電燈控制開(kāi)關(guān)課程設(shè)計(jì)

1、 電子課程設(shè)計(jì) 電燈控制開(kāi)關(guān) 學(xué)院：電子信息工程學(xué)院 專業(yè)、班級(jí)：通信141501 姓名：陳雪峰 學(xué)號(hào)：201415030103 指導(dǎo)教師：康琳 2016年12月23電燈控制開(kāi)關(guān)目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求3二、總體框圖3 1、總體框圖3 2、微分電路3 3、狀態(tài)機(jī)4 4、10秒定時(shí)器6三、選擇器件7 1、可預(yù)置數(shù)同步可逆(加減)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS1908 2、具有異步置位和復(fù)位端的邊沿觸發(fā)雙D觸發(fā)器74LS749 3、四2輸入與非門74LS03D11 4、非門74LS04D 12 5、三輸入與門74LS11 124、 功能模塊13 1、微分電路13 2、狀態(tài)機(jī)14 3、10秒定時(shí)器15五、總體設(shè)

2、計(jì)電路圖15六、硬件調(diào)試結(jié)果20七、課程設(shè)計(jì)心得21電燈控制開(kāi)關(guān)一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求一個(gè)電燈控制開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)有一個(gè)按鈕，當(dāng)按鈕按下1次，則電燈亮10秒鐘后滅；當(dāng)按鈕按下2次（包括前一次），則電燈常亮不滅；當(dāng)再按一次，則電燈滅。二、 總體框圖1、總體框圖由題意可以得到該開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)原理框圖如圖1所示，圖中k是低電平有效的按鈕信號(hào)，kd是按鈕信號(hào)k的下降沿微分信號(hào)，td10是10秒定時(shí)器定時(shí)時(shí)間到信號(hào)（高電平有效），deng是電燈控制信號(hào)（高電平有效），t10是10秒定時(shí)器啟動(dòng)信號(hào)（高電平有效）。 圖1 總體框圖2、微分電路該狀態(tài)機(jī)的按鈕信號(hào)K，經(jīng)過(guò)微分電路再輸入狀態(tài)機(jī)，使其低電平持續(xù)時(shí)間小于狀態(tài)機(jī)

3、的時(shí)鐘周期，保證按鈕按下一次，狀態(tài)機(jī)只轉(zhuǎn)移一個(gè)狀態(tài)。因此為了使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增高，可以用兩個(gè)D觸發(fā)器組成微分電路對(duì)k信號(hào)進(jìn)行微分。 所以需要在K輸入狀態(tài)機(jī)前設(shè)計(jì)微分電路。3、狀態(tài)機(jī)根據(jù)電燈控制的要求，可以得到該電燈控制開(kāi)關(guān)的狀態(tài)圖如圖2所示：根據(jù)題意可得電燈控制只需要3個(gè)工作狀態(tài)，可使用兩個(gè)D觸發(fā)器，兩個(gè)觸發(fā)器有Q0、0、Q1、1四個(gè)狀態(tài)，多余一個(gè)狀態(tài)，為了在上電時(shí)，狀態(tài)機(jī)能夠有效地進(jìn)入工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)，在狀態(tài)圖上畫(huà)出了多余的狀態(tài)A3,在任何輸入條件下，都可以從該狀態(tài)自動(dòng)進(jìn)入初始狀態(tài)A0。由圖2狀態(tài)圖可的表2-1的狀態(tài)表。在表中將狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件中不出現(xiàn)的輸入信號(hào)用任意值表示。狀態(tài)表又可轉(zhuǎn)換成圖3

4、所示的次態(tài)卡諾圖。構(gòu)造次態(tài)卡諾圖時(shí)，需要首先根據(jù)狀態(tài)表填寫(xiě)次態(tài)卡諾圖，然后將剩余空格填寫(xiě)現(xiàn)態(tài)到現(xiàn)態(tài)的轉(zhuǎn)移，相當(dāng)于狀態(tài)不轉(zhuǎn)移的情況。 圖2 電燈延時(shí)開(kāi)關(guān)狀態(tài)圖 表2-1 狀態(tài)表 輸入信號(hào)現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出ktd10QQn+1t10deng0A0A10011A1A01100A1A2110×A2A001××A3A000 圖3次態(tài)卡諾圖 圖4次態(tài)卡諾圖 采用BCD編碼將圖3可寫(xiě)為圖4。將編碼次態(tài)卡諾圖分解為圖5所示的Q1和Q0的卡諾圖。將Q1和Q0的卡諾圖如圖五化簡(jiǎn)可得到各個(gè)觸發(fā)器的次態(tài)方程： Q1n+1= 1 Q0 + Q1 Q0k Q1n+1= 1 + Q1 Q0k + Q

5、0k 圖5觸發(fā)器Q1和Q0的次態(tài)卡諾圖由于該電路是摩爾時(shí)序電路，輸出只與現(xiàn)在狀態(tài)有關(guān)，因此根據(jù)狀態(tài)表可以直接寫(xiě)出輸出方程：t10在A1時(shí)態(tài)時(shí)為1，所以t10=1 Q0 ；deng在A1和A2狀態(tài)時(shí)為1，所以deng=1 Q0 + Q1 Q0= Q0 。根據(jù)上面得出的輸出方程和各個(gè)觸發(fā)器的次態(tài)方程即可以的到狀態(tài)機(jī)的電路圖，即可完成狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)。4、10S定時(shí)器：定時(shí)器有兩種狀態(tài)回路。第一種是在按鈕按下一次后，定時(shí)器開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，經(jīng)10s后，定時(shí)器熄滅。第二種是按鈕按下兩次（包括前一次）后，定時(shí)器失去作用。選擇單時(shí)鐘十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器74LS190，即可實(shí)現(xiàn)10s定時(shí)器的設(shè)計(jì);在狀態(tài)端接上共陽(yáng)四位數(shù)碼

6、管，可更直觀的觀察。所以定時(shí)器選擇74LS190和共陽(yáng)四位數(shù)碼管即可實(shí)現(xiàn)。 5、脈沖產(chǎn)生模塊:1kHZ脈沖，10HZ脈沖6、數(shù)碼顯示管： 所謂的八段就是指數(shù)碼管里有八個(gè)小LED發(fā)光二極管，通過(guò)控制不同的LED的亮滅來(lái)顯示出不同的字形。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽(yáng)極兩種類型，其實(shí)共陰極就是將八個(gè)LED的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個(gè)LED的另一端高電平，它便能點(diǎn)亮。而共陽(yáng)極就是將八個(gè)LED的陽(yáng)極連在一起。其原理圖如下。  其中引腳圖的兩個(gè)COM端連在一起，是公共端，共陰數(shù)碼管要將其接地，共陽(yáng)數(shù)碼管將其接正5伏電源。一個(gè)八段數(shù)碼管稱為一位，多個(gè)數(shù)碼管并列在一起可構(gòu)成多位數(shù)碼

7、管，它們的段選線（即a,b,c,d,e,f,g,dp）連在一起，而各自的公共端稱為位選線。顯示時(shí)，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個(gè)位選線，那個(gè)數(shù)碼管便會(huì)被點(diǎn)亮。數(shù)碼管的8段，對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)的8位，a對(duì)應(yīng)最低位，dp對(duì)應(yīng)最高位。所以如果想讓數(shù)碼管顯示數(shù)字0，那么共陰數(shù)碼管的字符編碼為00111111，即0x3f；共陽(yáng)數(shù)碼管的字符編碼為11000000，即0xc0?？梢钥闯鰞蓚€(gè)編碼的各位正好相反。如下圖。三、 選擇器件該課程設(shè)計(jì)需要以下器材:4個(gè)74LS74D、4個(gè)74LS04D 、3個(gè)74LS11D 、2個(gè)74LS08D 、1個(gè)74LS21D、1個(gè)74LS190D 、1個(gè)數(shù)碼管、1個(gè)OR3、1個(gè)

8、OR2、1個(gè)74LS03D、1個(gè)20電阻、1個(gè)開(kāi)關(guān)、1個(gè)2.5V綠燈等。器件介紹如下1、可預(yù)置數(shù)同步可逆(加減)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS190 74LS190的引腳圖 74LS190的邏輯符號(hào) 圖6 74LS190的引腳圖 圖7 74LS190的邏輯符號(hào)引出端符號(hào)： LOAD 異步置數(shù) D/U 加減控制端 CTEN 計(jì)數(shù)控制端RCO和MAX/MIN 級(jí)聯(lián)輸出端74LS190的功能表 表3-1 74LS190的內(nèi)部電路圖 圖8 74LS190的內(nèi)部電路圖2、具有異步置位和復(fù)位端的邊沿觸發(fā)雙D觸發(fā)器74LS74 圖9 74LS74的管腳圖 圖10 74LS74的邏輯符號(hào)引出端符號(hào)： 表3-2 觸發(fā)器輸

9、入端D稱為同步輸入信號(hào)，因?yàn)樗鼈兪窃贑LK的有效時(shí)鐘沿才能起作用，傳輸?shù)捷敵?。除此之外，觸發(fā)器還有異步輸入端，異步輸入端直接影響觸發(fā)器輸出而與CLK脈沖沒(méi)有關(guān)系，通常異步輸入端是置位端和復(fù)位端，在有效電平時(shí)，使觸發(fā)器異步置位或是復(fù)位。 74LS74觸發(fā)器的特性表 表3-3 圖11 74LS74內(nèi)部電路圖3、四2輸入與非門74LS03D 74LS03D的邏輯圖 74LS03D的功能表 表3-4 圖12 74LS03D的邏輯圖4、非門74LS04D 74LS04真值表 74LS04功能表 表3-5 表3-6 輸入輸出AYLHHL74LS04D管腳圖 74LS04引腳功能 圖13 74LS04D管腳

10、圖 圖14 74LS04引腳功能5、三輸入與門74LS11 74LS11邏輯符號(hào) 圖15 74LS11邏輯符號(hào) 圖16 74LS11邏輯圖 其中A 、B、 C 為輸入端，Y為輸出端。 表3-7 74LS11功能表 7、倆個(gè)脈沖：1kHZ脈沖和10HZ脈沖四、功能模塊 此設(shè)計(jì)包括四大模塊,分別為: 微分電路、狀態(tài)機(jī)、10S定時(shí)器。以下對(duì)各大模塊進(jìn)行說(shuō)明:1、微分電路仿真圖如圖17： 圖17 微分電路仿真圖微分電路圖為圖17,因?yàn)闋顟B(tài)機(jī)時(shí)鐘周期很短，而按鈕按下的時(shí)間相對(duì)于狀態(tài)機(jī)時(shí)鐘周期很長(zhǎng)，按下按鈕期間，有多個(gè)有效狀態(tài)機(jī)時(shí)鐘沿觸發(fā)狀態(tài)機(jī)，如果按鈕滿足狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)移條件，則會(huì)發(fā)生多狀態(tài)轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。例如按

11、鈕按下時(shí)，持續(xù)時(shí)間是300ms，若狀態(tài)機(jī)時(shí)鐘是1ms，則在按鈕按下期間狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)會(huì)發(fā)生多次A0-A1-A2-A0的轉(zhuǎn)移。因此該狀態(tài)機(jī)的按鈕信號(hào)K，經(jīng)過(guò)微分電路再輸入狀態(tài)機(jī)，使其低電平持續(xù)時(shí)間小于狀態(tài)機(jī)的時(shí)鐘周期，保證按鈕按下一次，狀態(tài)機(jī)只轉(zhuǎn)移一個(gè)狀態(tài)。2、狀態(tài)機(jī)仿真圖如圖18：圖18 狀態(tài)機(jī)仿真圖 剛開(kāi)始開(kāi)關(guān)打開(kāi)，t10=0，deng=0。；開(kāi)關(guān)按下一次時(shí)，t10由0變?yōu)?，deng由0變?yōu)?，此時(shí)t10=1，deng=1。開(kāi)關(guān)按下兩次時(shí)（包括前一次），t10由1變?yōu)?，燈仍然為1，此時(shí)t10=0，deng=1。 開(kāi)關(guān)按下三次時(shí)，t10仍為0，燈由1變?yōu)?，此時(shí)t10=0，deng=0。3、

12、10S定時(shí)器仿真圖如圖20： 圖19 10S定時(shí)器仿真圖用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS190減法計(jì)數(shù)即可實(shí)現(xiàn)10S定時(shí)器，此模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求中燈10S后熄滅，將狀態(tài)端QA QB QC Q D分別接到數(shù)碼管的1、2、3、4管腳進(jìn)行觀察，觀察其10S計(jì)數(shù)，驗(yàn)證該設(shè)計(jì)的正確，如圖21硬件測(cè)試圖 五、總體設(shè)計(jì)電路圖總體設(shè)計(jì)電路圖如圖20。總體電路圖說(shuō)明：將四大模塊電路連接到一起，構(gòu)成總體電路，在Multism仿真電路里進(jìn)行仿真，觀察其結(jié)果，符合設(shè)計(jì)要求。各要求仿真圖如下：1、按鈕按下1次，燈亮，同時(shí)10S定時(shí)器開(kāi)始工作，電燈亮10S鐘以后滅。仿真圖如圖21。2、按鈕按下2次（包括前一次），10S定時(shí)器不工

13、作，電燈長(zhǎng)亮不滅，仿真圖如圖22。3、按鈕按下3次后，電燈滅，仿真圖如圖23。 圖20 總體設(shè)計(jì)電路圖 圖21 按鈕按下1次倒計(jì)時(shí)到6 圖22 按鈕按下2次燈長(zhǎng)亮計(jì)時(shí)器不工作 圖23 按鈕按下3次燈滅六、硬件調(diào)試結(jié)果 圖24 狀態(tài)1 t10=1，deng=1 圖25 狀態(tài)2 t10=0，deng=1 圖26 狀態(tài)3 t10=0，deng=0 圖27 十進(jìn)制減法計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)到6秒七、課程設(shè)計(jì)心得通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)我感觸很深，這是我做的第一次課程設(shè)計(jì)，從開(kāi)始到結(jié)束是在匆匆忙忙的生活中度過(guò)的，在這兩個(gè)星期的日子里，可以說(shuō)是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了

14、很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加深了對(duì)數(shù)字電子以及各種器件的了解，讓我對(duì)它有了更加濃厚的興趣。在設(shè)計(jì)電路過(guò)程中我遇到很多問(wèn)題，所以慢慢的平時(shí)很少討論問(wèn)題的我跟同學(xué)對(duì)設(shè)計(jì)的交流成了家常便飯，在整個(gè)過(guò)程中付出了很多的努力，但當(dāng)看到顯示屏上自己設(shè)計(jì)的電路仿真結(jié)果實(shí)現(xiàn)時(shí)，我覺(jué)得任何困難都值得，一種成就感油然而生。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中難免會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。本次課程設(shè)計(jì)為我們提供了一個(gè)可以在知識(shí)的天空里自由翱翔的空間；提供了一個(gè)可以在知識(shí)的海洋里揚(yáng)帆遠(yuǎn)行的空間它為我們的學(xué)習(xí)生活增添了一道亮麗的風(fēng)景線，為我們的理想之塔增磚添瓦，為我們的知識(shí)小帆