顺序开关控制器.docx
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顺序开关控制器
电子课程设计
---顺序开关控制器
学院：
电子信息工程学院
专业、班级：
自动化12级
姓名：
学号：
指导教师：
任青莲
2014年12月
目录
一、设计任务与要求......................................3
二、总体框图............................................3
2.1、设计系统原理图.................................3
2.2、设计电路的工作原理.............................4
3、选择器件............................................4
3.1、实验所需器件...................................4
3.2、器件说明.......................................4
4、功能模块...........................................11
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
顺序开关控制器
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
亮
灭
保持
保持
8S后
保持
保持
亮
保持
闭合
立刻
保持
保持
灭
保持
保持
10S后
保持
灭
保持
保持
保持
5S后
灭
保持
保持
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
4个
74LS03与非门
1个
七段数码显示器
4个
灯泡
3个
开关
2个
电阻（十千欧）
2个
脉冲信号发生器
1个
5V电源
2个
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
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
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
0
1
1
0
图774LS04芯片管脚图
图8747LS04逻辑框图
逻辑功能描述如下：
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
A
B
C
D
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
2
0
0
1
1
3
0
1
0
0
4
0
1
0
1
5
0
1
1
0
6
0
1
1
1
7
1
0
0
0
8
1
0
1
0
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
输入
输出
A
B
Y
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
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；
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：
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。
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。
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