组方案运用了更少的逻辑门芯片，电路仿真也比较稳定；在硬件实现上，采用FPGA FPGA实现，开阔了思路，减轻了制作难度，也更适合当前流行的设计方法，不过FPGA的价格较高，在实际应用中性价比偏低。他还用了不太常用的芯片74LS244，对于初学者来说，这个芯片的功能运用不熟练，容易出现错误；个人方案运用了稍少一些芯片，缺点是所使用的逻辑门比较多，在电路连接时较容易出错。