彩燈控制器的設(shè)計(jì)

1、彩燈控制器的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、以半導(dǎo)體數(shù)碼管作為控制器的顯示器，它能自動(dòng)地依次顯示出數(shù)字0、1、2、3、4、5、 6、7、8、9（自然數(shù)列），1、3、5、7、9（奇數(shù)列），0、2、4、6、 8（偶數(shù)列）和 0、1、 2、3、4、5、6、7、0、1（音樂符號(hào)數(shù)列），然后又依次顯示出自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)列 和音樂符號(hào)數(shù)列如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。2、打開電源時(shí)，控制器可自動(dòng)清零，從接通電源時(shí)刻起，數(shù)碼管最先顯示出自然數(shù) 列的 0，再顯示出 1，然后按上述規(guī)律變化。二、方案設(shè)計(jì)與論證 設(shè)計(jì)要求總的電路能夠?qū)崿F(xiàn)以此輸出自然數(shù)列、奇數(shù)數(shù)列、偶數(shù)數(shù)列和音樂數(shù)列，而且 還要求能夠?qū)崿F(xiàn)上述順序的循環(huán)，

2、總電路主要可以分成三個(gè)部分。第一部分就是自然、奇數(shù)、偶數(shù)和音樂四個(gè)數(shù)列電路。這里使用的只要就是計(jì)數(shù)器，計(jì) 數(shù)器在時(shí)序電路中應(yīng)用的很廣泛，它不僅可以用于對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，還可用于分頻，定時(shí)， 產(chǎn)生節(jié)拍脈沖以及其他時(shí)序信號(hào)。 運(yùn)用計(jì)數(shù)器的不同的功能和不同的接發(fā)就可以實(shí)現(xiàn)不同的 序列輸出了。第二部分是將上述四個(gè)獨(dú)立的數(shù)列電路通過(guò)或門將計(jì)數(shù)器的輸出端通過(guò)一定方式連接 整合成一個(gè)大的計(jì)數(shù)電路，即只用一片數(shù)碼管就能實(shí)現(xiàn)上述四個(gè)數(shù)列電路的顯示輸出。最后還有一個(gè)部分就是循環(huán)電路。 設(shè)計(jì)內(nèi)容要求按照先自然序列然后到奇數(shù)序列再到偶 數(shù)序列最后是音樂序列這樣的順序周而復(fù)始的循環(huán)。 為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)循環(huán)輸出的功能， 可以用

3、 移位寄存器或者是譯碼器的輸出端來(lái)控制四個(gè)數(shù)列電路控制四個(gè)計(jì)數(shù)器的工作情況， 可以讓 四個(gè)計(jì)數(shù)器依次工作，就可以達(dá)到要求的依次循環(huán)輸出數(shù)列。 方案一、利用移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)循環(huán)電路電路圖如下圖1用74LS194實(shí)現(xiàn)的循環(huán)電路這個(gè)電路圖實(shí)現(xiàn)循環(huán)主要是依靠 74LS194的移位功能來(lái)完成的。先讓開關(guān)SW撥至與電 源相接，就是接入高電平，這樣移位寄存器有了脈沖信號(hào)之后就可以實(shí)現(xiàn)置數(shù)的功能，四個(gè) 輸出端為1000,再將開關(guān)SW1撥至與地相接也就是接入低電平，這時(shí)寄存器就可以實(shí)現(xiàn)移 位的操作了，然后通過(guò)脈沖信號(hào)的觸發(fā)下，寄存器的輸出就可以從100001000010-0001,這樣依次循環(huán)了。然后四個(gè)輸出端

4、用來(lái)控制計(jì)數(shù)器的信號(hào)控制端就可以控制序列輸出了。循環(huán)電路的設(shè)計(jì)采用74LS194移位寄存器，通過(guò)74LS194移位寄存器的四個(gè)輸出端子分別 控制四個(gè)計(jì)數(shù)器工作，74LS194的功能表和原理圖分別如下表和圖所示輸入輸出清零CLR控制信號(hào)串行輸入時(shí)鐘CLK工作狀態(tài)S1S0右移左移0XXXXX0100XXX保持1010（ 1）XT右移110X0 (1)T左移111XX置數(shù)要讓四個(gè)數(shù)列依次循環(huán)則采用一個(gè) 2線-4線譯碼器和一個(gè)四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。用譯碼器的輸出 依次去控制芯片清零端，在通過(guò)一個(gè)四進(jìn)制計(jì)數(shù)器去控制譯碼器輸入，使其在四個(gè)輸出間不斷循環(huán)，而計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖則可通過(guò)每個(gè)芯片的進(jìn)位端經(jīng)過(guò)一四輸入或門輸

5、出來(lái)控制。這個(gè)部分主要用到的是芯片74HC390計(jì)數(shù)器和74HC139譯碼管，它們的功能表如下表所示。表2 74HC390的功能表輸入輸出R)1R)2S91S02CPACRQQCQBQ110XXX000011X0XX0000011XX1001011XX1001FR)1 R)2=0S91 S 92=0CP0二進(jìn)制計(jì)數(shù)0CP五進(jìn)制計(jì)數(shù)CPQ8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)QDCP5421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)表3 74HC139的功能表輸入輸出GBAY3Y2Y1Yo1XX11110001110001110101010110110111三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1、自然序列由于74HC16C本身就是一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)的芯片，

6、因此對(duì)于這個(gè)部分就只需按照其功能表來(lái)接 電路就可以實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制自然序列輸出了。在脈沖信號(hào)的觸發(fā)下，計(jì)數(shù)器的輸出端的狀態(tài)依次為 000" 00010010 0011 0100 01010110 0111 10001001，然后再將計(jì)數(shù)器的 輸出端和數(shù)碼管的輸入端口相接就可以在數(shù)碼管上面看到依次顯示從0到9 了。其序列顯示電路圖如下圖2、奇數(shù)序列將奇數(shù) 1, 3, 5, 7, 9 用 8421BC碼分別表示為：“0001”，“0011”，“0101”，“0111”,“100T,可以發(fā)現(xiàn)最后一位都為 1,因此可以在上述十進(jìn)制自然序列的基礎(chǔ)上將數(shù)碼 管的最低位接高電平就可以實(shí)現(xiàn)奇數(shù)序列了。雖然

7、在每個(gè)脈沖觸發(fā)的作用下，芯片實(shí)現(xiàn)的仍然是十進(jìn)制，但是由于數(shù)碼管最低位接高電平，在數(shù)碼管顯示的則是奇數(shù)列3、偶數(shù)序列將偶數(shù)0, 2 , 4 , 6 , 8用8421BCD碼分別表示為“0000” , “0010” ,“0100”，“ 0110”，“ 1000” ,可以發(fā)現(xiàn)最后一位都為 0，因此可以在上述十進(jìn)制自然 序列的基礎(chǔ)上將數(shù)碼管的最低位接低電平就可以實(shí)現(xiàn)偶數(shù)序列了。雖然在每個(gè)脈沖觸發(fā)的作用下，芯片實(shí)現(xiàn)的仍然是十進(jìn)制，但是由于數(shù)碼管最低位接高電平，在數(shù)碼管顯示 的則是偶數(shù)列。4、音樂序列音樂序列的特點(diǎn)是從0顯示到7后又再變?yōu)?,這里可以將數(shù)碼管的最高位固定接低電平就可以實(shí)現(xiàn)了。因?yàn)?4LS1

8、60的輸出端只有三個(gè)與數(shù)碼管相接，當(dāng)74LS160的輸出為“1000”和“ 1001 ”時(shí)，這時(shí)由于數(shù)碼管最高位是固定接低電平的，也就是數(shù)碼管的輸 入端仍是“ 0000”，“0001”。這樣數(shù)碼管的顯示就又變成 0和1 了。四、總電路工作原理及元器件清單1 總原理圖2 電路完整工作過(guò)程描述（總體工作原理）電路圖中四個(gè)74LS160的輸出端口分別與四個(gè)與門相接，然后再將四個(gè)門電路的輸出端分別與數(shù)碼管的輸入端相接。其中產(chǎn)生自然數(shù)列和音樂數(shù)列的脈沖信號(hào)的頻率是產(chǎn)生 奇數(shù)序列和偶數(shù)序列的脈沖信號(hào)的頻率是 2倍，這是因?yàn)闉榱藢?shí)現(xiàn)數(shù)字顯示時(shí)間間隔相等的 要求，這里利用二分頻器很好地實(shí)現(xiàn)了這一功能。當(dāng)打開電

9、路的開關(guān)后，首先就是輸出自然序列，這時(shí)是U1先工作，它的清零端接的是“ 1“，這時(shí)就是它處在計(jì)數(shù)的操作，然后輸出通過(guò)與或門相接再接至數(shù)碼管的輸入端，就可以依次顯示從0到9,當(dāng)U1的輸出要從9變到0的瞬間，它的進(jìn)位端的狀態(tài)是”1”，然后通過(guò)一個(gè)或門接至74HC390的脈沖輸入端，這時(shí)從“ 0”變至“ 1”，恰好有一個(gè)脈沖，就可以 通過(guò)譯碼器使U4開始工作即開始計(jì)數(shù)，它從 9變至1時(shí)，又通過(guò)進(jìn)位端給74HC39C一個(gè)脈 沖，然后就通過(guò)譯碼器又使 U8開始工作，它從0變至8,當(dāng)它從8變至0時(shí)，它的進(jìn)位端 又變至“1”，就又可以給74HC390-個(gè)脈沖信號(hào)，最后就通過(guò)譯碼器控制U9的工作，輸出音樂數(shù)列

10、。如此周而復(fù)始的這樣循環(huán)，就可以實(shí)現(xiàn)我們需要的功能了3 元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注U1U474160Q0Q1Q2Q3CLK4計(jì)數(shù) 器U574LS113J K Q1觸發(fā) 器U67448ABCD1數(shù)碼 管U874LS139Y0Y1Y2Y31譯碼 器U774LS390Q0Q1Q2Q31計(jì)數(shù) 器U97404Y4非門U1AU2B4072Y5或門CLOCK1脈沖五、仿真調(diào)試與分析六、結(jié)論與心得這次的課程設(shè)計(jì)是一次難得的鍛煉機(jī)會(huì)， 讓我們能夠充分利用所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)還有自 己的想象的能力，另外還讓我們學(xué)習(xí)查找資料的方法，以及自己處理分析電路，設(shè)計(jì)電路的 能力。我相信是對(duì)我的一個(gè)很好的提高。平時(shí)在學(xué)

11、習(xí)理論知識(shí)的時(shí)候，根本就沒有想到我所 學(xué)的這些東西有什么用它們可以做成什么，只是一味利用它們來(lái)解決課后的習(xí)題， 沒有想其他的用途。這次的課程設(shè)計(jì)讓我懂得了它們?cè)趯?shí)際中的用途，還有我們身邊的很多電路，例 如頻率計(jì)、交通燈、數(shù)字鐘這些都是我們自己可以實(shí)現(xiàn)的，突然感覺自己學(xué)的東西很有 用，我相信這樣就可以激發(fā)我以后的學(xué)習(xí)興趣，這樣有利用今后更好地學(xué)習(xí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我還更加深了理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。 這次的設(shè)計(jì)電路我用到了計(jì)數(shù)器還 有譯碼器，通過(guò)自己分析和設(shè)計(jì)更好地運(yùn)用了它們，而且還學(xué)會(huì)了它們更多的功能，發(fā)現(xiàn)它 們的功能遠(yuǎn)比功能表里面說(shuō)的多很多，可以利用不同的接法設(shè)計(jì)出各種各樣不同的電路出 來(lái)。另外在

12、分析比較設(shè)計(jì)循環(huán)電路的環(huán)節(jié)中，我還考慮過(guò)利用移位寄存器來(lái)設(shè)計(jì)循環(huán)，可是 發(fā)現(xiàn)移位寄存器的脈沖不好控制。不過(guò)我還是學(xué)會(huì)了移位寄存器的很多功能，以及通過(guò)查閱 資料也知道了它的很多種典型的電路。最后一個(gè)知識(shí)點(diǎn)就是利用555定時(shí)器來(lái)設(shè)計(jì)多諧振蕩 器，我采用的電路就是課本里介紹的典型電路， 通過(guò)這個(gè)電路也讓我了解了 555定時(shí)器的功 能，還有一個(gè)就是利用JK觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)分頻的功能。這些都是我這次設(shè)計(jì)所用到的知識(shí)點(diǎn)， 通過(guò)這次的設(shè)計(jì)我鞏固了對(duì)這些理論性的知識(shí)的理解。最后我覺得我自己也學(xué)到了一些方法， 比如中我了一般設(shè)計(jì)時(shí)序電路的主要步驟， 還有 如何利用PROTUESMULTISIM等學(xué)習(xí)軟件，方面以后的學(xué)習(xí)很仿真。而且我很贊同學(xué)校這種 利用課程設(shè)計(jì)來(lái)考