数电课程设计 彩灯控制器文档格式.docx
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1、23进制计数器的实现……………………………………5
2、5-32译码器………………………………………………5
3、控制电路的实现…………………………………………6
4.总体电路图的实现………………………………………7
五、仿真结果
1、奇数灯依次灭………………………………………………8
2、偶数灯依次灭………………………………………………8
3、所有灯按照序号灭…………………………………………8
六、心得体会
…………………………………………………………………9
七、参考文献
…………………………………………………………………10
课程设计题目:
彩灯控制器
题目要求:
1.有十只LED,L0……L9
2.显示方式:
①先奇数灯依次灭
②再偶数灯依次灭
③再由L0到L9依次灭
3.显示间隔可自定。
器材名称
所需数量
74161N芯片
2个
与非门
1个
函数信号发生器
+5V电源
74LS138芯片
5个
与门
40个
LED灯
10个
非门
1、总体思路
按课程设计题目来看,要求实现彩灯的23种状态(开始灯全部亮1种状态,奇数的灯依次灭5种状态,然后所有的灯再全部亮1种,偶数的灯依次灭5种,然后所有的灯全部亮1种,然后所有的灯按照序号从L0到L9依次灭10种状态,总共23种),此处可以用一个23进制的计数器实现,从0到22种状态来控制这23种状态(00000-10110),然后把计数器用译码器译成可以实现的高低电平。
再写出这23种状态和计数器数字对应的真值表,计算出逻辑式,便可实现题目要求的彩灯控制。
由上分析可知需要一个23进制的计数器,然后需要一个5-32译码器,然后在由门电路连接LED灯。
总体设计思路图如下所示:
2、各个模块的实现
(1)23进制计数器:
用2个74161N(异步清零,同步置数的功能)扩展成23进制计数器,采用并行进位方式、整体置数。
因为计数器需要23种状态(00000-10110),所以,我先用两片74161连接成256(16*16)进制计数器,然后在输出为10110(22)时,用与非门来控制两计数器的LDN端清零,同时清零信号可以作为进位信号输出。
(2)5-32译码器:
用5个74LS138实现5-32译码功能,左边的一片74LS138芯片用于控制选择右边的四个芯片的打开或者闭合,右边的四个芯片中的前三个每个都控制八种状态,共二十四种状态,题目要求为二十三种,所以把最后的两种状态都设置为灯全部灭,即灯全部灭的时间是其他状态的时间的两倍,当接通时,先通过左边的芯片进行右边芯片的选择,然后右边的芯片再进行位移控制终端的状态,从而实现二十三种状态的循环。
(3)各门电路的连接:
根据真值表,用与门将各个电路和LED灯连接起来。
3、真值表
由23进制计数器输入一个五位二进制数(00000-10110),输出彩灯所对应的状态(1表示灯亮,0表示灯灭),对应的真值表如下:
L0
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7
L8
L9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
1、23进制计数器的实现
23进制计数器是由两个16进制计数器构成,并且将23进制计数器的每个状态输出,令其对应LED的每一种状态,计数器实现如下图(下图中左侧的5个输出从左到右电位依次升降低):
2、5-32译码器
5-32译码器是由5个74LS138实现,它的实现原理同用2个74LS138实现4-16译码器的原理,设计图如下图:
3、控制电路的实现
由真值表可得到各个LED灯的逻辑表达式如下:
L0=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M12;
L1=M0+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13;
L2=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M12+M13+M14;
L3=M0+M1+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M14+M15;
L4=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M12+M13+M14
+M15+M16;
L5=M0+M1+M2+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13+M14
+M15+M16+M17;
L6=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M9+M12+M13+M14
+M15+M16+M17+M18;
L7=M0+M1+M2+M3+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13
+M14+M15+M16+M17+M18+M19;
L8=M0+M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M9+M10+M12+M13
+M14+M15+M16+M17+M18+M19+M20;
L9=M0+M1+M2+M3+M4+M6+M7+M8+M9+M10+M11+M12+M13
+M14+M15+M16+M17+M18+M19+M20+M21。
LED灯和译码器连接如下图:
4.总体电路图的连接:
1、奇数灯依次灭
2、偶数灯依次灭
3、灯依次全部灭
六、心得与体会
该电路的设计基本上完成了课程设计题目所要求的功能,但是仍然存在一定的不足之处,例如,在灯按照序号从L0到L9依次灭的时候,在灯L2、L3、L4灭的时候会出现短暂的闪烁。
同时,在设计这个电路的时候遇到了许许多多的问题,例如:
怎样能使10路彩灯能够自动循环点亮,又怎样控制,怎样把这些模块电路连接起来等等问题。
这些问题都是要经过上网查找资料,了解芯片的功能,在草稿纸上一遍又一遍的画出电路图,经过化简后再在软件multisim10上做出相应的电路图。
在这次的课程设计中,我收获很大,具体有以下几方面:
1.学以致用。
在学习数字电路的过程中,上课我们都是些理论上的东西,并且在做实验的过程中也是照着书本上给出设计好的电路连线,不需要自己设计,一直都没有运用到自己所学的知识来设计一个电路。
而这次的课程设计真正让我们通过自己的知识和努力,通过自己查阅资料、分析来解决问题。
这不但能巩固我们所学的理论知识,又能提高我们的实践能力。
2.学会分析解决设计上的问题。
在设计电路的过程中,每一步都要自己去思考分析,遇到问题时,经常都要经过多次的尝试来解决改善问题,有时一点微小的错误都会影响到结果的正确以否,而这些微小的错误经常都是很难发现,这就需要我们学会仔细分析问题。
3.懂得了如何去安装调试电路。
设计电路,关键步骤还在于解决实际遇到的问题,安装调试出正确的结果,这一步是至关重要也是最为困难的。
很多时候,理论分析正确,调试却不一定正确,这关键也在于调试过程是否正确。
我们必须遵循一些安装调试步骤,先单个调试,然后再整体调试,先局部再整体,切不可一次安装后调试,因为这样是很难查出错误来。
总之,这次的课程设计的收获是很大的,通过这几天的努力,终于设计出“彩灯控制器”的电路。
从开始的无从下手到熟悉各种芯片的功能,到尝试着设计各个单元电路,再到每个细节问题错误的改进和矫正,这里的每一步都是一个大大的提高,特别是许多的细节问题都是很棘手的。
但是结果证明,只要不断地努力,不断地思考,目标是一定会实现的。
参考资料
《数字电路技术基础》董秀峰.著
《模拟电子技术基础》孙肖子.著
《电路基础》陈生谭.著
《电子线路设计指导》李银华.著.北京航空大学出版社,2005
《电子电路设计与实践》姚福安.著山东科学技术出版社,2001