電燈控制開關(guān)課程設(shè)計.

1、電子課程設(shè)計電燈控制開關(guān)學院：電子信息工程學院專業(yè)、班級：通信141501姓名：陳雪峰學號：201415030103指導教師：康琳2016年12月電燈控制開關(guān)目錄一、設(shè)計任務(wù)與要求 3二、總體框圖31 、總體框圖32 、微分電路33 、狀態(tài)機44 、10秒定時器 6三、選擇器件71 、可預(yù)置數(shù)同步可逆（加減）十進制計數(shù)器74LS190 82 、具有異步置位和復(fù)位端的邊沿觸發(fā)雙 D觸發(fā)器74LS7493 、四2輸入與非門74LS03D 114 、非門 74LS04D 125 、三輸入與門74LS11 12四、功能模塊131 、微分電路132 、狀態(tài)機143 、10秒定時器 15五、總體設(shè)計電路圖

2、 15六、硬件調(diào)試結(jié)果20七、課程設(shè)計心得21電燈控制開關(guān)一、設(shè)計任務(wù)與要求一個電燈控制開關(guān)，該開關(guān)有一個按鈕，當按鈕按下1次，則電燈亮10秒鐘后滅；當按鈕按下2次（包括前一次），貝皿燈常亮不滅；當再按一次，則電 燈滅。二、總體框圖1、總體框圖由題意可以得到該開關(guān)的設(shè)計原理框圖如圖1所示，圖中k是低電平有效的按鈕信號，kd是按鈕信號k的下降沿微分信號，td10是10秒定時器定時時間到信號（高電平有效），deng是電燈控制信號（高電平有效），t10是10秒定時器啟動信號（咼電平有效）。按鈕徴分電脛CP狀態(tài)機tdlO<10CP* de ng圖1總體框圖2、微分電路該狀態(tài)機的按鈕信號K,經(jīng)過微

3、分電路再輸入狀態(tài)機，使其低電平持續(xù)時間 小于狀態(tài)機的時鐘周期，保證按鈕按下一次，狀態(tài)機只轉(zhuǎn)移一個狀態(tài)。因此為了 使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增高，可以用兩個 D觸發(fā)器組成微分電路對k信號進行微分。5所以需要在K輸入狀態(tài)機前設(shè)計微分電路。3、狀態(tài)機根據(jù)電燈控制的要求，可以得到該電燈控制開關(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個工作狀態(tài)，可使用兩個D觸發(fā)器，兩個 觸發(fā)器有Q、 錯誤！未找到引用源。0、 Q、 錯誤！未找到引用源。 1四個狀態(tài)，多余一個狀態(tài)，為了在 上電時，狀態(tài)機能夠有效地進入工作狀態(tài)實現(xiàn)自啟動， 在狀態(tài)圖上畫出了多余的 狀態(tài)A3,在任何輸入條件下，都可以從該狀態(tài)自動進入初始狀態(tài) A由

4、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 號用任意值表示。狀態(tài)表又可轉(zhuǎn)換成圖3所示的次態(tài)卡諾圖。構(gòu)造次態(tài)卡諾圖時，需要首先根據(jù)狀態(tài)表填寫次態(tài)卡諾圖，然后將剩余空格填 寫現(xiàn)態(tài)到現(xiàn)態(tài)的轉(zhuǎn)移，相當于狀態(tài)不轉(zhuǎn)移的情況。表2-17圖3次態(tài)卡諾圖圖4次態(tài)卡諾圖采用BCD編碼將圖3可寫為圖4。將編碼次態(tài)卡諾圖分解為圖5所示的Q和Q的卡諾圖。將Q和Q的卡諾圖如圖五化簡可得到各個觸發(fā)器的次態(tài)方程：Q1“1=錯誤！未找到引用源。i Qo錯誤！未找到引用源。 + Q i QokQl"1=錯誤！未找到引用源。1 錯誤！未找到引用源。+ Qi Qok + Qok錯誤！未找到引用源。

5、QiQq.k, tdlO00000111100111100000CD00000(11)0000圖5觸發(fā)器Q和Q的次態(tài)卡諾圖由于該電路是摩爾時序電路，輸出只與現(xiàn)在狀態(tài)有關(guān)，因此根據(jù)狀態(tài)表可以 直接寫出輸出方程：t10在Ai時態(tài)時為1,所以t10= 錯誤！未找到引用源。1 Qo ； deng在A和A狀態(tài)時為1， 所以deng=錯誤！未找到引用源。1 Qo + Q 1 Qo= Qo。根據(jù)上面得出的輸出方程和各個觸發(fā)器的次態(tài)方程即可以的到狀態(tài)機的電 路圖，即可完成狀態(tài)機的設(shè)計。4、10S定時器:定時器有兩種狀態(tài)回路。第一種是在按鈕按下一次后，定時器開始倒計時， 經(jīng)10s后，定時器熄滅。第二種是按鈕按下

6、兩次(包括前一次)后，定時器失去 作用。選擇單時鐘十進制加減計數(shù)器 74LS190,即可實現(xiàn)10s定時器的設(shè)計；在狀 態(tài)端接上共陽四位數(shù)碼管，可更直觀的觀察。所以定時器選擇74LS190和共陽四位數(shù)碼管即可實現(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)碼管里有八個小 LED發(fā)光二極管，通過控制不同的LED 的亮滅來顯示出不同的字形。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種類型， 其實共陰 極就是將八個LED的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個LED的另一端高 電平，它便能點亮。而共陽極就是將八個 LED的陽極連在一起。其原理圖如下。a f COM a bde d

7、COM c gp引腳圖KI-s a<1-w ba CK1-d、e<1-q fKI-=g取共陰極a eoc KI廿Khe ©f°<1g <斷o將+5V共陽極其中引腳圖的兩個COMS連在一起，是公共端，共陰數(shù)碼管要將其接地，共陽 數(shù)碼管將其接正5伏電源。一個八段數(shù)碼管稱為一位，多個數(shù)碼管并列在一起可 構(gòu)成多位數(shù)碼管，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，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個位選線，那個數(shù)碼管便會被點亮。數(shù)碼管的8段，對應(yīng)一個字節(jié)的8位，a對應(yīng)最低位，dp 對應(yīng)最高位。所以如果想讓數(shù)碼

8、管顯示數(shù)字0,那么共陰數(shù)碼管的字符編碼為00111111，即0x3f ;共陽數(shù)碼管的字符編碼為11000000,即OxcO?？梢钥闯鰞?個編碼的各位正好相反。如下圖。共陰扱共陽極9#三、選擇器件該課程設(shè)計需要以下器材：4 個 74LS74D 4 個 74LS04D、3 個 74LS11D、2 個 74LS08D、1 個 74LS21D 1個74LS190D、1個數(shù)碼管、1個OR3 1個OR2 1個74LS03D 1個20Q電阻、1個開關(guān)、1個2.5V綠燈等。器件介紹如下1、可預(yù)置數(shù)同步可逆（加減）十進制計數(shù)器74LS19074LS190的引腳圖74LS190的邏輯符號#11151109PL 巴

9、vi rio6Vcc Po CP RC TC161514131212345618Pj Q1GE WD Q2GND14U/DRCCECPTCPL P0 P2 P3Qo Qi Q2 °3o1312圖6 74LS190的引腳圖圖7 74LS190的邏輯符號#引出端符號:LOADCPI® I®I®PlpTC1nc rcCLOCK K0 0CLOCK K0®rOiCLOCK K*J CLUCK KPREffiTOE0異步置數(shù)D/U加減控制端CTEN計數(shù)控制端RCO和MAX/MIN級聯(lián)輸出端74LS19 0的功能表表3-1A»出CTEN1.0.W

10、D/UD C B ACPr x0Xd c b aX異步訊010個加計數(shù)01I個睡計數(shù)1IXX74LS19 0的內(nèi)部電路圖11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74LS74ISd2D2CPID1CPVcc2Rd#圖9 74LS74的管腳圖圖10 74LS74的邏輯符號引出端符號:表3-274LS74胛號引代碼譏 e摩也ft胃ft-牡ft19.10/4.32DI融發(fā)館號TUI3(KI時鐘信號4PR1控制5Q同柑悅輸出171/3.001諫電賤塊為146Q1反相世./628燦1毬 籃電爵：14腳為+5.00V7GNR地8Q2反軸位螢出s心U工歆位：1B腳9Q

11、2網(wǎng)雕出171/3 JOO4.上要用堆t熾D10PR2控制0.21 0.2|JICLK2時肄柑號12D2融建信號O33/O3SBCLJC2爭O/4J814%O.2t/D.2l觸發(fā)器輸入端D稱為同步輸入信號，因為它們是在 CLK的有效時鐘沿才能起作用，傳輸?shù)捷敵觥３酥?，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，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輸入輸出說明S eRpCLKDQn+101XX1預(yù)置1110XX0預(yù)置000XX1不允許11個00置011個11W111QXQ。保持13#圖11

12、 74LS74內(nèi)部電路圖3、四2輸入與非門74LS03D74LS03D的功能表74LS03D的邏輯圖#1312It1019上AJ=E10InputsOutputABYLLHLHHHLHHH 1L表3-4Y = ABH = HIGH Logic Level L=LOW Logic Level#圖12 74LS03D的邏輯圖圖12 74LS03D的邏輯圖引出端符號IA-4A1B-4BIY-4Y輸入端輸入端輸出端4、非門 74LS04D 74LS04 真值表 表3-574LS04功能表表3-6輸入輸出AYLHHLXT011074LS04D1 腳圖74LS04引腳功能SN74LS04(TOP VIEW

13、)1A1U14VCC1Y2136A2A312j 6Y2Y4115A3A5105Y3Y694AGND784YD, DB, N( OR NS PACKAGE乍*|«iA1Z$T1194HD4r*sIrt>4>>!34I1 I741YlA?*2A3TflCHC圖14 74LS04引腳功能圖13 74LS04D管腳圖5、三輸入與門74LS1174LS11邏輯符號圖14 74LS04引腳功能圖14 74LS04引腳功能C o圖14 74LS04引腳功能圖14 74LS04引腳功能tiJ4scpaitijoCivi ohd雙列匿插封裝圖15 74LS11邏輯符號圖16 74LS

14、11邏輯圖其中A、B C為輸入端，丫為輸出端表3-7 74LS11功能表V 二 ABCInput*OutputABCYXXLLXLXLLXXLHHHH7、倆個脈沖：1kHZ脈沖和10HZ脈沖四、功能模塊此設(shè)計包括四大模塊，分別為：微分電路、狀態(tài)機、10S定時器 以下對各大模塊進行說明：1、微分電路仿真圖如圖17：VCC2Q.OOhm “U1A>1CLK IQ12-IQID*1CLR圖17微分電路仿真圖微分電路圖為圖17,因為狀態(tài)機時鐘周期很短，而按鈕按下的時間相對于狀 態(tài)機時鐘周期很長，按下按鈕期間，有多個有效狀態(tài)機時鐘沿觸發(fā)狀態(tài)機，如果按鈕滿足狀態(tài)機的轉(zhuǎn)移條件，則會發(fā)生多狀態(tài)轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。

15、例如按鈕按下時，持續(xù) 時間是300ms若狀態(tài)機時鐘是1ms則在按鈕按下期間狀態(tài)機的狀態(tài)會發(fā)生多 次A0-A1-A2-A0的轉(zhuǎn)移。因此該狀態(tài)機的按鈕信號 K,經(jīng)過微分電路再輸入狀態(tài) 機，使其低電平持續(xù)時間小于狀態(tài)機的時鐘周期，保證按鈕按下一次，狀態(tài)機只轉(zhuǎn)移一個狀態(tài)。2、狀態(tài)機仿真圖如圖18：圖18狀態(tài)機仿真圖剛開始開關(guān)打開，t10=0 , deng=C。；開關(guān)按下一次時，t10由0變?yōu)?, deng 由 0 變?yōu)?1,此時 t10=1 , deng=1。開關(guān)按下兩次時（包括前一次），t10由1變?yōu)?,燈仍然為1,此時t10=0， den g=1。開關(guān)按下三次時，t10仍為0，燈由1變?yōu)?，此時t

16、10=0，deng=0。3、10S定時器仿真圖如圖20：圖19 10S定時器仿真圖用十進制計數(shù)器74LS190減法計數(shù)即可實現(xiàn)10S定時器，此模塊用來實現(xiàn)設(shè)計要 求中燈10S后熄滅，將狀態(tài)端QA QB QC Qd分別接到數(shù)碼管的1、2、3、4管腳進 行觀察，觀察其10S計數(shù)，驗證該設(shè)計的正確，如圖 21硬件測試圖五、總體設(shè)計電路圖總體設(shè)計電路圖如圖20總體電路圖說明：將四大模塊電路連接到一起，構(gòu)成總體電路，在Multism仿真電路里進行仿 真，觀察其結(jié)果，符合設(shè)計要求。各要求仿真圖如下：1、 按鈕按下1次，燈亮，同時10S定時器開始工作，電燈亮10S鐘以后滅。仿 真圖如圖21。2、按鈕按下2次

17、（包括前一次），10S定時器不工作，電燈長亮不滅，仿真圖如 圖22。3、按鈕按下3次后，電燈滅，仿真圖如圖23。21*£圖20總體設(shè)計電路圖#圖21按鈕按下1次倒計時到623圖22按鈕按下2次燈長亮計時器不工作#圖23按鈕按下3次燈滅25六、硬件調(diào)試結(jié)果圖27十進制減法計時器計數(shù)到6秒七、課程設(shè)計心得通過本次課程設(shè)計我感觸很深，這是我做的第一次課程設(shè)計，從開始到結(jié)束 是在匆匆忙忙的生活中度過的，在這兩個星期的日子里，可以說是苦多于甜，但 是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固以前所學過的知識， 而且學到了 很多在書本上所沒有學到過的知識。 通過這次設(shè)計，進一步加深了對數(shù)字電子以

18、及各種器件的了解，讓我對它有了更加濃厚的興趣。在設(shè)計電路過程中我遇到很 多問題，所以慢慢的平時很少討論問題的我跟同學對設(shè)計的交流成了家常便飯， 在整個過程中付出了很多的努力，但當看到顯示屏上自己設(shè)計的電路仿真結(jié)果實 現(xiàn)時，我覺得任何困難都值得，一種成就感油然而生。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論， 才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 在設(shè)計 的過程中難免會遇到各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之 處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。本次課程設(shè)計為我們提供了一個可以在知識的天空里自由翱翔的空間；提供了一個可以在知識的海洋里揚帆遠行的