电灯开关控制器.docx
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电灯开关控制器
数字电子基础课程设计
—电灯开关控制器
院系:
电子信息工程学院
班级:
学号:
学生姓名:
指导教师:
时间:
2014年12月
目录
一、课程设计题目..........................................1
2、元器件及其功能.......................................1
1.元器件清单...........................................1
2.集成块功能介绍.......................................1
三、工作原理..............................................3
1.画出状态图...........................................3
2.触发器与状态编码......................................4
3.获得状态方程..........................................4
4.得到输出方程..........................................5
5.5S定时器..............................................6
四、电路图................................................7
1.整体电路图............................................7
2.电路仿真..............................................8
五、心得体会..............................................10
一、课程设计题目
试设计电灯控制器,按钮k按下后(低电平有效),电灯亮5S后灭;若按钮在灯亮5S期间,再按下按钮k,则灯常亮不灭;若这时按下按钮k,则灯灭。
2、元器件
1.元器件清单
(1)D触发器四个
(2)与门六个
(3)或门两个
(4)非门一个
(5)与非门两个
(6)74LS160集成块一个
(7)100千欧电阻一个
(8)5V直流电压源一个
(9)25HZ脉冲信号源一个,1000HZ脉冲信号源一个
(10)数码管一个
2.集成块功能
(1)74LS160功能
74LS160是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器,他可以灵活的运用在各种数字电路,以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能。
74LS160管脚功能如图2-1所示。
图2-174LS160管脚功能
74LS160功能表如表2-2所示。
表2-274LS160功能表
输入
输出
0
×
×
×
×
异步清零
1
0
×
×
?
同步预置
1
1
1
1
?
计数
1
1
0
×
×
保持
1
1
×
0
×
保持
(2)D触发器功能
74LS74内含两个独立的D上升沿双d触发器,每个触发器有数据输入(D)、置位输入()复位输入()、时钟输入(CP)和数据输出(Q、QN)。
、的低电平使输出预置或清除,而与其它输入端的电平无关。
当、均无效(高电平式)时,符合建立时间要求的D数据在CP上升沿作用下传送到输出端。
74LS74特性功能如表2-3所示。
表2-374LS74功能表
74LS74管脚功能如图2-4所示。
图2-474LS74管脚功能图
三、工作原理
1.画出状态图。
根据电灯控制要求,可以得到该电灯控制开关的状态图如图3-1所示。
图3-1电灯延时开关状态图
K是低电平有效的按钮信号,,td10是5S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5S定时器启动信号。
电灯控制只需3个有效工作状态,使用两个触发器,而两个触发器有四个状态,多余一个状态,目的是在上电时状态机能进入有效工作状态实现自启动;在状态图上画出多余状态A3,在任何输入条件下,都可以从该状态自动进入初始工作状态A0。
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。
由状态图可以获得如表3-1所示的电灯延时开关状态表。
状态表可以转换成如图3-2所示的卡诺图。
表3-1电灯延时开关状态表
输入信号
现态
次态
输出
k
Td10
Q
Qn+1
T10
deng
0
×
A0
A1
0
0
1
1
A1
A0
1
1
0
0
A1
A2
1
1
0
×
A2
A0
0
1
×
×
A3
A0
0
0
现态Q输入(k,td10)00011110
A0
A1
A2
A3
A1
A1
A0
A0
A2
A1
A0
A1
A0
A0
A2
A2
A0
A0
A0
A0
次态Qn+1
图3-2次态卡诺图
2.触发器与状态编码。
由于有四个状态,故选用两个触发器Q1,Q0,采用格雷编码,A0=00、A1=01、A2=11、A3=10。
采用编码的次态卡诺图如图3-3所示。
Q1Q0k,td1000011110
00
01
11
10
01
01
00
00
11
01
00
01
00
00
11
11
00
00
00
00
Q1n+1Q0n+1
图3-3采用格雷编码的次态卡诺图
3.获得状态方程。
将编码次态卡诺图分解为以下Q1和Q0的卡诺图。
如图3-4、3-5所示。
Q1Q0k,td1000011110
00
01
11
10
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
Q1n+1
图3-4触发器Q1的次态卡诺图
Q1Q0k,td1000011110
00
01
11
10
1
1
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
0
Q0n+1
图3-5触发器Q0的次态卡诺图
由Q1、Q0的次态卡诺图可以得到各个触发器的次态方程,即
Q1n+1=Q1(非)Q0k(非)td10(非)+Q1Q0k
Q0n+1=Q1(非)k(非)+Q1Q0k+Q0ktd10(非)
4.得到输出方程。
由于该电路是摩尔时序电路,输出只与现在状态有关,因此根据状态表可以直接写出输出方程。
(1)T10在A1状态时为1,所以t10=Q1(非)Q0;
(2)Deng在A1和A2状态时为1,所以deng=Q1(非)Q0+Q1Q0=Q0。
(3)用D触发器构成该状态机。
由驱动方程和输出方程可以得到状态机的电路图如图3-6所示。
图3-6电灯控制开关状态机的电路图
5.5S定时器
5S定时器如图3-7所示。
图3-75S定时器
四、电路图
1.整体电路图
整体电路图如图4-1所示。
图4-1整体电路图
2.仿真结果
仿真结果如图4-2、4-3所示。
图4-2灯亮5S后灭
图4-3灯常亮
5、心得体会
电灯开关的控制器是我们日常生活中常见且必不可少的设备。
以前就对于它的原理就十分好奇。
虽然用起来简单,但其内部的结构却不容易。
通过这次课程设计让我对它的工作原理有了更深一步的认识。
主要部分是状态机部分,,再与5s延时电路就能共同组成完整的电灯控制开关。
也让我对74LS74、74LS160芯片的功能有了进一步的了解。
在仿真实验室,由于没有多输入的与门和非门,只能与了再与,或了再或,给连线带来了诸多不便,一不小心就弄乱了线路,错了之后想要纠正很困难。
平时看课本,有时问题老师弄不懂,这次看了下次就忘了,通过动手实践让我们对各个元件映像深刻。
认识来源于实践,实践是检验真理的唯一标准。
所以这个课程设计对我们的作用是非常大的。