彩灯控制器设计说明书.docx

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彩灯控制器设计说明书

电子技术课程设计说明书

题目：

彩灯控制器的设计

学生姓名：

学号：

院（系）：

电气与信息工程学院

专业：

电子科学与技术

指导教师：

2010年11月1日

目录

1选题背景1

1．1指导思想1

1．2方案论证1

1．3基本设计任务1

1．4发挥设计任务1

1．5电路特点1

2电路设计2

2.1总体方框图2

2.2工作原理2

3各主要电路及部件工作原理2

3.12Hz脉冲及降频（555、JK触发器）2

3.2循环控制部分（JK触发器、74LS138）3

3.3两个74LS160控制4个数列简要说明4

3.4简单的复位电路5

4原理总图5

5元器件清单7

6调试过程及测试数据（或者仿真结果）7

6.1各主要功能块的单独调试（按焊接步骤）7

6.1.1CD4511与数码管的调试7

6.1.2555与降频器的调试7

6.1.3循环部分和非门的调试7

6.1.4两个74LS160的调试7

6.2调试总结果分析8

7小结9

8设计体会及今后的改进意见9

8.1体会9

8.2本方案特点及存在的问题9

8.3改进意见9

参考文献10

1选题背景

数电模电在我们生活中的应用非常之广泛，不论是天上飞的、地上跑的、水里游的差不多都会涉及到它。

鉴于以理论推动实践及理论实践相结合为指导思想，特此用数电所涉及的理论知识来实践这次课程设计。

1．1指导思想

以74LS160为主要器件，加之以循环电路、脉冲电路、显示电路、复位电路等，即可实现题目所述的功能（打开电源时，控制器可自动清零，从接通电源时刻起，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（音乐符号数列），然后又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）。

1．2方案论证

方案一：

可以用74LS153、74LS160及NE555加以必要的电路来实现。

此电路的特点在于：

电路简单、器件使用少、构思奇妙。

方案二：

以JK触发器作为循环控制部分，加必要的门电路，结合74LS160便可实现。

此方法较为普通。

在设计过程中，由于先设计出的是第二种方案，考虑其简单易行、思路清晰，综合考虑，采用方案二。

1．3基本设计任务

用NE555、74LS160、JK触发器、CD4511以及必要的门电路设计一个控制电路使其在开机时能够实现如下功能：

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（音乐符号数列），然后又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）。

1．4发挥设计任务

1、用3端稳压器件设计一个5V稳压输出电源，其输入为5-15V.

2、加上4个LED分别指示每个循环状态。

1．5电路特点

用较为简单的思路实现课题功能，在运用器件方面以普通的的4个74LS160变为2个74LS160，再有就是设计了4个状态指示LED。

2电路设计

2.1总体方框图

循环控制部分

（JK触发器、74LS138、74LS04）

CD4511及显示部分（74LS32、CD4511）

LED指示部分（74LS32）

NE555及降频部分

（NE555、JK触发器）

2个74LS160

图2-1总体方框图

2.2总体工作原理

本系统重要部分为循环控制部分，循环控制部分中的JK触发器会产生一个四进制循环状态，通过74LS138译码后会产生4个控制状态，这4个控制状态将分别控制74LS160的工作状态，74LS160在脉冲的作用下经CD4511译码后便可以显示出4组数字。

3各主要电路及部件工作原理

3.12Hz脉冲及降频（555、JK触发器）

图3-1-1NE555多谐振荡器电路图3-1-2JK触发器降频电路

多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。

多谐振荡器没有稳态，所以又称为无稳电路。

在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，其“触发”信号是由电路内部电容充（放）电提供的，因此无需外加触发脉冲。

多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。

多谐振荡器的周期可以用公式:

t=（R1+2R2）Cln2

计算，即上图3-1多谐振荡器的周期约为0.5s。

降频电路是由一个JK触发器构成，当J端和K端接成高电平时就是一个T型触发器。

T触发器在一个脉冲的下降沿Q端的状态会变化一次，由这个原理便可以做成0.5倍频降频器。

3.2循环控制部分（JK触发器、74LS138）

图3-2-1JK触发器构成的四进制计数器电路

图3-2-2K触发器及74LS138构成的循环控制电路

如图3-2-1JK触发器构成的四进制计数器电路，当开机时，复位信号会使其输出高低位为00，在接下来的脉冲下输出会以00—01—10—11—00—01……循环。

JK触发器构成的四进制计数器电路的设计过程：

由次态方程及状态方程求J、K

化简求次态

用卡诺图表示

写状态转换表

状态转换表如下：

图3-2-3状态转换表

据表中次态对应Q高*、Q低*，画出卡诺图化简。

次态卡诺图如下：

图3-2-4Q高*

图3-2-5Q低*

由图3-2-4、图3-2-5可得：

Q高*=Q高·Q低’+Q高’·Q低，

Q低*=Q低’。

由JK触发器的状态方程

Q*=J·Q’+K’·Q,

便可得J、K的关系，其连线便如上电路图。

3.3两个74LS160控制4个数列简要说明

由于要显示4组数字，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（音乐符号数列），分析每组的特点，音乐数列和自然数列都是按顺序来，而奇偶数列则是间隔了一个数，因此可以归为两组；音乐数列和自然数列、奇偶数列。

以这样的思路就可以用2个74LS160来计数。

音乐数列和自然数列的74LS160：

图3-3-174LS160A

音乐数列和自然数列都是从0开始的，因此运用起来较简单。

自然数列直接用就可以,；对于音乐数列则到了7的的时候就要复位到0，解决方法如下：

在要消除异步复位时的闪烁的前提下，可以用同步置位，即在输出端口到达0111时把其低3位处理成职位信号，再考虑别的控制因素的情况下，电路便可如上图方法设计。

奇偶数列的74LS160：

图3-3-274LS160B

对于奇偶数列的处理，可以从输出四位二进制看出解决问题的方法，奇数列：

0001,0011,0101,0111,1001。

偶数列：

0000,0010,0100,0110,1000。

假如显示部分不接四位二进制输出的最低位，最低位接0，则可以得到偶数列的输出；反之，显示部分不接四位二进制输出的最低位，最低位接1，则可以得到奇数列的输出。

对于这个奇偶数列的74LS160，假如和音乐数列、自然数列的74LS160接同一个脉冲，则会出现两类数字的跳动周期不一样，那么就可以用0.5倍频降频器来实现。

3.4简单的上电复位电路

图3-4-1复位电路

复位电路用于两个74LS160和JK触发器的清零，使得在一开机的情况下全部从零开始。

4原理总图

5元器件清单

6调试过程及测试数据（或者仿真结果）

6.1各主要功能块的单独调试（按焊接步骤）

6.1.1CD4511与数码管的调试

焊接时最先做CD4511与数码管的连接。

连接好后通上电源，首先测试数码管的全部点亮。

把CD4511的测试端LT’接地，可以看到数码管显示8字，说明数码管是好的。

接着，把CD4511的LE端接地、BI’和LT’接高电平，此时在输入端A、B、C、D接相应的信号使数码管显示0-9各个字符。

通过以上的测试便能得知此电路的好坏。

通过以上的测试方法，本电路没有问题、可以使用。

6.1.2555与降频器的调试

通过把555_VIRTUAL接成多谢振荡电路便可以输出方波，通过公式t=（R1+2R2）Cln2的计算可得方波周期。

本电路用R1=R2=24kΩ、C=10uF，则t=0.5s，再通过接0.5倍频的JK触发器便得到1s方波。

这两个方波脉冲分别给两个74LS160提供信号。

调试：

照电路图接好线路后，给电路通上电。

通过测试555_VIRTUAL的out端和JK触发器的Q端，看其是否为0.5Hz和1Hz。

在仿真软件上得到的结果如下图：

图6-1-2-1复位电路

6.1.3循环部分和非门的调试

此部分由一个JK触发器、一个74LS138和4个非门构成，可以分别输出4个高电平用以控制两个74LS160的工作。

测试：

焊接好电路后，上电。

给JK触发器一个低频脉冲，用示波器测量4个非门的输出端，若每个非门会分别输出高电平，则此电路是好的。

6.1.4两个74LS160的调试

两个74LS160和一些必要的门电路便可以构成4个数列的循环输出。

如图6-1-4-1即为自然数列和音乐数列的组合，如图图6-1-4-2即为奇、偶数列的组合。

图6-1-4-174LS160A自然数列和音乐数列的组合

图6-1-4-274LS160B奇、偶数列的组合

把上图两个电路的输出端通过或门按主图纸接好线后，再把Y0、Y1、Y2、Y3接4个非门输出端，联合以上6.1.2、6.1.3便可以测试。

测试：

接通总电源，把两个74LS160及JK触发器均复位一下，观察数码管的显示。

如果出现0-9、1-9、0-8、1-7这样的显示情况，则电路没有问题。

若出现不显示则是复位没有成功，以后连上复位电路后便会没有问题。

6.2调试总结果分析

以上的每个主要的小功能部分调试是很容易成功的，在调试过程中夜也遇到一些问题，比如：

在没有接上电复位电路的时候，容易出现数码管不显示，这个问题的原因是其中的一个74LS160没有被复位，其输出端全为高电平，则CD4511不能译出，即会出现数码管不显示，这个问题的解决方法便是接上上电复位电路。

在接线没有错误的情况下，以上的调试应该是没有问题的，实践证明，通过每一个小部分的各自调试可以把系统化小，使得解决问题的效率提高，整个系统的成功率增大。

参考文献

【1】数字电子技术基础/阎石主编.-5版.-北京：

高等教育出版社，2006.5

【2】模拟电子技术基础/童诗白，华成英主编.-4版.-北京：

高等教育出版社，2006.5

【3】电子线路设计·实验·测试/罗杰，谢自美主编.-4版.北京：

电子工业出版社，2008.4