顺序开关控制器Word格式.docx
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4.1、多谐振荡器模块................................11
4.2、状态机模块....................................12
4.3、预置数计数器与时间显示模块....................13
4.4、总体模块的详细电路图即仿真结果................14
5、总体设计电路.......................................14
5.1、总体设计电路图................................15
5.2、硬件实验......................................16
1)硬件整体电路图................................16
2)硬件显示器....................................16
3)硬件振荡器....................................17
4)硬件控制器....................................17
5)硬件说明......................................17
6、课程设计心得体会...................................18
一、设计任务与要求
要求设计一个顺序开关控制器,
其控制任务说明以及要求如下:
1.按下开始按钮K1后,灯泡1和灯泡2同时亮。
2.灯泡1和灯泡2同时亮后,延迟8s后,灯泡3亮。
3.停止按钮K2按下时,灯泡3先灭,延时10s后,灯泡2灭,再延时5s后,灯泡1灭。
2、总体框图
2.1、设计系统原理图:
图1系统原理图
表1按钮与灯泡亮灭状态表
开关控制
时间
灯泡亮灭状态
K1
K2
灯泡1
灯泡2
灯泡3
闭合
打开
立刻
亮
灭
保持
8S后
10S后
5S后
2.2、设计电路的工作原理:
电路组成及工作原理:
经过以上所述的设计内容及要求的分析,可以将电路分为以下几部分:
1、开关K1闭合时,灯泡1和灯泡2通过与门等到高电平从而灯亮;
2、十进制计数器1开始计数,当计数到8时,灯泡3通过与门得到高电平从而灯亮,同时通过与门使得计数器1保持,使灯泡1、2、3保持灯亮;
3、开关K3闭合时,灯泡通过与门得到低电平从而灯灭,同时十一进制计数器2开始计数;
当计数到10时,灯泡2通过与门而得到低电平从而灯灭,此时又通过与门使得计数器2保持,同时计数器3开始计数;
4、当计数器3计数到5时,灯泡1通过与门、与非门得到低电平从而熄灭,同时计数器3通过与门的控制处于保持状态;
三、选择器件
3.1、实验所需器件:
具体器件和数目如下:
由555构成的多谐振荡器1个(电路中一个模块)
74LS160(计数器)
4个
74LS08与门
6个
74LS04非门
74LS03与非门
1个
七段数码显示器
灯泡
3个
开关
2个
电阻(十千欧)
脉冲信号发生器
5V电源
导线若干。
3.2、器件说明:
下面说明电路用到的主要芯片:
1、加法计数器
逻辑框图如下图所示:
图2逻辑框图
逻辑符号如下:
图374LS160D芯片管脚图
表274LS160功能表
具体逻辑功能:
同步可预置数4位十进制加法计数器74LS160具有异步清零端。
它具有数据输入端A、B、C和D,同步指数端
、异步清零端
和技术控制端ENT和ENP,为方便级联,设置了进位输出端RCO。
当异步清零端
=0时异步清零,当置数端
=0、
=1,CP脉冲上升沿时预置数。
当
=
=ENP=ENT=1时,电路工作在计数状态。
当计数器计数值为9时,进位端RCO输出一个与Q
端高电平部分相同的高电平。
其动作时序图如下图所示:
图474LS160的动作时序图
2、74LS08与门
其逻辑框图、逻辑符号图和逻辑功能表如下所示:
图574LS08逻辑框图图
图674LS08芯片管脚图
表374LS08逻辑功能表
输入
输出
A
B
Y
1
逻辑功能描述如下:
当输入端A、B均为高电平时,输出为高电平;
其余输入情况下输出为低电平。
3、74LS04非门
逻辑符号、逻辑框图及逻辑功能表如下:
表4747LS04逻辑功能表
输入
输出
图774LS04芯片管脚图
图8747LS04逻辑框图
当输入端为低电平时,输出端为高电平;
当输入端为高电平时,输出端为低电平;
即输出端的电平与输入端的电平总是相反的。
4、七段数码显示器
图9数字显示译码器
表5数码显示真值表
输入
显示
C
D
2
3
4
5
6
7
8
9
5、74LS03与非门
其逻辑框图、逻辑符号及逻辑功能表如下:
图1074LS03逻辑框图图1174LS03芯片管脚图
表674LS03逻辑功能表
逻辑功能描述如下:
当输入端A、B均为高电平时,输出端为低电平;
当输入端至少有一个输入为
电平时,输出端极为高电平;
即其功能为对与门取反。
6、555定时器
图12555定时器的芯片管脚图
图13555计时器的逻辑框图
表7555计时器的逻辑功能表
四、功能模快
4.1、多谐振荡器模块:
由555定时器构成的多谐振荡器时输出频率为:
G故电路的震荡周期为
震荡频率为
经过计算,这里选择R1=2.2K欧姆,R2=2.2K欧姆,C1=2.2uF,则输出信号为100HZ(由于当输出信号的频率为1HZ时,计数太慢,所以将频率调试为100HZ)
对其进行调试如下:
图14555定时器构成的多谐振荡器模块图
4.2、状态机模块:
图15状态机模块图
此模块的功能介绍:
开关K1闭合后,灯泡1和2同时亮;
当计数器计数到题目所给时间后,计数器通过与门给灯泡3输送出高电平从而灯亮;
开关K2闭合后,通过与门给灯泡3输送出低电平从而灯泡熄灭;
此后通过预置数计数器模块在相应的时间通过与门分别使灯泡2和1逐一熄灭。
将预置数计数器用高低电平代替进行仿真如下所示:
图16预置数计数器用高低电平代替进行仿真图
对上图功能进行简单描述:
对于灯泡1和2:
当K1打开时,灯泡都灭;
当K1闭合,K3打开时,灯泡都亮;
K3闭合时,灯泡都灭。
对于灯泡3:
当K2打开,K3打开时,灯泡亮;
当K2和K3至少有一个闭合时,灯泡灭。
4.3、预置数计数器与时间显示模块:
图17预置数计数器与时间显示模块图
此模块的功能介绍:
通过状态机模块来控制计数器,使计数器进行计数,数码管显示时间;
当计数器分别计数到题目所给时间时,计数器的输出端通过非门,与非门和与门输出高低电平来控制灯泡的熄灭。
4.4、总体模块的详细电路图即仿真结果如下所示:
图18总电路仿真结果图
五、总体设计电路图
5.1、总体设计电路图如下:
图19总体设计电路图
1、电路整体工作情况:
开关K1闭合时,灯泡1和灯泡2通过与门等到高电平从而灯亮;
十进制计数器1开始计数,当计数到8时,灯泡3通过与门得到高电平从而灯亮,同时通过与门使得计数器1保持,使灯泡1、2、3保持灯亮;
开关K2闭合时,灯泡通过与门得到低电平从而灯灭,同时十一进制计数器2开始计数;
当计数器3计数到5时,灯泡1通过与门、与非门得到低电平从而熄灭,同时计数器3通过与门的控制处于保持状态。
2、经模拟验证所设计的电路能实现题目要求的结果,结果如下:
5.2、硬件实验:
1)硬件整体电路图
图20硬件整体电路图
硬件说明:
此硬件由显示器、振荡器和开关控制器组成,其具体硬件模块如下:
2)硬件显示器
图21硬件显示器图
3)硬件振荡器
图22硬件振荡器
4)、硬件控制器:
图23硬件控制器
5)、硬件模块总体说明:
通过反复检查与修改,最后得到以下结果:
1.按下开始控制开关K1后,灯泡1和灯泡2同时亮。
2.灯泡1和灯泡2同时亮后,振荡器也开始工作,显示器1计时8s后,灯泡3亮。
3.停止按钮控制开关K2按下时,灯泡3先灭,显示器2计时10s后,灯泡2灭,显示器3再计时5s后,灯泡1灭,振荡器也停止工作。
六、课程设计心得体会
在两周的数字电子课程设计中,我更深入的了解了数字电子中的许多芯片的功能,设计电路的思路更清晰,逻辑性更强了。
两周的课程设计结束了,在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识,也培养了我如何去把握一件事情,如何去做一件事情,又如何完成一件事情。
在设计过程中,我与同学分工设计,和同学们相互探讨,学会了合作,学会了宽容,学会了理解,也学会了做人与处世。
在看到自己要进行设计的题目时,经过一段时间的思考,很快就设计出电路。
但又仔细地将过程对照后,发现了许多漏洞,由于整体电路几乎是用计数器来实现的,所以错误都出在计数器上,比如:
1、在我所设计的电路中,多处用到计数器来表达题目中的延时,用计数器计数到某一值来控制灯泡的亮灭,但我初次设计出电路后,发现当计数器计数到所需值后,并没有让计数器保持,从而计数器继续计数,使得灯泡又改变了状态;
2、当所设计的电路整体运行一遍后,发现,我并没有给电路中的计数器进行清零,以至于电路无法重新开始进行工作。
经过多次修改,自己认为设计的电路已没有错误。
在实验室进行Multisim仿真时发现,此软件中并没有我需要的异步清零计数器74LS161,于是我又用实验室Multisim仿真软件中的其他芯片组合后来代替74LS161,经过这一次修改,我仿真出了正确结果。
验证了我所设计电路的正确性。
在实验室进行硬件仿真时,很快将电路连接完毕,但并没有得出结果,经多次检查后,发现无法得出结果的原因:
有些芯片是坏的、有些导线是断的。
从这次课程设计,我得到了一些经验与教训:
在设计的过程中不仅要将大体的思路搞清楚,而且具体的细节也要考虑到,不能在小细节上出现差错,否则全盘皆输;
在设计电路的过程中,一定要联系实际,尽量设计精简的电路图,否则在实际电路中既耗费体力,又耗费金钱,有不必要的支出。