灯控制彩器课程设计.docx

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灯控制彩器课程设计

题目:

彩灯循环显示控制电路设计

初始条件：

74LS160计数器，74HC390计数器，74HC139译码管，555可调时钟脉冲，门电路和基本电气元件。

要求完成的主要任务:

以LED数码管作为控制器的显示元件，它能自动地依次显示出数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列），1、3、5、7、9（奇数列），0、2、4、6、8（偶数列）和0、1、2、3、4、5、6、7、0、1（音乐符号数列），然后由依次显示出自然数列、奇数列、偶数列和音乐符号数列…….，如此周而复始，不断循环。

打开电源时，控制器可自动清零。

每个数字的一次显示时间基本相等，这个时间在0.5s到2s范围内连续可调。

时间安排：

第17周（7、8节）：

理论讲解

第18周：

理论设计及实验室安装调试；

地点：

鉴主15通信工程实验室

（1），鉴主13通信工程专业实验室；

第19周：

撰写设计报告及答辩；地点：

鉴主17楼研究室。

指导教师签名：

年月日

系主任签名：

年月日

目录

摘要1

1系统方案的选择3

1.1方案一3

1.2方案二3

1.3方案三4

1.4方案的比较和确定4

2系统方案设计及仿真4

2.1系统整体方案的设计4

2.2系统各个模块方案设计及仿真5

2.2.1系统脉冲产生模块5

2.2.2自然序列产生模块9

2.2.3奇数序列产生模块10

2.2.4偶数列产生模块10

2.2.5音乐序列产生模块11

2.2.6控制电路模块12

2.2.7开关清零模块14

2.3系统整体电路设计及仿真14

3系统仿真结果分析及实物制作16

3.1系统仿真结果16

3.2仿真结果分析16

3.3实物制作及调试16

设计心得17

主要参考文献19

附录元件清单20

摘要

数字电子技术课程设计是继《数字电子技术基础》理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节。

它的任务是在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之后，让学生综合运用数字电子技术知识，进行实际数字电子系统的设计、安装和调测，利用Multisim等相关软件进行电路设计，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和电子技术实践技能，让学生了解数字电子技术在工业生产领域的应用现状和发展趋势。

为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础。

根据课程设计的要求，利用所学数字电路知识，设计了彩灯循环显示电路。

主要设计思路为使用四块计数器分别完成自然序列、奇数序列、偶数序列和音乐符号序列的循环，然后将各个序列整合，通过一块共阳极八位数码管实现四个序列的循环显示。

整个电路的设计难点在于四个序列的整合，通过合理使用门电路和译码管，将各个序列计数器产生的进位输出通过门电路和计数器译码器重新调节达到控制电路触发顺序的效果。

系统采用555定时器产生矩形脉冲来为电路提供基础脉冲，再通过触发器改变脉冲频率控制不同的计数器。

Abstract

Coursedesigndigitalelectronictechnologyisthedigitalelectronictechnologylawtheoryoflearningandteachingandanimportantpracticalteaching.Itstaskistoacquireandpossessabasicknowledgeofelectronicsandcircuitunitdesigncapability,letthestudentstheknowledgeofdigitalelectronics,fortheactualdigitalelectronicsystemsdesign,installationandadjustmentoftheutilizationoftherelevantsoftwaresuchasmultisimcircuitdesign,improvetheiroverallabilitytoapplyknowledge,analysisandproblemsolvingskillsande-technologyskillstoenablestudentstounderstanddigitalelectronictechnologyinindustrialproductionapplicationsandtrends.Engagedintheelectronictechnologyforthefutureinthefieldofengineeringdesign.

Accordingtocurriculumproject'srequest,usesstudiesthedigitalcircuitknowledge,hasdesignedthecoloredlanterncirculationdisplaycircuit.Themaindesignmentalitytousefourcounterstocompletethenaturalsequence,theoddnumbersequence,theevennumbersequenceandmusicsymbolsequencecirculationseparately,theneachsequenceconformity,realizestogetherthroughaltogethertheanodeeightnixietubesfoursequencecirculationdemonstrations.Theentireelectriccircuit'sdesigndifficultyliesinfoursequencestheconformity,throughthereasonableusegateandthedecodingtube,thecarryoutputwhichproduceseachsequencecounterachievesthroughthegatecircuit,counterandencoderresetthecontrolcircuittriggeringordertheeffect.Thesystemuses555timerstoproducethesquarepulsetocomefortheelectriccircuittoprovidethefoundationpulse,changesthepulsefrequencycontroldifferentcounteragainthroughthetrigger.

1系统方案的选择

合理的方案选择，对于系统的设计、搭建都至关重要。

针对课程设计中对于电路功能的要求，列出可行的系统方案，通过比较不同方案的优缺点，最终得出最合理的系统方案。

1.1方案一

采用分离的数字电路芯片搭建电路，实现系统要求功能。

自然数列，奇数列，偶数列，音乐数列采用十进制计数器74LS160，要让四个数列依次循环则采用一个2线--4线译码器和一个四进制计数器。

用译码器的输出依次去控制芯片清零端，再通过一个四进制计数器去控制译码器输入，使其在四个输出间不断循环，而计数器的时钟脉冲则可通过每个芯片的进位端经过一四输入或门输出来控制。

此方案的优点：

设计思路清晰，在系统设计、仿真以及后期实物调试中可以加深我们对于触发器、计数器、译码器及各种门电路的工作原理的理解，对于组合逻辑电路和时序逻辑电路都有更深的体会可以真正的将数字电路的理论知识运用到实际中去。

此方案的缺点：

系统工作原理虽然简单，但芯片直接的连线较为复杂，在仿真和实物焊接中都很容易出现线路漏接、接错的现象，以致不能完成系统功能。

系统一旦搭建完成，功能便固定，不可再做改动。

同时，因使用较多的分离器件，系统的成本也会较高。

1.2方案二

数列产生和显示部分同方案一相同，只是在循环控制电路有所不同，此方案是利用移位寄存器将串行数据右移的功能来设计的。

实现循环主要是依靠74LS194的移位功能来完成，在脉冲信号的触发下，寄存器的输出就可以从1000→0100→0010→0001，再将74LS194的QD与SR相连，当寄存器的输出为0001时，SR为“1”，相当于串行输入“1”，然后QD又变为“0”，这样就实现向右移位的循环了。

然后四个输出端用来控制计数器的信号控制端就可以控制序列输出了。

此方案的优缺点同方案一

1.3方案三

采用大规模集成电路—MCS-51单片机进行系统设计。

此方案的优点：

电路简单，通过硬件的搭建配以软件的编写，可以很好的达到系统要求的功能。

同时，系统只需通过改写芯片内部的程序，便可任意改变数码管的显示。

此方案的缺点：

对于系统芯片内部的工作原理不是很了解，对于数字电路的学习并没有太多的帮助。

1.4方案的比较和确定

考虑到此次为数字电子技术的课程设计，其目的是通过课程设计，加深对数字电子技术的理解和应用，加上我对单片机还不太了解，因此我在方案一和方案二中进行了选择。

方案一在循环控制电路中所用的元件是计数器和译码器，本课设中的数列产生电路也是用的计数器，而如果选择方案二中用寄存器来实现循环控制，那么使得课设中所用的元器件种类增加，因此选用方案一更合理。

2系统方案设计及仿真

2.1系统整体方案的设计

系统由计数器、译码器、555定时器以及各种门电路构成。

其中由555定时器构成脉冲产生电路，为计数器、译码器以及各个时序电路提供时钟脉冲信号。

由各个序列计数器的进位输出控制总计数器，再通过译码器完成对各个序列的清零，保证各个序列分时工作，每个序列的数值通过数码管依次完成显示。

其中时钟脉冲在控制奇偶数列时产生了分频，保证每次数值显示的时间相同。

系统整体框图如图2.1所示。

数码管显示

清零

图2.1系统整体框图

2.2系统各个模块方案设计及仿真

2.2.1系统脉冲产生模块

产生信号脉冲的方法很多，可直接接入电压源脉冲信号，还可用多谐振荡器产生方波信号。

本设计选用的是用多谐振荡器。

它是一种在接通电源后，就能产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器，常做为脉冲信号源。

由于不用接输入信号就可以产生所需要的矩形波，所以在设计的时候就选用此方案。

选用的电路由555定时器构成的，其外部引脚图如图2.2所示。

因为555定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，用它组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小，这样使产生的矩形波更稳定。

图2.2555定时器外部引脚图

从电路的连接上，将555定时器接成施密特触发器的结构，即将2,6端并联，再与RC构成的充放电电路串联点连接，将7脚接到放电点。

电路图如图2.3所示。

图2.4多谐振荡器电路图

其仿真产生的波形结果如图2.5所示。

图2.5脉冲信号仿真结果图

由于在电路中存在奇偶序列，若四个序列在相同的时钟脉冲下，那么奇偶序列在显示时间上将是自然序列和音乐序列的二倍，由此采用二分频电路，使得各个序列数在显示时时间相等。

JK触发器为下降沿触发，其解法为J=K=1，此时Q的次态为Q非，完成都时钟脉冲的二分频。

仿真是采用74LS1