节拍发生器.docx
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节拍发生器
皖西学院
课程设计报告书
系别：
机电系
专业：
电子信息科学与技术
学生姓名：
袁磊磊
学号：
20060901
课程设计题目：
节拍发生器电路设计与仿真
起迄日期:
11月9日~11月22日
课程设计地点:
教学实验楼B楼
指导教师:
张斌
完成日期:
09年11月19日
一设计目的与设计要求.........................1
二设计原理..................................2
1计数器.........................................2
2译码器.........................................3
三设计方案...................................8
1设计方案原理...................................8
四设计仿真...................................9
1仿真软件EWB5.0简介.............................9
2仿真过程........................................9
3仿真结果记录...................................9.
五心得体会..................................13
摘要
随着电路设计水平和制造工艺的提高，用硬件电路控制声音的合成来代替某些大体积机械式乐器发声，在实际中得到了广泛实用。
如在音乐教学中用到的音乐节拍器，传统上是用机械式结构产生声音的，系统价格昂贵、体积庞大。
目前，也有用软件方法合成节拍，系统也较灵活，但程序运行会占用很多系统资源。
为此，我们设计了一种由硬件电路实现的一种便携式节拍器。
本设计采用的是计数器的译码器组成的8节拍发生器，为使计数器工作在计数状态，CR、LD、CTP和CTT均接高电平（+5V计数器连接译码器地址输入端，在CP作用下，计数规律反复循环，并在译码器输出端依次输出时序脉冲。
在此次设计中，时序脉冲用发光二极管显示出来。
其具有结构简单、电路简洁、制作容易等特点。
设计目的与设计要求
一本次课程设计应达到的目的
此次课程设计培养我们综合运用相关课程中所学到的理论知识并亲自动手查阅手册和相关文献资料，培养个人独立分析和解决问题的能力；设计还进一步使我们熟悉常用芯片和电子器件的类型及特性，并掌握合理选用器件的原则；让我们熟悉并学会电路设计与仿真方面的相关软件；设计还培养了我们严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
二本课程设计课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等）：
1电路具有节拍功能；
2设置外部操作开关，控制发生器的动作节拍；
3发生器为循环计数，计时间隔为1秒；
4用相关仿真软件对电路进行仿真
设计原理
此次设计采用的是计数器的译码器组成的8节拍发生器，为使计数器工作在计数状态，CR、LD、CTP和CTT均接高电平（+5V计数器连接译码器地址输入端，在CP作用下，计数规律反复循环，并在译码器输出端依次输出时序脉冲。
在此次设计中，时序脉冲用发光二极管显示出来。
一计数器
计数器是数字系统中用的较多的基本逻辑器件，它的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即实现技术操作，也可以用于分频，定时，产生节拍脉冲和脉冲序列等。
例如：
计算器中的时许发生器，分频器，指令计数器等都要使用计数器。
计数器的种类很多。
按构成计数器中的个触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，可以分为同步计数器和异步计数器；按照进位体制的不同，可以分为二进制计数器，十进制计数器和任意进制计数器；按照计数过程中数字增减趋势的不同，可以分为加法计数器，减法计数器和可逆计数器；还有可预置计数器等。
目前各类计数器均有典型产品，如属于二进制计数器的74LS161、74LS163……，属于十进制计数器的74LS90、74LS160等。
本次设计采用的是74LS90异步计数器。
它为中规模TTL集成计数器，可以实现二分频，五分频和十分频等功能。
74LS90的内部结构是一个二进制计数器和五进制计数器构成，可以独立地作为二进制和五进制计数器使用，同时进行适当的连接又可以构成十进制计数器。
其内部电路结构图，引脚排列图和功能表如下图所示：
内部电路图
引脚排列图
复位输入
输出
R1 R2 S1 S2
QDQCQBQA
H H L ×
H H × L
×× H H
X L × L
L × L ×
L × × L
× L L ×
L L L L
L L L L
H L L H
计 数
计 数
计 数
计 数
7490功能表
使用7490芯片时注意：
1）二进制计数器的时钟输入端为CP1，输出端为Q0；
2）五进制计数器的时钟输入端为CP2，输出端为Q1Q2Q3。
3）如果将Q0与CP2相连，CP1作时钟输入端，Q0~Q3作输出端，则为8421BCD码十进制计数器。
4）如果将Q3与CP1相连，CP2作时钟输入端，从高位到低位的输出为Q0Q3Q2Q1时，则构成5421BCD码十进制计数器。
二，译码器
译码器的功能是将具有特定含义的二进制码进行辨别，并转换成控制信号，具有译码功能的逻辑电路称为译码器，它在数字系统中有广泛的应用，不仅用于代码的转换，终端的数字显示，还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信号等。
不同的功能可选用不同种类的译码器。
下图为二进制译码器的一般原理图：
它具有n个输入端，2n个输出端和一个时能输入端，在使能输入端为有效电平时，对应每一组输入代码，只有其中一个输出端为有效电平，其余输出端为非有效电平。
每个输出所代表的函数对应于n个变量的最小量。
二进制译码器实际上也是负脉冲输出的脉冲分配器。
若译码器有n个输入信号和N个输出信号，如果N=2n，就称为全译码器，常见的全译码器有2线—4线译码器、3线—8线译码器、4线—16线译码器等。
如果N＜2n，称为部分译码器，如二一十进制译码器（也称作4线—10线译码器）
二进制译码器74138
74138是一种典型的二进制译码器，它有3个输入端A2、A1、A0，它们共有8种状态组合，所以有8个输出端Y0~Y7，另外，它还有3个使能输入端E1E2E3.还有所以常称为3线—8线译码器，属于全译码器。
输出为低电平有效，、G2a和G2B为使能输入端。
73138译码器的逻辑图和引脚图，功能表如下所示。
74138引脚图
74138逻辑图
输入
输出
G1G2AG2B
A2A1A0
Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7
×1×
××1
0××
100
100
100
100
100
100
100
100
×××
×××
×××
000
001
010
011
100
101
110
111
11111111
11111111
11111111
01111111
10111111
11011111
11101111
11110111
11111011
11111101
11111110
74138的功能表
三设计方案
此次设计，我们采用的是异步十进制74LS90计数器和二进制74LS138译码器构成的8位节拍发生器，计时间隔为一秒，并且时序脉冲由发光二极管显示出来，设计方案原理图如下：
节拍发生器原理图
四设计仿真
1EWB5.0简介
此次设计仿真采用的是EWB5.0软件，启动EWB5.0可以看到EWB主窗口，由菜单栏，工具栏，元器件库区，电路设计区，电路描述窗口，状态栏和暂停按钮，启动/停止开关组成，EWB模仿了一个实际的电子工作台，在电路设计区，可以进行电路的创建，测试和分析，元器件库提供了丰富的元器件和常用的测试仪器，设计电路时，只要单击所需元器件库的图标即可打开该库。
2仿真流程
从仪器库中选择信号发生器749074138发光二极管，按照原理图连接。
连接完成后的仿真界面如下所示：
使信号发生器输入一个1Hz的方波脉冲，打开启动按钮，观察各个二极管发光状态。
使用暂停按钮，把各个二极管状态记录。
3设计仿真记录
发光二极管发光次序如下记录所示：
由上图可以看出，发光二极管由Y0到Y7依次发光，并且循环不断，每两个二极管发光的时间差为1s。
符合设计要求。
五心得体会
通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力，我认识到做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，在这次课程设计过程中，我了解了很多元件的功能，最重要的是在老师的帮住下，我们熟练的掌握了EWB5.0这个软件的使用，以前对这个仿真软件很陌生，刚开始不知道用什么仿真软件，后来张老师建议我们使用这个软件来进行仿真。
期间，很多不懂得地方，张老师都给我们细心的讲解。
直到我们明白了。
最终我们完成了这次课程设计。
最后，对给予我帮住的同学和张老师表示忠心的感谢
六参考资料
1、《PROTEL99电路设计指南》王彦平清华大学出版社2000第1版
2、《数字电子技术基础》阎石高等教育出版社2001
3、《电子电路基础》童诗白高等教育出版社1995第2版
4、《电子技术课程设计指导》高等教育出版社 彭介华 2002
5、《电子电路计算机仿真技术》周常森山东科技出版社2001第一版
6、《电子电路EDA技术》赵世强西安电子科技大学出版社2001第一版
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