數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)-燈的循環(huán)顯示控制電路

1、 數(shù) 字 課 電 程 字 設(shè) 計(jì) 燈的循環(huán)顯示控制電路一 設(shè)計(jì)課題的意義燈是人們在生活中運(yùn)用最多的一件電設(shè)備，是人們生活中依賴的設(shè)備；再很早以前燈只是做為一種照明的工具給人們的生活來更大的方便，但是隨著社會的穩(wěn)定、科學(xué)技術(shù)、電子技術(shù)、的迅速的發(fā)展產(chǎn)生了很多不同種類的燈（如：熒光燈、發(fā)光二極管、LED顯示器 等）在不同的領(lǐng)域中起到照明、指示 等不同的做用。隨著人們的生活水平的提高，人們對燈的應(yīng)用不僅僅是做為一種照明來使用，人們希望燈不僅能給人們的生活做照明還可采取一種技術(shù)進(jìn)行控制燈來給人們的生活發(fā)光二極管是一種電-光轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體器件，在各部門尤其是儀器，家用電器中廣泛應(yīng)用。發(fā)光二極管工作電壓低，省

2、電，工作溫度范圍很寬，價廉，機(jī)械強(qiáng)度高，亮度好，除紅 橙 黃 綠等顏色外，最近還研制出藍(lán)色。其體積大小不一，以適應(yīng)不同場合。但到目前為止LED都被單個應(yīng)用，尚無大量LED集成在一塊玻片上的矩陣顯示屏，只有物理上連在一起的矩陣顯示模塊。此外，還有雙色和三色LED。該電路的四個三色變色發(fā)光二極管循環(huán)一次共有十種變色方案，震蕩電路中每產(chǎn)生四個脈沖，就改變一次。電路框圖如下圖示。顯示控制電路邏輯控制電路驅(qū)動電路十分頻電路負(fù)載振蕩電路 圖1 變色彩燈框圖 2設(shè)計(jì)任務(wù)和要求設(shè)計(jì)一個邏輯控制電路，實(shí)際以下變色規(guī)律為：（1） 逐個發(fā)紅光，直至全部發(fā)紅光。（2） 綠光追逐紅光，直至全部發(fā)綠光。（3） 橙光追逐綠

3、光，直至全部發(fā)橙光。（4） 橙光逐個熄滅。（5） 逐個發(fā)綠光。（6） 紅光追逐綠光。（7） 橙光追逐紅光。（8） 紅光逐個追逐橙光。（9） 綠光追逐紅光。（10）綠光逐個熄滅。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生變幻多彩的彩燈。要求電源電壓為5V，電流200mA。振蕩器振蕩頻率約2Hz左右。3 可選用器材（1） 數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置。（2） 直流穩(wěn)壓電源。（3） 集成器件555定時器，74290計(jì)數(shù)器，74138譯碼器等等。（4） 二極管，發(fā)光二極管，三極管，變色三極管。（5） 電阻，電容等。4 總體設(shè)計(jì)（1）實(shí)踐內(nèi)容設(shè)計(jì)彩燈循環(huán)控制電路，要求該電路彩燈循環(huán)顯示頻率快慢可調(diào)控制器具有8路輸出。上圖是一個彩燈循環(huán)

4、顯示的控制電路原理框圖，彩燈由發(fā)光二極管模擬替代。該電路由555定時器，74290計(jì)數(shù)器和74138譯碼器組成。74290計(jì)數(shù)器的時鐘信號由555振蕩電路提供，改變555的振蕩頻率，即可改變計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)快慢，即可控制彩燈閃爍的快慢。計(jì)數(shù)器輸出端作74138譯碼器輸入信號，計(jì)數(shù)器輸出不同的數(shù)據(jù)，即可控制74138譯碼器得到8種不同的輸出，控制彩燈的循環(huán)變化。5 分電路設(shè)計(jì)（1）555定時器的工作原理。555定時器是一種數(shù)字與模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應(yīng)用廣泛。外加電阻、電容等元件可以構(gòu)成多諧振蕩器，單穩(wěn)電路，施密特觸發(fā)器等。555定時器原理圖及引線排列如圖2所示。其功能見表1。定時器內(nèi)部由比較

5、器、分壓電路、RS觸發(fā)器及放電三極管等組成。分壓電路由三個5K的電阻構(gòu)成，分別給A1和A2提供參考電平2/3VCC和1/3VCC。A1和A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號自6腳輸入大于2/3VCC時，觸發(fā)器復(fù)位，3腳輸出為低電平，放電管T導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號自2腳輸入并低于1/3VCC時，觸發(fā)器置位，3腳輸出高電平，放電管截止。4腳是復(fù)位端，當(dāng)4腳接入低電平時，則V0=0；正常工作時4接為高電平。5腳為控制端，平時輸入2/3Vcc作為比較器的參考電平，當(dāng)5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對輸出的另一種控制。如果不在5腳外加電壓通常接0.01F電容到地，

6、起濾波作用，以消除外來的干擾，確保參考電平的穩(wěn)定。圖2 555定時器內(nèi)部框圖 圖2 555定時器引腳排列表1 555定時器的功能表（2）74LS90計(jì)數(shù)器原理74LS90是應(yīng)用很廣的一款集成異步計(jì)數(shù)器，它是由2分頻計(jì)數(shù)器和5分頻計(jì)數(shù)器二部分構(gòu)成的，除了供電電源是公用用的，2分頻和5分頻二部分是互相獨(dú)立的。 1計(jì)數(shù)器的時序圖3所示計(jì)數(shù)器由二個互相獨(dú)立的部分組成，觸發(fā)器FA是JK觸發(fā)器，按T觸發(fā)器模式工作，實(shí)際上就是2分頻計(jì)數(shù)，這里幾分頻的提法相當(dāng)是進(jìn)制。所以我們只需要分析5分頻的部分，即5進(jìn)制計(jì)數(shù)器的部分就可以了，二個部分級聯(lián)起來，就構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。(a)方框圖 (b) 74LS90異步加法計(jì)

7、數(shù)器邏輯圖圖3 74LS90異步加法計(jì)數(shù)器邏輯圖和方框圖圖3中的觸發(fā)器是下降沿翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器，前面討論過二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器由T觸發(fā)器串聯(lián)而成，時鐘端的連線因觸發(fā)器的觸發(fā)沿和計(jì)數(shù)器時序不同而異，可構(gòu)成N=2n循環(huán)周期的計(jì)數(shù)器，在分析非二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器時，確定觸發(fā)器的觸發(fā)方式同樣重要。5分頻部分觸發(fā)器數(shù)據(jù)端的驅(qū)動方程式如下：JB= KB=1JC=1 KC=1SD=QBQC RD=QD時鐘端的布爾式如下（各觸發(fā)器的時鐘端分別用CPa、CPb、CPc、和CPd表示，QA在外部與CPB相接），于是可寫出以下各式：CPa=CPACPb=QA=CPBCPc=QBCPd=QA=CPB設(shè)初始狀態(tài)為QDQCQB=00

8、0，由數(shù)據(jù)端和時鐘端的控制布爾式做出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，見表23-10。設(shè)初始狀態(tài)為全0000，將各Q值代入上面的驅(qū)動方程式和時鐘端的邏輯式中，于是可算出各個數(shù)據(jù)端及CPbCPd的真值，列入表23-15中第一列相應(yīng)態(tài)序0的位置。在表的下端還列出了時鐘邏輯式，可結(jié)合數(shù)據(jù)端的真值和時鐘方程，確定觸發(fā)器是否翻轉(zhuǎn)。其中FD和FB直接受CPB控制，CPB的下降沿和FD、FB數(shù)據(jù)端的狀態(tài)將決定這兩個觸發(fā)器是否翻轉(zhuǎn)。FC的時鐘由QB提供，只有QB出現(xiàn)下降沿，且JC、KC的狀態(tài)滿足JK觸發(fā)器真值表翻轉(zhuǎn)的條件時，F(xiàn)C才會翻轉(zhuǎn)，不過由于JC=KC=1，所以只要有QB的下降沿，觸發(fā)器FC就翻轉(zhuǎn)。由此作出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表23-

9、15，根據(jù)該表可以決定74LS90五分頻部分的狀態(tài)轉(zhuǎn)換順序是QDQCQB=000001010011100000，即012340。如果2分頻和5分頻級聯(lián)起來，即QA接到CPB，整個74LS90的態(tài)序?yàn)锽CD8421碼： QDQCQBQA=000000010010001101000101011001111000 10010000 即01234567890 2狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為了做出完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，必須考查工作時序之外的其他狀態(tài)與工作時序的關(guān)系。 3計(jì)數(shù)器的進(jìn)位邏輯由狀態(tài)轉(zhuǎn)換表可知，圖23-4-6(a)的異步計(jì)數(shù)器是BCD8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。該計(jì)數(shù)器為加法計(jì)數(shù)器，從90應(yīng)給出進(jìn)脈沖RCO，RCO可由

10、如下邏輯門引出各觸發(fā)器的扇出數(shù)均不超出額定數(shù)值，為外接其他電路留有余地。異步計(jì)數(shù)器線路簡單，對時鐘源的負(fù)載能力要求不高，廣泛用于工作速度低于同步計(jì)數(shù)器的場合。（3）74138集成譯碼器上圖為常用的集成譯碼器74138，其功能表為：74138功能表由邏輯圖可知，該譯碼器有個輸入，它們共有種狀態(tài)的組合，即可譯出個輸出信號Y0Y7，故該譯碼器稱為線線譯碼器。與線線譯碼器比較，該譯碼器的主要特點(diǎn)是，設(shè)置了G1、G2A和G2B個使能輸入端。由功能表可知,對于正邏輯，當(dāng)G1，且G2A和G2B均為時，譯碼器處于工作狀態(tài)。由功能表可得 顯然，一個線線譯碼器能產(chǎn)生變量函數(shù)的全部最小項(xiàng)，利用這一點(diǎn)能夠方便地實(shí)現(xiàn)變

11、量邏輯函數(shù)。 6設(shè)計(jì)心得體會一周的實(shí)習(xí)很快就結(jié)束了，現(xiàn)在回想起來，總的來說，收獲不少，同時也感覺到自己知道的是如此之少。當(dāng)老師說要做課程設(shè)計(jì)時，真的不知該從何下手，后來老師提供了幾個課題讓我們自己選擇，然而，把每一個課題拿來想一想，好像都沒有思路。通過老師的指導(dǎo)和自己認(rèn)真查資料，慢慢地理清了思路。與此同時，發(fā)現(xiàn)了理論和實(shí)際的巨大差別。后來我選擇了“彩燈循環(huán)顯示控制電路的設(shè)計(jì)”，通過查找圖書和其它資料，理解了其工作原理，然后開始著手設(shè)計(jì)，很少在電腦前坐很長時間的我每天都要在機(jī)房呆上幾個小時，雖然每天眼睛都不是很舒服，但每當(dāng)完成一部分設(shè)計(jì)，心里都有一種無以言表的愉悅。畫圖需要用protel 99，由于以前沒有開設(shè)此課程，我便從圖書館借書，在老師和同學(xué)的輔導(dǎo)下初步地掌握其最基本的用法，也認(rèn)識到了其強(qiáng)大的功能和靈活的操作，并決定以后一定要進(jìn)一步學(xué)習(xí)，爭取更加熟練地掌握其應(yīng)用。最后，終于完成了，出了機(jī)房，心里無比欣慰。通過實(shí)習(xí)，我感覺到我所學(xué)的東西沒有白學(xué)，有了用途。平時，只是認(rèn)真學(xué)習(xí)書本知識，而一接觸到實(shí)際情況，便