彩燈循環(huán)顯示控制電路課程設(shè)計(jì)

1、任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目中文：彩燈循環(huán)顯示控制電路設(shè)計(jì)英文：lantern display control circuit loop 設(shè)計(jì)功能要求1、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、6、7、0、1（音樂(lè)符號(hào)數(shù)列），然后依次顯示出自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)序列，音樂(lè)符號(hào)序列. 如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。這個(gè)彩燈循環(huán)控制電路的實(shí)質(zhì)就是要產(chǎn)生一系列有規(guī)律的數(shù)列，然后通過(guò)一個(gè)七段數(shù)碼管顯示出來(lái)。2、打開電源時(shí)控制器可自動(dòng)清零；3、每個(gè)數(shù)據(jù)的一次顯示時(shí)間相等，這個(gè)時(shí)間在0.52秒范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)

2、。 設(shè)計(jì)任務(wù)內(nèi)容1、 學(xué)習(xí)與研究相關(guān)的電子技術(shù)理論知識(shí)，通過(guò)查閱模、數(shù)電資料及相關(guān)網(wǎng)站資料，拿出可行的設(shè)計(jì)方案；2、 根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，完成電路參數(shù)計(jì)算、元器件選型、繪制電路原理圖；3、 進(jìn)行電路軟件仿真（multisim 2001），獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并驗(yàn)證設(shè)計(jì)有效性。4、 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。簽名：趙華影彩燈循環(huán)控制電路設(shè)計(jì)摘要本次課程設(shè)計(jì)以led數(shù)碼管作為控制器的顯示元件，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、6、7、0、1（音樂(lè)符號(hào)數(shù)列），然后依次顯示

3、出自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)序列，音樂(lè)符號(hào)序列. 如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。這個(gè)彩燈循環(huán)控制電路的實(shí)質(zhì)就是要產(chǎn)生一系列有規(guī)律的數(shù)列，然后通過(guò)一個(gè)七段數(shù)碼管顯示出來(lái)。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(duì)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。這次的內(nèi)容還包括分電路圖的整合，使這個(gè)彩燈循環(huán)顯示器能夠按照要求那個(gè)依次輸出自然序列，奇數(shù)序列，偶數(shù)序列還有音樂(lè)序列。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)循環(huán)輸出的功能，在設(shè)計(jì)的時(shí)候還用到了一個(gè)寄存器，可以利用它的輸出端來(lái)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

4、次循環(huán)輸出數(shù)列。最后還有一個(gè)部分就是脈沖的產(chǎn)生基于多諧振蕩器可以產(chǎn)生方波，就可以利用它來(lái)產(chǎn)生脈沖信號(hào)了。這個(gè)設(shè)計(jì)基本上就是由以上三個(gè)部分連接在一起組成的。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更容易讓人清晰明白，在以上電路的基礎(chǔ)上還接了四個(gè)小彩燈，根據(jù)數(shù)碼管數(shù)字的不同顯示，四個(gè)小彩燈會(huì)相應(yīng)的亮出不同的顏色。在數(shù)列循環(huán)的部分我采用的是用一個(gè)四進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)譯碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣避免了脈沖的混亂。用555定時(shí)器設(shè)計(jì)的多諧振蕩器，其優(yōu)點(diǎn)是在接通電源之后就可以產(chǎn)生一定頻率和一定幅值矩形波的自激振蕩器，而不需要再外加輸入信號(hào)了。由于555定時(shí)器內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，這樣就使多諧振蕩器產(chǎn)生的振蕩頻率受電源

5、電壓和環(huán)境溫度變化的影響很小。電路圖連接好后，經(jīng)multisim軟件調(diào)試測(cè)試之后，電路可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，即實(shí)現(xiàn)從自然序列，奇數(shù)序列，偶數(shù)序列還有音樂(lè)序列的循環(huán)顯示，而且數(shù)字之間的顯示時(shí)間間隔也可以通過(guò)改變脈沖信號(hào)的頻率來(lái)改變。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞1：多諧振蕩器；關(guān)鍵詞2：彩燈循環(huán)控制；關(guān)鍵詞3：555定時(shí)器 目 錄引言1第1 章 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介21.1 主要任務(wù)31.2 技術(shù)要求41.3 基本組成方框圖5第 2 章 設(shè)計(jì)方案 62.1 數(shù)列循環(huán)部分72.2 數(shù)列顯示部分82.3 脈沖信號(hào)的產(chǎn)生92.4 方案的確定 10第 3 章 單元電路的設(shè)計(jì)及其原理 113.1 數(shù)列循環(huán)電路的設(shè)計(jì) 123.2 序列顯示

6、電路的設(shè)計(jì) 133.2.1 十進(jìn)制自然序列的顯示電路143.2.2 奇偶數(shù)序列顯示電路153.2.3 音樂(lè)序列顯示電路163.3 脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì) 173.4 二分頻電路的設(shè)計(jì) 183.5 電源電路的設(shè)計(jì) 193.6 總電路圖的設(shè)計(jì) 20第四章 仿真結(jié)果4.1 脈沖產(chǎn)生電路的仿真4.2 二分頻電路、顯示電路的仿真結(jié)論 21致謝 22參考文獻(xiàn) 23附錄 24引 言課程設(shè)計(jì)是我校電氣工程學(xué)院每一位二年級(jí)以上（包括二年級(jí)）同學(xué)每學(xué)期都必須做的設(shè)計(jì)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)可以把同學(xué)們平時(shí)所學(xué)的知識(shí)充分利用起來(lái)，達(dá)到學(xué)以致用，同時(shí)，理論聯(lián)系實(shí)踐才是學(xué)習(xí)的最好途徑和方法。作為電子信息工程專業(yè)的學(xué)生，我們不僅要把課

7、本知識(shí)學(xué)扎實(shí)，同時(shí)也要把理論應(yīng)用到實(shí)踐中去，用實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)平時(shí)所學(xué)知識(shí)，達(dá)到融會(huì)貫通的效果。本次課程設(shè)計(jì)的題目是彩燈循環(huán)控制電路設(shè)計(jì)，主要運(yùn)用計(jì)數(shù)器的不同功能、不同的接發(fā)就可以實(shí)現(xiàn)不同的序列輸出。設(shè)計(jì)以led數(shù)碼管作為控制器的顯示元件，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、6、7、0、1（音樂(lè)符號(hào)數(shù)列），然后依次顯示出自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)序列，音樂(lè)符號(hào)序列. 如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。這個(gè)彩燈循環(huán)控制電路的實(shí)質(zhì)就是要產(chǎn)生一系列有規(guī)律的數(shù)列，然后通過(guò)一個(gè)七段數(shù)碼管顯示出來(lái)。這次

8、的內(nèi)容還包括分電路圖的整合，使這個(gè)彩燈循環(huán)顯示器能夠按照要求依次輸出自然序列，奇數(shù)序列，偶數(shù)序列還有音樂(lè)序列。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)循環(huán)輸出的功能，在設(shè)計(jì)的時(shí)候還用到了一個(gè)寄存器，可以利用它的輸出端來(lái)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。最后還有一個(gè)部分就是脈沖的產(chǎn)生基于多諧振蕩器可以產(chǎn)生方波，就可以利用它來(lái)產(chǎn)生脈沖信號(hào)了。這個(gè)設(shè)計(jì)基本上就是由以上三個(gè)部分連接在一起組成的。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更容易讓人清晰明白，在以上電路的基礎(chǔ)上還接了四個(gè)小彩燈，根據(jù)數(shù)碼管數(shù)字的不同顯示，四個(gè)小彩燈會(huì)相應(yīng)的亮出不同的顏色。本次課程設(shè)計(jì)不僅鞏固了學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)踐，并從

9、實(shí)踐中積累實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)，而不是老停留在理論學(xué)習(xí)的階段，而且提高了自己處理、分析電路、設(shè)計(jì)電路的能力，同時(shí)也激發(fā)了我們自主學(xué)習(xí)的興趣，為今后的理論學(xué)習(xí)及實(shí)踐操作做了一個(gè)良好的鋪墊。第1章 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介1.1 主要任務(wù)本次課程設(shè)計(jì)以led數(shù)碼管作為控制器的顯示元件，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、6、7、0、1（音樂(lè)符號(hào)數(shù)列），然后依次顯示出自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)序列，音樂(lè)符號(hào)序列. 如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。這個(gè)彩燈循環(huán)控制電路的實(shí)質(zhì)就是要產(chǎn)生一系列有規(guī)律的數(shù)列，然后通過(guò)一個(gè)七

10、段數(shù)碼管顯示出來(lái)。這次的內(nèi)容還包括分電路圖的整合，使這個(gè)彩燈循環(huán)顯示器能夠按照要求依次輸出自然序列，奇數(shù)序列，偶數(shù)序列還有音樂(lè)序列。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)循環(huán)輸出的功能，在設(shè)計(jì)的時(shí)候還用到了一個(gè)寄存器，可以利用它的輸出端來(lái)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。最后還有一個(gè)部分就是脈沖的產(chǎn)生基于多諧振蕩器可以產(chǎn)生方波，就可以利用它來(lái)產(chǎn)生脈沖信號(hào)了。這個(gè)設(shè)計(jì)基本上就是由以上三個(gè)部分連接在一起組成的。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更容易讓人清晰明白，在以上電路的基礎(chǔ)上還接了四個(gè)小彩燈，根據(jù)數(shù)碼管數(shù)字的不同顯示，四個(gè)小彩燈會(huì)相應(yīng)的亮出不同的顏色。在數(shù)列循環(huán)的部分我采用的是用一個(gè)四

11、進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)譯碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣避免了脈沖的混亂。電路圖連接好后，經(jīng)multisim軟件調(diào)試測(cè)試之后，電路可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，即實(shí)現(xiàn)從自然序列，奇數(shù)序列，偶數(shù)序列還有音樂(lè)序列的循環(huán)顯示，而且數(shù)字之間的顯示時(shí)間間隔也可以通過(guò)改變脈沖信號(hào)的頻率來(lái)改變。1.2 技術(shù)要求1.根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，完成電路各參數(shù)計(jì)算、元器件選型、繪制電路原理圖等2打開電源時(shí)，控制器可自動(dòng)清零。3.每個(gè)數(shù)字的一次顯示時(shí)間基本相等，這個(gè)時(shí)間在0.5s到2s范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。4進(jìn)行電路軟件仿真（multisim 2001），獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并驗(yàn)證設(shè)計(jì)有效性。1.3 基本組成方框圖圖1 基本組成方框圖第2章 設(shè)計(jì)方案2.1

12、數(shù)列循環(huán)部分方案一設(shè)計(jì)數(shù)列的循環(huán)有很多種方法，這個(gè)方案就是利用移位寄存器將串行數(shù)據(jù)右移和左移的特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)的。電路圖如圖2 圖2 用74ls940構(gòu)成的循環(huán)電路原理圖這個(gè)電路圖實(shí)現(xiàn)循環(huán)主要是依靠74ls194的移位功能來(lái)完成的。先讓開關(guān)j1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，再將開關(guān)j1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(guò)脈沖信號(hào)的觸發(fā)下，寄存器的輸出就可以從1000010000100001，這樣依次循環(huán)了。然后四個(gè)輸出端用來(lái)控制計(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74

13、ls194移位寄存器，通過(guò)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的功能表如表1，引腳圖如圖3表1 74ls194的功能表輸入輸出清零clr控制信號(hào)串行輸入時(shí)鐘clk工作狀態(tài)s1s0右移左移00100保持1010（1）右移1100（1）左移111置數(shù) 圖3 74ls194的引腳圖方案二要讓四個(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(guò)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(guò)每個(gè)芯片的進(jìn)位端經(jīng)過(guò)一四輸入或門輸出來(lái)控制。其電路圖如圖4圖4 用譯碼器實(shí)現(xiàn)的循環(huán)電

14、路這個(gè)部分主要用到的是芯片74hc390計(jì)數(shù)器和74hc139譯碼管，它們的功能表和引腳圖分別如下圖和表所示。 表2 74hc390的功能表輸入輸出r01r02s91s92cpacpbqdqcqbqa1100000110000001110010111001r01 r02=0s91 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gbay3y2y1y0111110001110001110101110110110111 圖5 74hc390的引腳圖 圖6 74hc139的引腳圖這兩種方案都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)列的循環(huán)，第

15、一種方案需要撥動(dòng)開關(guān)，而第二種就不需要可以自動(dòng)依次產(chǎn)生數(shù)列。另外第一種開關(guān)使其依次產(chǎn)生序列還需要一個(gè)脈沖控制，而在設(shè)計(jì)總體的電路的時(shí)候四個(gè)計(jì)數(shù)器也需要有脈沖信號(hào)的觸發(fā)，這樣的話就要多設(shè)計(jì)一個(gè)方波脈沖的產(chǎn)生電路，另外還要與計(jì)數(shù)器的脈沖信號(hào)匹配，因?yàn)?4ls194的移位是要一個(gè)計(jì)數(shù)器的全部數(shù)列產(chǎn)生完后才下一個(gè)脈沖，這樣不是很好與計(jì)數(shù)器的脈沖頻率想匹配。但是第二個(gè)方案就很好的解決了這個(gè)問(wèn)題，這個(gè)方案的數(shù)列循環(huán)部分就是依靠芯片74hc390和74hc139也就是一個(gè)計(jì)數(shù)器還有一個(gè)譯碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。74hc390的脈沖信號(hào)是由計(jì)數(shù)器的進(jìn)位端來(lái)控制的，這樣就很好解決了方案一的問(wèn)題，只有當(dāng)一個(gè)計(jì)數(shù)器的全部數(shù)列

16、輸出完了之后才會(huì)有脈沖信號(hào)過(guò)來(lái)觸發(fā)74hc390讓它進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)。2.2 數(shù)列顯示部分這個(gè)部分是利用74ls160d計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)數(shù)列不同的特點(diǎn)來(lái)連接電路的。電路圖如圖7（以自然序列為例） 圖7 數(shù)列顯示電路原理圖其中主要使用的是74lh160d來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其功能表以及引腳圖如下圖所示。圖8 74hc160的引腳圖表4 74hc160enpentclkabcdqaqbqcqdrco0000001000posabcd11111poscount1111qa0qb0qc0qd01111qa0qb0qc0qd01 2.3 脈沖信號(hào)的產(chǎn)生產(chǎn)生信號(hào)脈沖的方法很多，充分結(jié)合本學(xué)期數(shù)字電子技術(shù)課程里的知

17、識(shí)，這里我在設(shè)計(jì)的時(shí)候選用的是用多諧振蕩器，它是一種在接通電源后，就能產(chǎn)生一定頻率和一定幅值矩形波的自激振蕩器，常做為脈沖信號(hào)源。由于不用接輸入信號(hào)就可以產(chǎn)生所需要的矩形波，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候就選用這個(gè)方案。而選用的電路是用555定時(shí)器構(gòu)成的，因?yàn)?55定時(shí)器能很方便的接成施密特觸發(fā)器，可以先把它接成施密特觸發(fā)器，然后在其基礎(chǔ)上該接成多諧振蕩器，而且通過(guò)模電知識(shí)可知道555定時(shí)器內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，用它組成的多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小，這樣使產(chǎn)生的矩形波更穩(wěn)定。如下圖，只要把施密特觸發(fā)器的反向輸出端經(jīng)rc積分電路接回到它的輸入端，就構(gòu)成了多諧振蕩

18、器。通過(guò)改變r(jià)和c的參數(shù)即可改變振蕩頻率，用cb555組成的多諧振蕩器最高振蕩頻率約500hz,用cb7555組成的多諧振蕩器最高振蕩頻率約1mhz.電路圖如圖9圖9 脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路圖2.4 方案的確定在數(shù)列循環(huán)的部分我采用的是用一個(gè)四進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)譯碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣避免了脈沖的混亂。在數(shù)列顯示部分用的是芯片74ls160的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)功能實(shí)現(xiàn)的。在脈沖信號(hào)產(chǎn)生的環(huán)節(jié)則就是采用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。用555定時(shí)器設(shè)計(jì)的多諧振蕩器，其優(yōu)點(diǎn)是在接通電源之后就可以產(chǎn)生一定頻率和一定幅值矩形波的自激振蕩器，而不需要再外加輸入信號(hào)了。由于555定時(shí)器內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路

19、形式，這樣就使多諧振蕩器產(chǎn)生的振蕩頻率受電源電壓和環(huán)境溫度變化的影響很小。第 3 章 單元電路的設(shè)計(jì)及其原理3.1 數(shù)列循環(huán)電路的設(shè)計(jì)在這個(gè)部分主要是應(yīng)用了一個(gè)四進(jìn)制的計(jì)數(shù)器和一個(gè)譯碼器，這個(gè)部分的作用是為了使自然序列，奇數(shù)序列，偶數(shù)序列，音樂(lè)序列的循環(huán)顯示。其中四個(gè)74ls160計(jì)數(shù)器的進(jìn)位端與74hc390的cpa相接，這樣就可以通過(guò)進(jìn)位端狀態(tài)由0變?yōu)?的瞬間給它一個(gè)脈沖觸發(fā)，而另一個(gè)脈沖端則是與其輸出端qa相接的，這樣的接法是為了使74hc390實(shí)現(xiàn)8421bcd碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)的功能。然后再讓74hc390的輸出端qa，qb分別與譯碼器74hc194相接，這樣可以用譯碼器來(lái)控制計(jì)數(shù)器的動(dòng)作

20、狀態(tài)，它可以決定由哪個(gè)74ls160計(jì)數(shù)器來(lái)工作。當(dāng)qa,qb為“0”，“0”時(shí)，這時(shí)譯碼器的輸出端就只有y0為0，接一個(gè)反相器然后再接產(chǎn)生自然序列的計(jì)數(shù)器的清零端;這樣就可以實(shí)現(xiàn)只有自然序列輸出的功能，同理當(dāng)qa,qb為“0”,“1”時(shí)，這是譯碼器的輸出端就只有y1為0，接一個(gè)反相器然后再接產(chǎn)生奇數(shù)序列的計(jì)數(shù)器的清零端，這樣就可以實(shí)現(xiàn)只有奇數(shù)序列輸出的功能; 當(dāng)qa,qb為“1”,“0”時(shí)，這是譯碼器的輸出端就只有y2為0，接一個(gè)反相器然后再接產(chǎn)生偶數(shù)序列的計(jì)數(shù)器的清零端，這樣就可以實(shí)現(xiàn)只有偶數(shù)序列輸出的功能; 當(dāng)qa,qb為“1”,“1”時(shí)，這是譯碼器的輸出端就只有y3為0，接一個(gè)反相器然

21、后再接產(chǎn)生音樂(lè)序列的計(jì)數(shù)器的清零端，這樣就可以實(shí)現(xiàn)只有音樂(lè)序列輸出的功能。其產(chǎn)生序列的功能就是這樣實(shí)現(xiàn)的。其電路圖如圖10圖11 用譯碼器實(shí)現(xiàn)的循環(huán)電路圖10 用譯碼器實(shí)現(xiàn)的循環(huán)電路 3.2 序列顯示電路的設(shè)計(jì)3.2.1十進(jìn)制自然序列的顯示電路由于74hc160本身就是一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)的芯片，因此對(duì)于這個(gè)部分就只需按照其功能表來(lái)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0000000100100011010001010110011110001001，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圖

22、11圖11 自然數(shù)列的現(xiàn)實(shí)電路圖3.2.2奇偶數(shù)序列顯示電路1奇數(shù)列將奇數(shù)1，3，5，7，9用8421bcd碼分別表示為：“0001”，“0011”，“0101”，“0111”，“1001”，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，但是顯示的時(shí)間間隔是正常自然序列的2倍，為了實(shí)現(xiàn)相鄰顯示時(shí)間間隔相等，我們可以利用二分頻電路解決上述問(wèn)題。其序列顯示電路圖如圖12圖12 奇數(shù)序列的現(xiàn)實(shí)電路圖2.偶數(shù)列將偶數(shù)0，2，4，6，8用

23、8421bcd碼分別表示為“0000”，“0010”，“0100”,“0110”,“1000”,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，但是顯示的時(shí)間間隔是正常自然序列的2倍，為了實(shí)現(xiàn)相鄰顯示時(shí)間間隔相等，我們可以利用二分頻電路解決上述問(wèn)題。其序列顯示電路圖如圖13圖13 偶數(shù)序列的現(xiàn)實(shí)電路圖3.2.4音樂(lè)序列顯示電路音樂(lè)序列的特點(diǎn)是從0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)?4ls1

24、60的輸出端只有三個(gè)與數(shù)碼管相接，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”，“0001”。這樣數(shù)碼管的顯示就又變成0和1了。其序列顯示電路圖如圖14圖14 音樂(lè)數(shù)列的現(xiàn)實(shí)電路圖3.3脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)由于上述設(shè)計(jì)中所用到的芯片全要有脈沖信號(hào)的觸發(fā)才能完成相應(yīng)的功能，所以就需要用到脈沖產(chǎn)生電路。我這里用到的是用555定時(shí)器設(shè)計(jì)的多諧振蕩器，多諧振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是在接通電源之后就可以產(chǎn)生一定頻率和一定幅值矩形波的自激振蕩器，而不需要再外加輸入信號(hào)了。而用555定時(shí)器設(shè)計(jì)的多諧振蕩器也有很多優(yōu)點(diǎn)，由于555定時(shí)器內(nèi)部

25、的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，這樣就使多諧振蕩器產(chǎn)生的振蕩頻率受電源電壓和環(huán)境溫度變化的影響很小。設(shè)r3和r2的上半部分為ra，r1和r2的下半部分為rb，電容c2兩端的電壓為vc。接通電源后，電容c2被充電，當(dāng)vc上升到2/3vcc時(shí)，使輸出電壓為低電平，同事放電三極管t導(dǎo)通，此時(shí)電容c2通過(guò)rb和t放電，vc下降。當(dāng)vc下降到2/3vcc時(shí)，v0翻轉(zhuǎn)為高電平。當(dāng)放電結(jié)束后，t管截止，vcc將通過(guò)ra 和rb 向電容器c2充電，當(dāng)vc上升到2/3vcc時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到一個(gè)周期性的矩形波。其電路圖如圖15圖15 脈沖產(chǎn)生電路3.4二分

26、頻電路的設(shè)計(jì)因?yàn)槠?、偶序列?shù)字顯示時(shí)間間隔是自然序列和音樂(lè)序列的2倍，為了實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字時(shí)間間隔相等的要求，可以使用二分頻電路，讓自然序列和音樂(lè)序列的顯示時(shí)間與奇偶電路的顯示時(shí)間相等。jk觸發(fā)器可以構(gòu)成二分頻電路。由于jk觸發(fā)器的狀態(tài)方程為，將jk觸發(fā)器的j、k端均接在高電平，則從輸出端q輸出的是二分頻后的時(shí)間脈沖，其時(shí)間間隔為原脈沖的2倍。其電路圖如圖16圖16二分頻電路3.5電源電路圖的設(shè)計(jì) 圖17 電源電路的設(shè)計(jì)3.6總電路圖的設(shè)計(jì)這個(gè)電路圖可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求，可以依次輸出自然數(shù)列，奇數(shù)序列，偶數(shù)序列還有音樂(lè)數(shù)列，而且還可以循環(huán)輸出，數(shù)碼管的顯示的間隔時(shí)間也可以通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的頻率來(lái)進(jìn)行

27、調(diào)整。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(lè)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)打開電路的開關(guān)后，首先就是輸出自然序列，這時(shí)是u1先工作，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(guò)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”1”，然后通過(guò)一個(gè)或門接至74hc390的脈沖輸入端，這時(shí)從“0”變至“1”，恰好有

28、一個(gè)脈沖，就可以通過(guò)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(guò)進(jìn)位端給74hc390一個(gè)脈沖，然后就通過(guò)譯碼器又使u8開始工作，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“1”，就又可以給74hc390一個(gè)脈沖信號(hào)，最后就通過(guò)譯碼器控制u9的工作，輸出音樂(lè)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。其電路圖如圖圖18 總電路圖第4章 仿真結(jié)果4.1脈沖產(chǎn)生電路的仿真圖19 脈沖產(chǎn)生電路圖 圖20 脈沖產(chǎn)生電路的仿真4.2二分頻電路的仿真圖21 二分頻電路 圖22 二分頻電路的仿真4.3 顯示電路的仿真圖23 偶數(shù)序列顯示電路 圖25 音樂(lè)系列顯示電路圖24 奇數(shù)

29、序列顯示電路圖25 十進(jìn)制自然序列顯示電路 圖26 總電路圖1圖26 音樂(lè)系列顯示電路 圖27 總電路圖1圖28 總電路圖2 結(jié) 論 經(jīng)測(cè)試之后，電路可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，可以實(shí)現(xiàn)從自然數(shù)列，奇數(shù)數(shù)列和音樂(lè)數(shù)列的循環(huán)顯示，而且數(shù)字之間的顯示時(shí)間間隔也可以通過(guò)改變脈沖信號(hào)的頻率來(lái)改變。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、6、7、0、1（音樂(lè)符號(hào)數(shù)列），然后依次顯示出自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)序列，音樂(lè)符號(hào)序列. 如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。這個(gè)彩燈循環(huán)控制電路的實(shí)質(zhì)就是要產(chǎn)生一系列有規(guī)

30、律的數(shù)列，然后通過(guò)一個(gè)七段數(shù)碼管顯示出來(lái)。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(guò)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(shuō)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(lái)。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(guò)利用移位寄存器來(lái)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(guò)我還是學(xué)會(huì)了移位寄存器的很多功能，以及通過(guò)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(lái)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(guò)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(lái)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(guò)這次的設(shè)計(jì)我鞏固了對(duì)這些理論性的知識(shí)的理解。最后我覺(jué)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ewb，multisim等學(xué)習(xí)軟件，方面以后的學(xué)習(xí)很仿真。本次課程設(shè)計(jì)不僅鞏固了學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)