網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)畢業(yè)論文—彩燈循環(huán)控制器11395

1、課課 程程 設(shè)設(shè) 計計 課程名稱_電子技術(shù)綜合設(shè)計與實訓(xùn) 題目名稱_ 彩燈循環(huán)控制器彩燈循環(huán)控制器_ 學生學院_ 自動化學院自動化學院_ _ _ 專業(yè)班級_網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) _ 學 號_ _ 學生姓名_ _ _ 指導(dǎo)教師_ _ 20 年 10 月 30 日 廣東工業(yè)大學課程設(shè)計任務(wù)書 題目名稱 彩燈循環(huán)控制器 學生學院 自動化學院 專業(yè)班級 網(wǎng)絡(luò)工程 姓 名 學 號 一、課程設(shè)計的內(nèi)容 完成彩燈循環(huán)控制器的設(shè)計任務(wù)。 二、課程設(shè)計的要求與數(shù)據(jù) 設(shè)計要求包括： 1. 10 路彩燈分別用 10 個發(fā)光二極管模擬，編號依次為 0，1，9。10 個數(shù)碼管依次顯示 數(shù)字 0、1、2.9，1、3、.9，0、2、4

2、.8，不斷循環(huán)，相應(yīng)的 10 路彩燈能夠自動循環(huán)點亮，每 個數(shù)字顯示時間相等； 2. 該控制電路應(yīng)有啟動、停止和復(fù)位按鈕。按下復(fù)位按鈕，自動清零顯示數(shù)字“0” ；按下啟動按鈕， 彩燈按上述規(guī)律變化。按下停止按鈕，彩燈停止顯示。 三、課程設(shè)計應(yīng)完成的工作 1. 利用各種電子器件設(shè)計彩燈循環(huán)控制器； 2. 利用 de2 板對所設(shè)計的電路進行驗證； 3. 總結(jié)電路設(shè)計結(jié)果，撰寫課程設(shè)計報告。 四、課程設(shè)計進程安排 序號設(shè)計各階段內(nèi)容地點起止日期 1 選擇課程設(shè)計題目，分析題目要求及熟悉實驗 軟件。 實驗 2 號樓 214 星期一 2 查閱資料，提出設(shè)計方案并討論，設(shè)計電路。 實驗 2 號樓 214

3、星期二 3 進行原理圖輸入并調(diào)試電路 實驗 2 號樓 214 星期三 4 調(diào)試電路、改進 實驗 2 號樓 214 星期四 5 下載并檢查 實驗 2 號樓 214 星期五 發(fā)出任務(wù)書日期：20 年 10 月 23 日 指導(dǎo)教師簽名： 計劃完成日期： 20 年 10 月 30 日 基層教學單位責任人簽章： 主管院長簽章： 摘 要 這次的課程設(shè)計主要是用計數(shù)器來實現(xiàn)的，這個彩燈循環(huán)控制電路的實質(zhì)就是要產(chǎn)生一 系列有規(guī)律的數(shù)列，然后通過一個七段數(shù)碼管將數(shù)字顯示出來。這里使用的主要就是計數(shù)器， 計數(shù)器在時序電路中應(yīng)用的很廣泛，它不僅可以用于對脈沖進行計數(shù)，還可用于分頻，定時， 產(chǎn)生節(jié)拍脈沖以及其他時序信

4、號。運用計數(shù)器的不同的功能和不同的接發(fā)就可以實現(xiàn)不同的 序列輸出了。 而這次的內(nèi)容還包括分電路圖的整合，使這個彩燈循環(huán)顯示器能夠按照要求那個依次輸 出自然序列，奇數(shù)序列，偶數(shù)序列為了實現(xiàn)這個循環(huán)輸出的功能，在設(shè)計的時候還用到了一 個移位寄存器，可以利用它的輸出端來控制三個計數(shù)器的工作情況，可以讓三個計數(shù)器依次 工作，就可以達到要求的依次循環(huán)輸出數(shù)列。 本次實驗需要兩個頻率 cp1 和 cp2，且 cp2=2cp1，所以要用到分頻電路，本實驗中主要 也是用計數(shù)器來實現(xiàn)分頻功能。 關(guān)鍵詞：循環(huán)彩燈，計數(shù)器，移位器，分頻 目 錄 1 1 設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計任務(wù)及要求.1 1.1 主要任務(wù).1 1.2

5、 技術(shù)要求.1 2 2 設(shè)計方案設(shè)計方案.1 2.1 基本組成方框圖.1 3 3 方案的實現(xiàn)方案的實現(xiàn).2 3.1 數(shù)字循環(huán)模塊的設(shè)計.2 3.2 控制模塊的設(shè)計.3 3.3 二分頻模塊的設(shè)計.4 4 4 測試步驟及實驗結(jié)果測試步驟及實驗結(jié)果.5 5 5 結(jié)論與問題討論結(jié)論與問題討論.5 5.1 設(shè)計所遇到的問題.5 5.1 心得體會.5 參考文獻參考文獻.6 附錄附錄 （總電路圖）（總電路圖）.7 1 1 設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計任務(wù)及要求 1.1 主要任務(wù)主要任務(wù) 以 led 數(shù)碼管作為控制器的顯示元件，它能自動地依次顯示出數(shù)字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然數(shù)列） ，1、3、5、

6、7、9（奇數(shù)列）和 0、2、4、6、8（偶數(shù)列） ，然后由依次顯示出自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)序列. 如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。 1.2 技術(shù)要求技術(shù)要求 電路要實現(xiàn)停止、啟動、復(fù)位清零 3 個按鍵的功能。 每個數(shù)字的一次顯示時間基本相等。 2 2 設(shè)計方案設(shè)計方案 2.1 基本組成方框圖基本組成方框圖 l le ed d數(shù)數(shù)碼碼管管循循環(huán)環(huán)彩彩燈燈 自自然然數(shù)數(shù)列列奇奇數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)列列偶偶數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)列列 脈脈沖沖信信號號 控控制制模模塊塊 c cp p2 2 c cp p1 1 c cp p1 1 圖 1 基本方框圖 設(shè)計的基本思想：由控制模塊（由計數(shù)器和譯碼器實現(xiàn)）分別控制自然數(shù) 列、奇數(shù)數(shù)列和偶數(shù)數(shù)

7、列三大塊的循環(huán)，而自然數(shù)列、奇數(shù)數(shù)列和偶數(shù)數(shù)列的 設(shè)計基本上是一樣的，再用脈沖信號來控制數(shù)字的顯示時間都相等。 3 3 方案的實現(xiàn)方案的實現(xiàn) 3.1 數(shù)字循環(huán)模塊的設(shè)計數(shù)字循環(huán)模塊的設(shè)計 3.10 自然數(shù)、奇數(shù)、偶數(shù)數(shù)列的循環(huán) 在這一個模塊，主要是用 3 個 74192 來分別實現(xiàn)自然數(shù)、奇數(shù)、偶數(shù)數(shù)列 的循環(huán)， （如圖 2(a)、(b)、(c)）所示 counter d c a b clr up dn ldn qb bon con qa qc qd 74192 inst18 vcc 制 制 制 a1 b1 c1 d1 cp2 counter d c a b clr up dn ldn qb

8、bon con qa qc qd 74192 inst25 or2 inst27 not inst28 vcc a2 c2 d2 b2 制 制 制 cp1 圖 2(a)：自然數(shù)列 圖 2(b)：奇數(shù)數(shù)列 counter d c a b clr up dn ldn qb bon con qa qc qd 74192 inst24 and2 inst50 gndvcc 制 制 制 a3 b3 c3 d3 cp1 圖 2(c)：偶數(shù)數(shù)列 設(shè)計的基本思想： 圖 2（a）所示的自然數(shù)列是用一個模十計數(shù)器 74192 來完成的，其中 up 端接 cp1 脈沖，clr（高電平清零）由控制模塊來控制實現(xiàn)在圖

9、2（a） 、 （b）和 （c）之間的循環(huán)，a1、b1、c1、d1 則是作為輸出的十個彩燈的 bcd 碼，要 接到 led 數(shù)碼管和小彩燈上面去（見 3.11 彩燈和數(shù)碼管顯示模塊） ； 圖 2（b）則奇數(shù)數(shù)列循環(huán)的模塊，它也是由 74192 來實現(xiàn)的，考慮到奇數(shù) 數(shù)列的一個特點，0001、0011、0101、0111、1001，其最低位（則 a 端）始終 為 1，所以在 qa 處接一個或門，或門的另一端接控制端（低電平有效），所以 在奇數(shù)數(shù)列模塊有效期間，a 端輸出始終為 1。 圖 2（c）是偶數(shù)數(shù)列，其原理跟圖 2（b）是一樣的，與上一個 0，是 a 端 輸出始終為 0。 3.11 彩燈和數(shù)

10、碼管顯示模塊 0 output 1 output 2 output 3 output 4 output 5 output 6 output 7 output 8 output 9 output a6 output b7 output c8 output d9 output e10 output f11 output g12 output bcd to dec d b c a o7n o8n o9n o0n o3n o2n o1n o6n o5n o4n 7442 inst13 not inst50 not inst51 not inst52 not inst53 not inst54 not

11、inst55 not inst56 not inst57 not inst58 not inst59 bcd to 7seg ltn b c d rbin bin a ob oc oe od of og oa rbon 7447 inst5 or3 inst60 or3 inst61 or3 inst62 or3 inst63 a1 a1 a2 a3 b1 b2 b3 c1 c2 c3 d1 d2 d3 圖 3：彩燈和數(shù)碼管顯示模塊 這個模塊是比較簡單的，在 3.10 中自然數(shù)、奇數(shù)、偶數(shù)模塊每次都只有一 個模塊是有效的，其它模塊的 a、b、c、d 輸出全為 0，所以用或門把 3 個 bcd

12、碼或成一個 bcd 碼，用二-十進制譯碼器 7442 把 bcd 碼翻譯成十進制接 到彩燈上，用數(shù)碼管譯碼器 7447 把 bcd 碼在 led 顯示管上顯示 3.2 控制模塊的設(shè)計控制模塊的設(shè)計 控制模塊是整個電路設(shè)置的關(guān)鍵，這一塊要實現(xiàn)的功能是：當數(shù)字循環(huán)模 塊中的自然數(shù)數(shù)列循環(huán)一圈后，控制模塊控制它跳到奇數(shù)數(shù)列，奇數(shù)數(shù)列循環(huán) 一圈后，控制模塊控制它跳到偶數(shù)數(shù)列，當偶數(shù)數(shù)列循環(huán)一圈后，控制模塊控 制它跳到自然數(shù)數(shù)列，這樣一直循環(huán)下去，則實現(xiàn)課程設(shè)置的要求。 如圖 4 所示，可以用計數(shù)器 74193 來實現(xiàn)模三計數(shù)，產(chǎn)生 0000，0001，0010 三種狀態(tài)，通過二-四譯碼器 74139

13、來產(chǎn)生 clr1、clr2、clr3 三個控制端（低電平有效） ，分別控制自然數(shù)列、奇數(shù)數(shù) 列和偶數(shù)數(shù)列的運行。在這里要給 74193 的 up 端一個脈沖，二這個脈沖是來 之三個 74192 的 d 端的或非，其原理如下：在電路中只能有一個 74192 是有效 的，其它兩個的 a、b、c、d 端輸出都為 0，有效的那個 74192 的 d 端的輸出 的規(guī)律是 0000000011-0，它與其它兩個 d 端的或非是 1111111100-1，則當 d 端的輸出從 0 變到 1 時（剛好走完一個模式的計數(shù)） ，就給控制模塊的 74193 一 個上升沿脈沖，使 74193 計一次數(shù)，從而是計數(shù)循環(huán)

14、模塊跳轉(zhuǎn)使另外一個 74192 有效，這樣就可以實現(xiàn)整個計數(shù)模塊的塊間循環(huán)。 在圖 4 中有一個 replace 的按鈕，它是一個復(fù)位鍵，每按一次，就會產(chǎn)生一 個 0 脈沖，使 74193 清零，從而使彩燈循環(huán)回到自然數(shù)列循環(huán)，則是回到循環(huán) 的初始狀態(tài)。 counter d c b a clr up dn ldn qb qa con qd qc bon 74193 inst5 vcc and2 inst25 or2 inst9 and2 inst10 2:4 decoder a1 a2 b1 b2 g1n g2n y10n y20n y13n y12n y11n y21n y22n y23n

15、74139 inst13 nor3 inst14 clr1 clr2 clr3 vcc replace input not inst18 d1 d2 d3 圖 4：控制模塊 3.3 二分頻模塊的設(shè)計二分頻模塊的設(shè)計 在圖 2 中，我們需要兩個脈沖 cp1 和 cp2，其中要使 cp1=2cp2，原因是： 自然數(shù)列接 cp2 脈沖，做模十計算，每計數(shù)一次，彩燈亮一下，時間間隔是 t1=1/cp2；奇數(shù)和偶數(shù)數(shù)列接 cp1 脈沖，由于奇數(shù)和偶數(shù)數(shù)列也是做模十計算， 每計兩次數(shù)，彩燈才亮一下，時間間隔是 t2=2/cp1，要使 t1=t2，則要使 cp1=2cp2。 and2 inst52 coun

16、ter d c a b clr up dn ldn qb bon con qa qc qd 74192 inst29 up counter clock q23.0 cout lpm_counter0 inst30 cp1 vcc cp2 vcc open input vcc clk input 圖 5：分頻模塊 分頻模塊的設(shè)計是用 74192 計數(shù)器來實現(xiàn)，如圖 5 所示。clk 接外部頻率， 這里是接 27mhz 的頻率，所以要用一個 lpm_counter 來進行 24 分頻，使 cp1 的 頻率約為 1.68hz，結(jié)果是使彩燈大概每秒亮一次。open 接一個開關(guān)與外部脈沖 相與，起到停止

17、和啟動的作用，當 open 撥到低電平時，整個電路沒有脈沖，因 而停止運行。 4 4 測試步驟及實驗結(jié)果測試步驟及實驗結(jié)果 經(jīng)上機測試，證明該電路是可行的，實現(xiàn)了彩燈對自然數(shù)列、奇數(shù)數(shù)列、 偶數(shù)數(shù)列的循環(huán)，并且實現(xiàn)了復(fù)位，啟動和停止功能的按鈕。 5 5 結(jié)論與問題討論結(jié)論與問題討論 5.1 設(shè)計所遇到的問題 5.1 心得體會 這次的課程設(shè)計是一次難得的鍛煉機會，讓我們能夠充分利用所學過的理 論知識還有自己的想象的能力，另外還讓我們學習查找資料的方法，以及自己 處理分析電路，設(shè)計電路的能力。 總之我覺得這樣的實踐對我們現(xiàn)在的學習以及以后的工作都是很大的幫助， 而且對我分析問題的方法也有很大的幫助

18、，使我考慮問題更周到，更全面。 參考文獻參考文獻 1 電子線路設(shè)計實驗測試第三版，謝自美 主編，華中科技大學出版 社 2 數(shù)字邏輯第三版，歐陽星明 主編，華中科技大學出版社 附錄附錄 （總電路圖）（總電路圖） vcc clk32 input vcc open33 input vcc replace input and2 inst53 counter d c a b clr up dn ldn qb bon con qa qc qd 74192 inst32 vcc counter d c a b clr up dn ldn qb bon con qa qc qd 74192 inst55 counter d c a b clr up dn ldn qb bon con qa qc qd 74192 inst56 or2 inst57 counter d c a b clr up dn ldn qb bon con qa qc qd 74192 inst58 and2 inst59 gnd or3 inst61 or3 inst62 or3 inst63 o