电灯控制器汇编.docx

电灯控制器汇编.docx

《电灯控制器汇编.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电灯控制器汇编.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电灯控制器汇编

电子课程设计

——电灯控制器

学院：

电子信息工程学院

专业班级：

姓名：

学号：

指导老师：

李晓松

2013年12月22日

目录

一、设计任务与要求……………………………………2

二、总体框图……………………………………2

三、选择器件……………………………………4

四、功能模块……………………………………12

五、总体设计电路图……………………………………16

电灯控制器

1、设计任务与要求

试设计电灯控制器，按钮k按下后（低电平有效），电灯亮10s后灭；若按钮在灯亮10s期间，再按下按钮k，则灯长亮不灭；若这时按下按钮k，则灯灭。

2、总体框图

如图2-1所示：

kdeng

按钮

CP（1s）

图2-1总体框图

图中k是低电平有效的按钮信号，kd是按钮信号k的下降沿微分信号，td10是10秒定时器定时时间到信号（高电平有效），deng是电灯控制信号（高电平有效），t10是10秒定时器启动信号（高电平有效）。

1、微分电路

该状态机的按钮信号K，经过微分电路再输入状态机，使其低电平持续时间小于状态机的时钟周期，保证按钮按下一次，状态机只转移一个状态。

因此为了使系统的稳定性增高，可以用两个D触发器组成微分电路对k信号进行微分。

所以需要在K输入状态机前设计微分电路。

2、状态机

根据电灯控制的要求，可以得到该电灯控制开关的状态图如图2-2所示：

根据题意可得电灯控制只需要3个工作状态，可使用两个D触发器，两个D触发器有Q0、

0、Q1、

1四个状态，多余一个状态，为了在上电时，状态机能够有效地进入工作状态实现自启动，在状态图上画出了多余的状态A3,在任何输入条件下，都可以从该状态自动进入初始状态A0。

k=0k=0k=0

td10=1

图2-2电灯延时开关状态图

3、10s定时器

定时器有两种状态回路。

第一种是在按钮按下一次后，定时器开始倒计时，经10ms后，定时器熄灭。

第二种是按钮按下两次（包括前一次）后，定时器失去作用。

选择单时钟十进制加减计数器74LS190，即可实现10s定时器的设计;在状态端接上共阳四位数码管，可更直观的观察。

所以定时器选择74LS190和共阳四位数码管即可实现。

注意：

在此设计电路图需要两个CP触发脉冲，状态机需要1k赫兹的CP脉冲，定时器需要100赫兹的CP脉冲。

可以由555定时器组成的多谐振荡器产生1k赫兹的CP脉冲，然后经过1000分频电路产生100赫兹的CP脉冲。

分频电路可采用1个74LS160实现。

4、脉冲产生模块

555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。

因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。

5、计时器模块

计时器由74LS160和74LS190构成。

74LS160是同步可预置数4位十进制加法计数器，当置数端=清除端=1时，电路工作在计数状态。

74LS190是可预置数可逆（加减）十进制计数器，当控制端=0，加减控制端=1时，电路在减计数工作状态。

6、数码显示管

所谓的八段就是指数码管里有八个小LED发光二极管，通过控制不同的LED的亮灭来显示出不同的字形。

数码管又分为共阴极和共阳极两种类型，其实共阴极就是将八个LED的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个LED的另一端高电平，它便能点亮。

而共阳极就是将八个LED的阳极连在一起。

3、选择器件

课程设计所需器件如下：

器件

数量

74LS74D

4个

74LS03D

1个

74LS04D

5个

74LS11D

3个

74LS08D

2个

74LS21D

1个

74LS27D

1个

74LS32D

1个

74LS160D

1个

74LS190D

1个

LM555CM

1个

数码管

1个

器件功能如下：

1、74LS74：

具有异步置位和复位端的边沿触发双D触发器

74LS74的逻辑图如图3-1所示：

图3-174LS74的逻辑图

触发器输入端D称为同步输入信号，因为它们是在CLK的有效时钟沿才能起作用，传输到输出。

除此之外，触发器还有异步输入端，异步输入端直接影响触发器输出而与CLK脉冲没有关系，通常异步输入端是置位端和复位端，在有效电平时，使触发器异步置位或是复位。

74LS74的管脚图如图3-2所示：

图3-274LS74的管脚图

74LS74触发器的特性表如表3-1所示：

表3-1

2、74LS03D：

四2输入与非门

引入端符号

1A—4A输入端

1B—4B输入端

1Y—4Y输出端

74LS03D的逻辑图如图3-3所示：

图3-374LS03D的逻辑图

74LS03D的功能表如表3-2所示：

表3-2

3、74LS04D：

非门

74LS04真值表如表3-3所示：

74LS04功能表如表3-4所示：

表3-3表3-4

输入

输出

A

Y

L

H

H

L

A

Y

0

1

1

0

74LS04D管脚图如图3-4所示:

图3-474LS04D管脚图

74LS04引脚功能如图3-5所示:

图3-574LS04引脚功能

4、74LS11D：

三输入与门

74LS11D管脚图如图3-6所示：

图3-674LS11D管脚图

图中A、B、C为输入端，Y为输出端。

5、74LS160：

同步十进制计数器

74LS160结构和功能：

160为十进制计数器，直接清零。

简要说明:

160为可预置的十进制计数器，共有54/74160和54/74LS160两种。

下面是74LS160的主要电器特性：

异步清零端/MR1为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零能。

74LS160是同步置数，异步清零，并且超前进位功能。

74LS160外部引脚图如图3-7所示：

74LS160逻辑图如图3-8所示：

图3-774LS160引脚图图3-874LS160逻辑图

引出端符号：

TC           进位输出端

CEP          计数控制端

Q0-Q3        输出端

CET          计数控制端

CP           时钟输入端（上升沿有效）

/MR          异步清除输入端（低电平有效）

/PE          同步并行输入置数端（低电平有效）

74LS160内部电路图如图3-9所示：

图3-974LS160内部电路图

74LS160功能表如表3-5所示：

表3-5

6、74LS190:

可预置数同步可逆（加减）十进制计数器

74LS190的引脚图如图3-10所示：

：

图3-1074LS190的引脚图

74LS190的逻辑图如图3-11所示：

图3-1174LS190的逻辑图

引出端符号：

LOAD异步置数

D/U加减控制端

CTEN计数控制端

RCO和MAX/MIN级联输出端

74LS190的功能表如表3-6所示：

表3-6

74LS190的内部电路图如图3-12所示：

图3-1274LS190的内部电路图

7、555定时器

国产双极型定时器CB555电路结构图。

它是由比较器C1和C2，基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。

555定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当阻容元件，就可以方便地构成脉冲产生和整形电路。

555定时器内部结构图如图3-13所示：

555定时器管脚图如图3-13所示：

图3-13图3-14

555定时器功能表如表3-7所示：

表3-7

由内部结构图图可知，当5脚悬空时，比较器C1和C2比较电压分别为2/3VCC和1/3VC

当vI1>2/3VCC，vI2>1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平基本RS触发器被置0,放电三极管T导通，输出端vO为低电平。

  当vI1<2/3VCC，vI2<1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器被置1,放电三极管T截止，输出端vO为高电平。

当vI1<2/3VCC，vI2>1/3VCC时，基本RS触发器R=1、S=1,触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。

4、功能模块

此设计包括四大模块,分别为:

微分电路、状态机、10S定时器、CP脉冲的产生。

以下对各大模块进行说明:

1、微分电路：

仿真图如4-1所示：

图4-1微分电路仿真图

微分电路图为图4-1,因为状态机时钟周期很短，而按钮按下的时间相对于状态机时钟周期很长，按下按钮期间，有多个有效状态机时钟沿触发状态机，如果按钮满足状态机的转移条件，则会发生多状态转移现象。

例如按钮按下时，持续时间是300ms，若状态机时钟是1ms，则在按钮按下期间状态机的状态会发生多次A0-A1-A2-A0的转移。

因此该状态机的按钮信号K，经过微分电路再输入状态机，使其低电平持续时间小于状态机的时钟周期，保证按钮按下一次，状态机只转移一个状态。

2、状态机：

此状态机用来实现图2-2的三种状态，进而控制灯和10S定时器，使其达到要求的结果，即刚开始开关打开，t10=0，deng=0；开关按下一次时，t10由0变为1，deng由0变为1，此时t10=1，deng=1；开关按下两次时（包括前一次），t10由1变为0，灯仍然为1，此时t10=0，deng=1；开关按下三次时，t10仍为0，灯由1变为0，此时t10=0，deng=0。

仿真图如4-2所示：

图4-2状态机仿真图

3、10S定时器：

仿真图如4-3所示：

图4-310S定时器仿真图

用十进制计数器74LS190减法计数即可实现10S定时器，此模块用来实现设计要求中灯10S后熄灭，将状态端QAQBQCQD分别接到逻辑分析仪的1、2、3、4管脚进行观察，观察其10S计数，验证该设计的正确。

逻辑分析图如图4-4所示：

图4-4逻辑分析图

4、CP脉冲的产生：

CP脉冲的产生分为两种：

一是产生1K赫兹的脉冲；一是产生100赫兹的脉冲。

该模块用来给其它三个模块提供CP脉冲

（1）、1K赫兹脉冲的产生

仿真图如图4-5

1K赫兹脉冲通过555定时器组成的多谐振荡器产生，一般常取C2=0.01uF，令C1=0.01uF，占空比q=2/3,由题可得周期T=1mS，所以由公式

T=0.69（R1+2R2）C1=1mS①

q=T1/T=（R1+R2）/（R1+2R2）=2/3②

可得R1=R2=48KΩ,48KΩ不是标准电阻，可用47KΩ串1KΩ，如图4-5所示：

图4-51K赫兹脉冲的产生仿真图

将输出信号接入示波器端口A，通过示波器进行观察，验证该设计的正确。

示波器图如图4-6

图4-6

由图可得q=2/3，所以此设计正确。

（2）、100赫兹的脉冲的产生

仿真图如图4-7：

图4-7100赫兹的脉冲的产生仿真图

1KHz经过10分频（1个74LS160通过同步级联的方法来实现10分频）可产生100Hz的脉冲。

5、总设计电路图

总体设计电路图如图5-1。

总体电路图说明：

将四大模块电路连接到一起，构成总体电路，在Multism仿真电路里进行仿真，观察其结果，符合设计要求。

各要求仿真图如下：

1、按钮按下1次，灯亮，同时10S定时器开始工作，电灯亮10S钟以后灭。

仿真图如图5-2。

2、按钮按下2次（包括前一次），10S定时器不工作，电灯长亮不灭，仿真图如图5-3。

3、按钮按下3次后，电灯灭，仿真图如图5-4。

图5-1总体设计电路图

图5-2按钮按下1次倒计时到4s时

图5-3按钮按下2次灯长亮

图5-4按钮按下3次灯灭