带有数字显示的8音量控制器.docx

带有数字显示的8音量控制器.docx

《带有数字显示的8音量控制器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《带有数字显示的8音量控制器.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

带有数字显示的8音量控制器

摘要

随着科技的发展，电子产品的更新换代日新月异，越来越微型化，智能化，人性化，本次课程设计就与电子产品的一个功能有关，比如MP3播放器的音量调节，可以根喜好来调节音量的大小。

本设计是带有数字显示的8档音量控制器，

要求是：

1）用两个按键控制音量，一个用于增加音量，一个用于减小音量；

2）音量控制分为8档，每按键一下，增加或减小一档；

3）当音量增加（减小）到最大（最小）时，继续按音量增减开关无效，即音量被保持，不在继续增（减）；

4）开机时自动恢复音量到最小状态；

5）用数码管显示音量的大小值，并随着音量的变化即时改变；

对于第一问，我们在电路上加入两个触点开关，按一下开关，开关导通，随即断开，这样更能好的来控制脉冲对电路的影响。

对于第二问，我们默认0为静音状态，音量的调节大小从1～8,8个输出状态，且数字越大意味着音量的输出越大。

第三问要求很人性化，反而让电路的设计更加复杂，当音量调节从计数器输出到最大8时候，我们引入一个比较器，通过比较器的输出，反馈到计数器中，使得计数器呈现至8状态，无论怎么再增加音量，音量也不会增加了。

对于第四问，我们再开机时候将一个高电位引入到计数器的CR端，使得计数器呈现出清零状态，使用到一个简单的开关按钮即可实现。

对于第五问，将计数器的输出通过74HC138译码器输出到D/A转换器中，将数字信号转换为相应的模拟信号，并通过放大器输出结果。

由此看出，我们设计的电路主要由四部分组成，第一部分是555多谐振荡器，提供周期为0.001的矩形波脉冲，第二部分是控制开关按钮，两个按键控制音量大小的开关，第三部分是74LS192计数器来进行0～7数字的增减计数，用7448驱动七段字符显示器，来显示音量的大小；第四部分是由74HC138组成的译码输出电路，通过D/A转换器输出相应的模拟信号。

目录

1概述………………………………………………………………………………3

1.1设计目的……………………………………………………………………3

1.2设计要求……………………………………………………………………3

1.3设计方法……………………………………………………………………3

2系统总体方案及硬件设计

2.1设计思想……………………………………………………………………4

2.2模块介绍……………………………………………………………………4

3各模块设计

3.1555定时器接成的多谐振荡器……………………………………………5

3.2电路开关……………………………………………………………………5

3.374LS192计数器……………………………………………………………5

3.474HC85比较器………………………………………………………………6

3.5显示器与译码器……………………………………………………………7

3.6D/A转换器和放大器输出……………………………………………………8

4方案的改进和问题的解决

4.1遇到的问题和改进方案………………………………………………………10

5设计电路中的不足………………………………………………………………11

5.1电路设计的缺陷………………………………………………………………11

5.2待解决的问题………………………………………………………………11

6课程设计体会……………………………………………………………………12

参考文献……………………………………………………………………………13

附1：

系统原理图…………………………………………………………………14

附2：

所用器件……………………………………………………………………15

附3：

改进后的原理图……………………………………………………………………16

1概述

1.1设计目的

本次设计为带有数字显示的8档音量控制器，通过设计可以根据用户的兴趣爱好随意调节8音量的大小，满足不同的视听效果。

随着每次拨动按钮，显示器将跟随动作做出相应的输出显示，最终放大器也将输出不同的电压信号。

通过本次课程设计，以此培养利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，积累实际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。

1.2设计要求

设计一个带有数字显示的8档音量控制器，要求实现以下功能：

1）用俩个按键控制音量，一个用于增加音量，一个用于减小音量；

2）音量控制分为8档，每按键一下，增加或减少一档；

3）当音量增加（减小）到最大（最小）时，继续按音量增减开关无效，即音量被保持，不在继续增（减）；

4）开机时自动恢复音量到最小状态；

5）用数码管显示音量的大小值，并随着音量的变化即时改变。

1.3设计方法

本次电路设计主要可以分为555多谐振荡器，电路按钮开关，计数器电路，比较器电路，显示器与译码器电路，D/A输出和放大器电路等七大部分。

电路开关控制整个过程变换，通过555多谐振荡起提供稳定的周期性矩形脉冲信号，经过74LS192计数器输出0～16的输出，通过74HC85比较器，将信号范围锁定在0～8的输出，引出端接到显示器，显示相应的数字，计数器的输出接到74HC138译码器中进行8位输出，将其接到相应的D/A转换器，将其输出接到运放器的输入，得到放大后的输出信号。

通过设计，我们发现电路在实现0~7的阶段时候可以任意增加减，但是一旦到达8这个信号，将出现死机状态，为此，我们对原电路进行改装。

将原来的比较器去掉，从计数器的D端输出反馈与减信号的高电位接到一个与门，然后再通过一个非门接到计数器的LD端，从而可以实现在8状态不会死机状态。

2系统总体方案及硬件设计

2.1设计思想

通过阅读本题，题目要求用两个按键控制音量，一个用于增加音量，一个用于减小音量，我们在电路上加入两个触点开关，按一下开关，开关导通，随即断开，这样更能好的来控制脉冲对电路的影响。

对于音量控制分为8档，每按键一下，增加或减小一档的要求，我们默认0为静音状态，音量的调节大小从1～8,8个输出状态，且数字越大意味着音量的输出越大。

当音量调节从计数器输出到最大8时候，我们引入一个比较器，通过比较器的输出，反馈到计数器中，使得计数器呈现至8状态，无论怎么再增加音量，音量也不会增加了。

2.2模块介绍

本次设计我们用可以将电路分成7大部分，也就是7个大的模块，特么分别是555多谐振荡器，电路按钮开关，计数器电路，比较器电路，显示器与译码器电路，D/A输出电路.。

总体框架如图2-2-1为电路模块图所示：

图2-2-1电路模块图

3各模块设计

3.1555定时器接成的多谐振荡器

我们设计的555定时器接成的多谐振荡器，频率为1KHz，我们电阻设计为83.5Ω，占空比Q=

=

，提供T=（R1+2R2）CLn2=

，为整个电路提供稳定的，可调频率的脉冲信号，如图3-1-1所示：

图3-1-1555多谐振荡器矩形脉冲

3.2电路开关

我们设计了3个点触式开关，一个用于直接控制74LS192计数器的CR清零端，另外两个开关通过和555振荡器一起连到两个与非门，通过开关来控制脉冲信号的输出。

电路图3-2-1如下：

图3-2-1开关按钮

3.374LS192计数器

74LS192计数器是整个电路的主要部件，可以实现清零，置数，增减计数的作用，当CR端为高电平的时候，芯片处于清零状态；当CR=0，LD为地电位时，将A、B、C、D四个输入置进电路；CR=0，LD为高电平时，计数器进入技术状态，当UP端为高电平时，计数器进行减计数；当DOWN端为高电平时，计数器进行加计数，电路图3-3-1如下：

图3-3-174LS192计数器

3.474HC85比较器

在本次设计中，我们通过比较器接到技术器的反馈端，来控制电路输出不超过8个计数单位，　集成数值比较器74LS85是４位数值比较器，其功能如下：

74HC85比较器功能表

输入

输出

A3B3

A2B2

A1B1

A0B0

IA>B

IA

IA=B

FA>B

FA

FA=B

A3>B3A3

XXA2>B2A2

XXXXA1>B1A1

XXXXXXA0>B0A0

XXXXXXXXHLXHL

XXXXXXXXLHXLH

XXXXXXXXLLHLL

HLHLHLHLHLLLH

LHLHLHLHLHLLH

LLLLLLLLLLHLL

从功能表可以看出，该比较器的比较原理和两位比较器的比较原理相同。

两个４位数的比较是从Ａ的最高位A3和Ｂ的最高位B3进行比较，如果它们不相等，则该位的比较结果可以作为两数的比较结果。

若最高位A3＝B3，则再比较次高位A2和B2，余类推。

显然，如果两数相等，那么，比较步骤必须进行到最低位才能得到结果。

真值表中的输入变量包括A3与B3、A2与B2、A1与B1、A0与B0和Ａ与Ｂ的比较结果。

其中Ａ和Ｂ是另外两个低位数，IA>B、IA

设置低位数比较结果输入端是为了能与其他数值比较器连接，以便组成位数更多的数值比较器。

通过上述可以看出，将8（1000）置进计数器中，只要我们将计数器输出端和8作比较，当计数器的输出小于8时候，比较器的输出端通过将输出高电平，通过一个异或门和与非门输出一个高电平，和减音量一起通过与非门输出高电平反馈到计数器的LD端，是计数器继续处于计数状态；当计数器输出等于8时，最终通过一个异或门和与非门输出一个低电平电平，与减开关一起通过异或门输出低电平信号反馈到计数器的LD端，使计数器处于置数状态，将计数器的A,B,C,D置入输出，如此循环在8这个档位上。

3.5显示器与译码器

我们使用到的显示器是用7448驱动的显示器，译码器型号为74HC138，74HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。

74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入（A0,A1和A3），并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Y0至Y7）。

74HC138特有3个使能输入端：

两个低有效（E1和E2）和一个高有效（E3）。

除非E1和E2置低且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。

利用这种复合使能特性，仅需4片74HC138芯片和1个反相器，即可轻松实现并行扩展，组合成为一个1-32（5线到32线）译码器。

任选一个低有效使能输入端作为数据输入，而把其余的使能输入端作为选通端，则74HC138亦可充当一个8输出多路分配器，未使用的使能输入端必须保持绑定在各自合适的高有效或低有效状态。

管脚图3-5-1和真值表3-5-2如下：

它的电路部分如下：

图3-5-174HC138译码器

图3-5-2真值表

3.6D/A转换器和放大器输出

通过74LS138译码器的输出，引入到D/A转化器中，最终将数字信号转换成模拟信号，作用到放大器中，产生较明显的不同等级的电压输出。

如图3-6-1D/A转换器

图3-6-1D/A转换器

4方案的改进和问题的解决

4.1遇到的问题和改进方案

首先想说一下在设计555多谐中遇到的问题，开始的时候我们选电源并没有选中555振荡器，而是选中了石英振荡器，后来通过模拟仿真发现虽然它的信号输出稳定，但是它的输出频率非常大，可能在按按钮的时候会发生多次变化，使得信号跨阶梯式的变化，使用不方便；为了便于自己控制输入信号的频率，我们选择了可调频率的555振荡器，通过简单设置电阻的大小，就可以得到自己想要的那种信号；

在选择开关时候，要考虑到是那种一触即发的形式，接触后将断开电路，能够根据需要很好地控制信号的输入，于是选择了如图的开关形式。

电路中最麻烦的是计数器和比较器那部分电路，要保证按钮按到8时候，再按按钮，将不会发生变化，这也就是说在到达8这个信号的时候，通过比较器的输出反馈到74LS192计数器的LD端，使得LD端置于地电位，这时计数器处于置数状态，通过查找74HC85功能，我们引出了一个反馈，能够满足此条件，但由于到一个问题，当按减音量按钮时候，8这个数字不会减了，通过分析，是比较器第一个的反馈的影响了计数器的LD，使得计数器的LD端在8的时候一直处于低电平，计数器处于置数循环状态，也就是死机状态，我们在比较器的输出端又引入一个异或门，问题得以解决。

在设计显示器的时候遇到了电阻如何放置的问题，开始的时候我们将电阻并连到计数器输出端，结果发现不能运行，后来才发现应该和计数器的输出相串联。

其他部分电路没有遇到比较棘手的问题，和原理设想的一样。

5设计电路中的不足

5.1电路设计的缺陷

第一、这次设计虽然能够仿真出绝大多数功能，但是唯有一项不可以，那就是当从大于0的数往下减时，发现到达0时候再按减挡它会重新到9，又开始减了，所以这个功能是个缺陷；

第二，综合看本电路用到的芯片5个，其他附件很多，一旦做成实品，它的造价必定会比同等功能的器件高许多，不利于市场竞争。

第三，设计中门电路的使用必将增加信号输出的延迟，造成机器反应迟钝，或者可能不能达到理想的功能。

5.2待解决的问题

虽然设计阶结束，但是依然存在不少问题。

第一是如何能够实现开机时候置1的功能；第二，能否在减音量减到0档时，它不会再继续减挡了。

第三能否用作少的器件实现此功能。

如果此三个问题解决了，本电路的设计将会是非常完美。

6设计电路中的不足

6.1电路设计的缺陷

虽然我们设计的电路符合要求，但是依我看来，电路设计繁琐，门电路很多，能够导致电路的延迟性大，总体的稳定性差，用到的电路元件和门电路数量多，使得整体的电路设计造价相对比较高。

所以我们在以后的设计中一定要注意几点，第一是电路的设计实现同一种功能，越简单越好；第二是电路的实现操作要简单明了，不能是设计出了，但是操作很不方便。

6.2待解决的问题

虽然我们这个设计在原理上很好，但是在仿真中个别细节不能如愿，在仿真中我们的音量调节在0～7时状态转化，可以任意调节音量大小，但是当达到8这个音量时，电路处于死机状态，我们的电路还需在这方面改进。

7课程设计体会

本次课程设计历经快一周的时间，虽然看起来要求设计的电路很简单，很实际化，但是一旦自己亲身接触会发现并不是很容易，越是简单的，人性化的要求，设计越复杂，一个电子产品的好坏我倒觉得是通过它的用户体验结果体现出来的，如果一个电子产品很人性化，智能化，是机器适应人的需求，而不是人去适应机器的要求，那么这个电子产品应该来说非常的优秀。

在本次设计中我们明显感觉到自己的基础知识学的不是很扎实，很多知识都是模糊概念，造成了在设计的时候遇到很多困难，但是这些困难都被我和搭档一一解决，也算是锻炼了一种能力吧，在今后的学习中还要努力学习这些基础知识，但是不能仅仅局限与课本和理论，实践是更好地学习方式。

通过本次课程设计，是我对电子产品的设计产生更加浓厚的兴趣，在短短的几天之内，我们涉猎了很多知识，有书本上的，还有很多课本以外的知识，至少我的仿真软件会熟练应用了，虽然它只有1个学分，但是我感觉它的作用非常大，甚至可以大于我们平时的上课，因为这次是我们自己独立自主的学习，设计，解决电子设计问题，不管结果如何，我们都能在这次过程中学到很多课堂上学不到的东西，也给我一个更加坚定地理念，兴趣是最好的老师，没有兴趣可以去培养。

参考文献

【1】《数字电子技术基础》阎石，清华大学电子学教研组，高等教育出版社，2005年

【2】《模拟电子技术基础》童诗白，华成英，清华大学电子学教研组，高等教育出版社，2006年1月

【3】《数字电路指南》蔡声镇，福建科学技术出版社，2004年5月

【4】《555时基集成电路原理与应用》陈有卿，机械工业出版社，2006年5月

【5】《电子技术实训》陈梓诚，几次工业出版社，2009年1月

附1：

系统原理图

附2：

所用器件

名称

型号

数量

555定时振荡器

555定时振荡器

1

计数器

74LS192

1

译码器

7448N和74HC138

2

显示器

七段字符显示器

1

比较器

74HC85

1

D/A转换器

IDAC8

1

反相比列运放电路

1

异或门

1

同或门

2

与非门

3

电容

10nF和10uF

2

开关

3

电阻

若干

5V电源

5

附3改进后的电路