彩燈控制器的設(shè)計(jì)

1、彩燈控制器的設(shè)計(jì)1、 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)，總電路主要可以分

2、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。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)列電路通過或門將計(jì)數(shù)器的輸出端通過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，可以用移位寄存器或者是譯碼器的輸出端來控

3、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的移位功能來完成的。先讓開關(guān)SW1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，然后通過脈沖信號的觸發(fā)下，寄存器的輸出就可以從1000010000100001，這樣依次循環(huán)了。然后四個(gè)輸出端用來控制計(jì)數(shù)器的信號控制端就可以控制序列輸出了。循

4、環(huán)電路的設(shè)計(jì)采用74LS194移位寄存器，通過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控制信號串行輸入時(shí)鐘CLK工作狀態(tài)S1S0右移左移0×××××0100×××保持1010（1）×右移110×0（1）左移111××置數(shù) 方案二：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

5、斷循環(huán)，而計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖則可通過每個(gè)芯片的進(jìn)位端經(jīng)過一四輸入或門輸出來控制。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R01R02S91S92CPACPBQDQCQBQA110×××000011×0××0000011××1001011××1001R01 R02=0S91 S92=0CP0二進(jìn)制計(jì)數(shù)0CP五進(jìn)制計(jì)數(shù)CPQA8421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G

6、BAY3Y2Y1Y01××111100011100011101010101101101113、 單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1、自然序列由于74HC160本身就是一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)的芯片，因此對于這個(gè)部分就只需按照其功能表來接電路就可以實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制自然序列輸出了。在脈沖信號的觸發(fā)下，計(jì)數(shù)器的輸出端的狀態(tài)依次為0000000100100011010001010110011110001001，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8421BCD碼分別表示為：“0001”，“0011

7、”，“0101”，“0111”，“1001”，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

8、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)?4LS160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)列的脈沖信號的頻率是產(chǎn)生奇數(shù)序列和偶數(shù)序列的脈

9、沖信號的頻率是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)，又通過進(jìn)位端給74HC390一個(gè)脈沖，然后就通過譯碼器又使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

10、變至“1”，就又可以給74HC390一個(gè)脈沖信號，最后就通過譯碼器控制U9的工作，輸出音樂數(shù)列。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元件清單元件序號型號主要參數(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，讓我們能夠充分利用所學(xué)過的理論知識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，

11、以及自己處理分析電路，設(shè)計(jì)電路的能力。我相信是對我的一個(gè)很好的提高。平時(shí)在學(xué)習(xí)理論知識的時(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)讓我懂得了它們在實(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)。通過這次課程設(shè)計(jì)，我還更加深了理論知識的學(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，通過自己分析和設(shè)計(jì)更好地運(yùn)用了它們，而且還學(xué)會了它們更多的功能，發(fā)現(xiàn)它們的功能遠(yuǎn)比功能表里面說的多

12、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。另外在分析比較設(shè)計(jì)循環(huán)電路的環(huán)節(jié)中，我還考慮過利用移位寄存器來設(shè)計(jì)循環(huán)，可是發(fā)現(xiàn)移位寄存器的脈沖不好控制。不過我還是學(xué)會了移位寄存器的很多功能，以及通過查閱資料也知道了它的很多種典型的電路。最后一個(gè)知識點(diǎn)就是利用555定時(shí)器來設(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)所用到的知識點(diǎn)，通過這次的設(shè)計(jì)我鞏固了對這些理論性的知識的理解。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PROTUES，MULTISIM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)