彩燈控制器的設(shè)計(jì)

1、彩燈控制器的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、以半導(dǎo)體數(shù)碼管作為控制器的顯示器，它能自動(dòng)地依次顯示出數(shù)字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 （自然數(shù)列），1、3、5、7、9 （奇數(shù)列），0、2、4、6、8 （偶數(shù)列）和 0、1、 2、3、4、5、&7、0、1 （音樂符號(hào)數(shù)列），然后又依次顯示出自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)列和音樂符 號(hào)數(shù)列如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。2打開電源時(shí)，控制器可自動(dòng)清零，從接通電源時(shí)刻起，數(shù)碼管最先顯示出自然數(shù) 列的0,再顯示出1，然后按上述規(guī)律變化。二、方案設(shè)計(jì)與論證設(shè)計(jì)要求總的電路能夠?qū)崿F(xiàn)以此輸出自然數(shù)列、奇數(shù)數(shù)列、偶數(shù)數(shù)列和音樂數(shù)列，而且還要求 能夠?qū)崿F(xiàn)上述順序的循環(huán)，總電

2、路主要可以分成三個(gè)部分。第一部分就是自然、奇數(shù)、偶數(shù)和音樂四個(gè)數(shù)列電路。這里使用的只要就是計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器在 時(shí)序電路中應(yīng)用的很廣泛，它不僅可以用于對脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，還可用于分頻，定 時(shí)，產(chǎn)生節(jié)拍脈沖以 及其他時(shí)序信號(hào)。運(yùn)用計(jì)數(shù)器的不同的功能和不同的接發(fā)就可以實(shí)現(xiàn)不同的序列輸出了。第二部分是將上述四個(gè)獨(dú)立的數(shù)列電路通過或門將計(jì)數(shù)器的輸出端通過一定方式連接整合成一 個(gè)大的計(jì)數(shù)電路，即只用一片數(shù)碼管就能實(shí)現(xiàn)上述四個(gè)數(shù)列電路的顯示輸出。最后還有一個(gè)部分就是循環(huán)電路。設(shè)計(jì)內(nèi)容要求按照先自然序列然后到奇數(shù)序列再到偶數(shù)序列 最后是音樂序列這樣的順序周而復(fù)始的循環(huán)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)循環(huán)輸出的功能，可以用移位寄存器或

3、者 是譯碼器的輸出端來控制四個(gè)數(shù)列電路控制四個(gè)計(jì)數(shù)器的工作情況，可以讓四個(gè)計(jì)數(shù)器依次工作，就 可以達(dá)到要求的依次循環(huán)輸出數(shù)列。方案一、利用移位寄存器來實(shí)現(xiàn)循環(huán)電路電路圖如下圖1用74LS194實(shí)現(xiàn)的循環(huán)電路這個(gè)電路圖實(shí)現(xiàn)循環(huán)主要是依靠74LS194的移位功能來完成的。先讓開尖SW1撥至與電源相 接，就是接入高電平，這樣移位寄存器有了脈沖信號(hào)之后就可以實(shí)現(xiàn)置數(shù)的功能，四個(gè)輸出端為 1000,再將開尖SW撥至與地相接也就是接入低電平，這時(shí)寄存器就可以實(shí)現(xiàn)移位的操作了，然后通 過脈沖信號(hào)的觸發(fā)下，寄存器的輸出就可以從1000. 0100- 0010 -0001，這樣依次循環(huán)了。然后四個(gè)輸出端用來控制

4、計(jì)數(shù)器的信號(hào)控制端就可以控制序列輸出了。循環(huán)電路的設(shè)計(jì)采用74LS194移位寄存器，通過74LS194移位寄存器的四個(gè)輸出端子分別 控制四個(gè) 計(jì)數(shù)器工作，74LS194的功能表和原理圖分別如下表和圖所示。輸入輸出清零CLR控制信號(hào)串行輸入時(shí)鐘CLK工作狀態(tài)S1so右移左移0XXXXX0100XXX保持1010(1)X右移110X0(1)左移111XX置數(shù)要讓四個(gè)數(shù)列依次循環(huán)則采用一個(gè)2線-4線譯碼器和一個(gè)四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。用譯碼器的輸出依次去控 制芯片清零端，在通過一個(gè)四進(jìn)制計(jì)數(shù)器去控制譯碼器輸入，使其在四個(gè)輸出間不斷循環(huán)，而計(jì)數(shù)器 的時(shí)鐘脈沖則可通過每個(gè)芯片的進(jìn)位端經(jīng)過一四輸入或門輸出來控制。這

5、個(gè)部分主要用到的是芯片 74HC390計(jì)數(shù)器和74HC139譯碼管，它們的功能表如下表 所示。表2 74HC390的功能表輸入輸出RoiRo2S91S92CPaCPbQdQcQbQa110XXX000011X0XX0000011XX1001011XX1001Roi Ro2=OS91 S92=0CP0二進(jìn)制計(jì)數(shù)0CP五進(jìn)制計(jì)數(shù)CPQa8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)QdCP5421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)表3 74HC139的功能表輸入輸出GBA丫 3丫 2YiYo1XX111100011100011101010101 d10110111三單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1自然序列由于74HC160本身就是一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)的芯片，

6、因此對于這個(gè)部分就只需按照其功能表來接電路就可以實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制自然序列輸出了。在脈沖信號(hào)的觸發(fā)下，計(jì)數(shù)器的輸出端的狀態(tài)依次為 000n 0001-0010 0011-0100- 0101-0110 0111 10001001，然后再將計(jì)數(shù)器的輸出端和數(shù)碼管的輸入端口相接就可以在數(shù)碼管上面看到依次顯示從0到9 了。其序列顯示電路圖如下圖2、奇數(shù)序列將奇數(shù) 1, 3, 5, 7, 9 用 8421 BCD 碼分別表示為：“0001”，“ 001T，“ 0101M，“ 011T，“ 100T，可以發(fā)現(xiàn)最后一位都為1，因此可以在上述十進(jìn)制自然序列的基礎(chǔ)上將數(shù)碼管的最低位接高電平就可以實(shí)現(xiàn)奇數(shù)序列了。雖然在

7、每個(gè)脈沖觸發(fā)的作用下，芯片實(shí)現(xiàn)的仍然是十進(jìn)制，但是由于數(shù)碼管最低位接高電平，在數(shù)碼管顯示的則是奇數(shù)列3、偶數(shù)序列將偶數(shù) 0,2,4, 6, 8 用 8421 BCD 碼分別表示為 “0000”“0010”“0100”，“0110”，,可以發(fā)現(xiàn)最后一位都為0,因此可以在上述十進(jìn)制自然序列的基礎(chǔ)上將數(shù)碼管的最低位 接低電平就可以實(shí)現(xiàn)偶數(shù)序列了。雖然在每個(gè)脈沖觸發(fā)的作用下，芯片實(shí)現(xiàn)的仍然是十進(jìn)制，但是由于數(shù)碼管最低位接高電平，在數(shù)碼管顯示的則是偶數(shù)列。4、音樂序列音樂序列的特點(diǎn)是從o顯示到7后又再變?yōu)?,這里可以將數(shù)碼管的最高位固定接低電平就可以實(shí)現(xiàn)了。因?yàn)?4LS160的輸出端只有三個(gè)與數(shù)碼管相接

8、，當(dāng)74LS160的輸出為“1000”和“1001時(shí)，這時(shí)由于數(shù)碼管最高位是固定接低電平的，也就是數(shù)碼管的輸入端仍是“ 0000”，“000。這樣數(shù)碼管的顯示就又變成0和1 了。四、總電路工作原理及元器件清單1 總原理圖2電路完整工作過程描述（總體工作原理）電路圖中四個(gè)74LS160的輸出端口分別與四個(gè)與門相接，然后再將四個(gè)門電路的輸出端分別與數(shù)碼管的輸入端相接。其中產(chǎn)生自然數(shù)列和音樂數(shù)列的脈沖信號(hào)的頻率是產(chǎn)生奇數(shù)序列和偶數(shù)序列的脈沖信號(hào)的頻率是 2倍，這是因?yàn)闉榱藢?shí)現(xiàn)數(shù)字顯示時(shí)間間隔相等的要求，這里利用二分頻器很好地實(shí)現(xiàn)了這一功能。當(dāng)打開電路的開尖后，首先就是輸出自然序列，這時(shí)是 U1先工作

9、，它的清零端接的是“1“，這時(shí)就是它處在計(jì)數(shù)的操作，然后輸出通過與或門相接再接至數(shù)碼管的輸入端，就可以依次顯示從0到9,當(dāng)U1的輸出要從9變到0的瞬間，它的進(jìn)位端的狀態(tài)是” ，然后通過一個(gè) 或門接至74HC390的脈沖輸入端，這時(shí)從“ 0”變至“ T，恰好有一個(gè)脈沖，就可以通過譯碼器 使U4開始工作即開始計(jì)數(shù)，它從9變至1時(shí)，又通過進(jìn)位端給74HC39C 一個(gè)脈沖，然后就通過譯 碼器又使U8幵始工作，它從0變至8,當(dāng)它從8變至0時(shí)，它的進(jìn)位 端又變至“，就又可以給 74HC390個(gè)脈沖信號(hào)，最后就通過譯碼器控制U9的工作，輸出音樂數(shù)列。如此周而復(fù)始的這樣循 環(huán)，就可以實(shí)現(xiàn)我們需要的功能了3元件

10、清單元件序號(hào)型D主要參數(shù)數(shù)量備注U1-U474160Q0Q1Q2Q3CLK4計(jì)數(shù)器U574LS113J KQ1觸發(fā)器U67448ABCD1數(shù)碼管U874LS139Y0Y1Y2Y31譯碼器U774LS390Q0Q1Q2Q31計(jì)數(shù)器U97404Y4非門U1A-U2B4072Y5或門CLOCK1脈沖五7方真調(diào)試與分析六結(jié)論與心得這次的課程設(shè)計(jì)是一次難得的鍛煉機(jī)會(huì)，讓我們能夠充分利用所學(xué)過的理論知識(shí)還有自己的想象 的能力，另外還讓我們學(xué)習(xí)查找資料的方法，以及自己處理分析電路，設(shè)計(jì)電路的能力。我相信是對 我的一個(gè)很好的提高。平時(shí)在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的時(shí)候，根本就沒有想到我所學(xué)的這些東西有什么用它們 可以做成什

11、么，只是一味利用它們來解決課后的習(xí)題，沒有想其他的用途。這次的課程設(shè)計(jì)讓我懂得 了它們在實(shí)際中的用途，還有我們身邊的很多電路，例如頻率計(jì)、交通燈、數(shù)字鐘這些都是我們 自己可以實(shí)現(xiàn)的，突然感覺自己學(xué)的東西很有用，我相信這樣就可以激發(fā)我以后的學(xué)習(xí)興趣，這樣有 利用今后更好地學(xué)習(xí)。通過這次課程設(shè)計(jì)，我還更加深了理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。這次的設(shè)計(jì)電路我用到了計(jì)數(shù)器 還有譯碼 器，通過自己分析和設(shè)計(jì)更好地運(yùn)用了它們，而且還學(xué)會(huì)了它們更多的功能，發(fā) 現(xiàn)它們的功能遠(yuǎn)比功 能表里面說的多很多，可以利用不同的接法設(shè)計(jì)出各種各樣不同的電路出來。另外在分析比較設(shè)計(jì)循 環(huán)電路的環(huán)節(jié)中，我還考慮過利用移位寄存器來設(shè)計(jì)循環(huán)，可是發(fā)現(xiàn)移位寄存器的脈沖不好控制。不 過我還是學(xué)會(huì)了移位寄存器的很多功能，以及通 過查閱資料也知道了它的很多種典型的電路。最后一 個(gè)知識(shí)點(diǎn)就是利用555定時(shí)器來設(shè)計(jì)多諧振蕩器，我采用的電路就是課本里介紹的典型電路，通過這個(gè)電路也讓我了解了555定時(shí)器的功能，還有一個(gè)就是利用JK觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)分頻的功能。這些都是我這次設(shè)計(jì)所用到的知識(shí) 點(diǎn)，通過這次的設(shè)計(jì)我鞏固了對這些理論性的知識(shí)的理解。最后我覺得我自己也學(xué)到了一些方法，比如中我了一般設(shè)計(jì)時(shí)序電路的主要步驟，還 有如何利用 PROTUESMULTISIM等學(xué)習(xí)軟件，方面以后的學(xué)習(xí)很仿真。而且我很贊同學(xué)校這種利用課程設(shè)計(jì)來 考驗(yàn)我