彩燈循環(huán)控制電路設(shè)計(jì)—畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目：5 彩燈循環(huán)控制電路初始條件：具備數(shù)字電子電路的理論知識(shí)；具備數(shù)字電路基本電路的設(shè)計(jì)能力；具備數(shù)字電路的基本調(diào)試手段；自選相關(guān)電子器件；可以使用實(shí)驗(yàn)室儀器調(diào)試。要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求）1、1位LED顯示；2、制作1秒時(shí)鐘發(fā)生器，1秒時(shí)間變換一次，循環(huán)狀態(tài)是“0113579246808（閃爍3次）”；3、時(shí)間清零功能；4、安裝調(diào)試并完成符合學(xué)校要求的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；5、設(shè)計(jì)電源；6、焊接：采用實(shí)驗(yàn)板完成，不得使用面包板。時(shí)間安排：第十九周一周，其中3天硬件設(shè)計(jì)，

2、2天硬件調(diào)試指導(dǎo)教師簽名： 系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日摘要由于中、大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，使得數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)發(fā)生了根本性的變化。在設(shè)計(jì)中更多的使用中、大規(guī)模集成電路，不僅可以減少電路組件的數(shù)目，使電路簡(jiǎn)捷，而且能提高電路的可靠性，降低成本。彩燈是一束束用導(dǎo)線連接起來(lái)的并聯(lián)燈泡，當(dāng)接通電源后，彩燈就會(huì)工作，但里面可能是由編程或非編程的電路控制燈泡的運(yùn)作的，譬如實(shí)現(xiàn)音樂(lè)彩燈、閃爍、循環(huán)、時(shí)控等功能，數(shù)列的產(chǎn)生可以通過(guò)計(jì)數(shù)器和邏輯門(mén)實(shí)現(xiàn)，而循環(huán)則需要用到時(shí)序電路控制，如觸發(fā)器等，而最后可以用邏輯門(mén)把幾個(gè)輸出接到同一個(gè)數(shù)碼管。關(guān)鍵詞:數(shù)列 計(jì)數(shù)器 數(shù)碼管Abstract Becaus

3、e of the rapid development, large-scale integrated circuits, the design of digital logic circuit has undergone fundamental changes. In the design of more use, large scale integrated circuit, not only can reduce the number of circuit components, the circuit is simple, and can improve the reliability

4、of the circuit, reduce costs. Lantern is a bundle of parallel light bulb connected with it, when the power is turned on, the lights will work, but there may be no programming by programming and circuit control lighting operation, such as music, flashing lights, cycle, time control and other function

5、s, the sequence generated by the counter and the logic gates to achieve circulation is needed, and timing control circuits, such as triggers, and finally can use logic door several output to the same digital tube.Keywords: sequence counter digital tube目錄一、方案設(shè)計(jì)1二、單元電路的設(shè)計(jì)22.1主要芯片22.1.1十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS16022.

6、1.2 3線8線譯碼器74LS13822.1.3 LED顯示數(shù)碼管32.2 脈沖產(chǎn)生電路42.3 循環(huán)控制電路52.4 顯示電路62.5 音樂(lè)序列循環(huán)發(fā)生器62.6 自然序列循環(huán)發(fā)生器82.7 奇數(shù)序列循環(huán)發(fā)生器92.8 偶數(shù)序列循環(huán)發(fā)生器10三、電路仿真、焊接與調(diào)試123.1數(shù)列產(chǎn)生部分123.2實(shí)物部分133.3測(cè)試結(jié)果分析14四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)15附件一：元件清單16附件二：參考文獻(xiàn)17本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)測(cè)定表18一、方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的總電路由脈沖控制電路、循環(huán)控制電路、序列控制電路、清零電路、顯示電路五部分組成，其工作流程是通過(guò)循環(huán)電路控制序列電路中序列的循環(huán)，再由顯示電路輸出序列。其工作框圖如

7、圖1所示：圖1.1 彩燈控制電路總框圖 設(shè)計(jì)思路：序列產(chǎn)生電路由計(jì)數(shù)器構(gòu)成，不同計(jì)數(shù)器在1Hz脈沖下產(chǎn)生不同序列。循環(huán)控制電路控制電路控制序列產(chǎn)生電路計(jì)數(shù)器的清零端，同一時(shí)間只有一個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，其他計(jì)數(shù)器清零。當(dāng)前序列完成后，該序列返回一個(gè)信號(hào)到循環(huán)控制電路，循環(huán)控制電路使當(dāng)前序列清零，下一個(gè)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。清零電路控制序列產(chǎn)生電路和循環(huán)控制電路同時(shí)清零，電路回到初始狀態(tài)。顯示電路主要由1位7段數(shù)碼管和74LS48譯碼器構(gòu)成，脈沖產(chǎn)生電路則是由NE555芯片構(gòu)成的多諧振蕩器。二、單元電路的設(shè)計(jì)2.1主要芯片2.1.1十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160的管腳圖（圖2.1.1）和

8、功能表（圖2.1.2）圖2.1.1 74LS160管腳圖圖2.1.2 74LS160功能表2.1.2 3線8線譯碼器74 LS1383線8線譯碼器74 LS138的管腳圖（圖2。1.3）和功能表（圖2.1.4）如下所示：圖2.1.3 74LS138管腳圖圖2.1.4 74LS138真值表2.1.3 LED顯示數(shù)碼管LED有共陰極和共陽(yáng)極兩種。如圖所示。二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，而共陽(yáng)極則將發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，接入+5V的電壓。一位顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個(gè)筆劃（段）ag，另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為dp發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管施加一定的

9、正向電壓時(shí)，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護(hù)各段LED不被損壞，需外加限流電阻。下圖為L(zhǎng)ED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理圖： 圖2.1.5 高電平驅(qū)動(dòng)，共陰級(jí) 圖2.1.6 低電平驅(qū)動(dòng)，共陽(yáng)極2.2脈沖產(chǎn)生電路接通電源后，電容C被充電，Vc上升，當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)放電BJT T導(dǎo)通，此時(shí)Vo為低電平，電容C通過(guò)R2和T放電，使Vc下降。當(dāng)Vc下降到1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又被置位，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C放電所需的時(shí)間為 tPL=0.7R2C當(dāng)C發(fā)電結(jié)束時(shí)，T截止，Vcc將通過(guò)R1、R2向電容器C充電，Vc有1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的時(shí)間為tPH=0.7(R1+R2

10、+RL)C 當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)周期的方波，其頻率為 F=1.43/（R1+2R2+RL）*C1Hz 圖2.2.1 脈沖產(chǎn)生電路2.3循環(huán)控制電路 電路一共有6個(gè)不同序列，因此用74LS160計(jì)數(shù)器構(gòu)成6進(jìn)制計(jì)數(shù)器來(lái)控制序列產(chǎn)生電路。具體：74LS160計(jì)數(shù)器的輸出接到74LS138譯碼器上，74LS138的輸出Y0，Y1，Y2，Y3，Y4，Y5各通過(guò)一個(gè)反相器依次接到6個(gè)序列產(chǎn)生電路的清零端上。開(kāi)始時(shí)第一個(gè)序列的清零端為高電平，該序列計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)完成后產(chǎn)生一個(gè)上升沿到控制電路的CLK端，控制電路計(jì)一次數(shù)，從而使第一個(gè)序列清零，第二個(gè)序列

11、清零端為高電平，開(kāi)始計(jì)數(shù)，第二個(gè)序列完成后又使控制電路計(jì)一次數(shù)，進(jìn)入下一個(gè)序列.因控制電路為6進(jìn)制計(jì)數(shù)，第六個(gè)序列完成后，第一個(gè)序列又開(kāi)始計(jì)數(shù)。圖2.3.1循環(huán)控制電路CLRLOADCETCEPAction on the rising clock edgeLXXX清零HLXX置數(shù)HHLX保持HHXL保持HHHH0000HHHH0001HHHH0010HHHH0011HHHH0100HHHH0101HHHH0000 圖2.3.2 循環(huán)控制電路計(jì)數(shù)器真值表2.4顯示電路顯示電路由74LS48譯碼器和1位7段共陰數(shù)碼管構(gòu)成。圖2.4.1顯示電路2.5 音樂(lè)序列循環(huán)發(fā)生器 音樂(lè)序列循環(huán)發(fā)生器需要產(chǎn)生“

12、0”、“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“0”、“1”的序列，此單元電路采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160. 音樂(lè)序列循環(huán)發(fā)生器的電路圖和真值表，如下圖所示。 圖2.5.1音樂(lè)序列循環(huán)發(fā)生器電路圖CLRLOADCETCEPAction on the rising clock edgeLXXX清零HLXX置數(shù)HHLX保持HHXL保持HHHH0000HHHH0001HHHH0010HHHH0011HHHH0100HHHH0101HHHH0111HHHH0000HHHH0001HHHH0010HHHH0011 圖2.5.2音樂(lè)序列循環(huán)發(fā)生器真值表此電路當(dāng)清零端、置數(shù)端、計(jì)數(shù)使能端C

13、ET、CEP都接高電平，數(shù)碼管的高位端接低電平時(shí)，輸出端可以產(chǎn)生“0000”、“0001”、“0010”、“0011”、“0100”、“0101”、“0110”、“0111”、“0000”、“0001”.的循環(huán)序列，即循環(huán)顯示音樂(lè)數(shù)列。2.6 自然序列循環(huán)發(fā)生器 自然序列循環(huán)發(fā)生器需要產(chǎn)生從0到9的數(shù)字，利用芯片74LS160十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，可設(shè)計(jì)出自然序列。如下圖所示，自然序列循環(huán)發(fā)生器的電路圖和真值表，由電路圖和真值表可以看到，此電路當(dāng)清零端、置數(shù)端、計(jì)數(shù)使能端CET、CEP都接高電平時(shí)，輸出端可以產(chǎn)生“0000”、“0001”、“0010”.“1001”、“0000”、“0001”.的

14、循環(huán)序列，即產(chǎn)生了自然數(shù)列。圖2.6.1自然序列循環(huán)發(fā)生器電路圖 CLRLOADCETCEPAction on the rising clock edgeLXXX清零HLXX置數(shù)HHLX保持HHXL保持HHHH0000HHHH0001HHHH0010HHHH0011HHHH0100HHHH0101HHHH0111HHHH1000HHHH1001HHHH0000圖2.6.2 自然序列循環(huán)發(fā)生器真值表2.7 奇數(shù)序列循環(huán)發(fā)生器 奇數(shù)序列循環(huán)發(fā)生器需要產(chǎn)生“1”、“3”、“5”、“7”、“9”的數(shù)字，此單元電路也可采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160. 在自然序列產(chǎn)生電路的基礎(chǔ)上，將數(shù)碼管的低位輸入接高便

15、可得到奇數(shù)列產(chǎn)生電路。 如下圖所示，奇數(shù)序列循環(huán)發(fā)生器的電路圖和真值表。 圖2.7.1 奇數(shù)序列循環(huán)發(fā)生器電路圖CLRLOADCETCEPAction on the rising clock edgeLXXX清零HLXX置數(shù)HHLX保持HHXL保持HHHH0001HHHH0011HHHH0101HHHH0111HHHH1001HHHH0001 圖2.7.2奇數(shù)序列循環(huán)發(fā)生器真值表此電路當(dāng)清零端、置數(shù)端、計(jì)數(shù)使能端CET、CEP都接高電平，數(shù)碼管的低位端接高電平時(shí)，輸出端可以產(chǎn)生“0001”、“0011”、“0101”、“0111”、“1001”、“0001”.的循環(huán)序列，即奇數(shù)列循環(huán)。2.8

16、偶數(shù)序列循環(huán)發(fā)生器偶數(shù)序列循環(huán)發(fā)生器的電路圖和真值表，如下圖所示 圖2.8.1偶數(shù)序列循環(huán)發(fā)生器電路圖CLRLOADCETCEPAction on the rising clock edgeLXXXResetHLXXLOADHHLXNO changeHHXLNO changeHHHH0000HHHH0010HHHH0100HHHH1000HHHH0000HHHH0010HHHH0100 圖2.8.2偶數(shù)序列循環(huán)發(fā)生器真值表 此電路當(dāng)清零端、置數(shù)端、計(jì)數(shù)使能端CET、CEP都接高電平，數(shù)碼管的低位端接低電平時(shí)，輸出端可以產(chǎn)生“0000”、“0010”、“0100”、“0110”、“1000”、“

17、0000”.的循環(huán)序列，即循環(huán)顯示偶數(shù)序列。2.9 總電路圖 圖2.9.1總電路圖三、電路仿真、焊接與調(diào)試電路仿真采用的是Proteus軟件進(jìn)行，Proteus是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具。可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外圍電路（如LCD，RAM，ROM，鍵盤(pán)，馬達(dá)，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件.）其實(shí)proteus與multisim比較類(lèi)似，軟件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相應(yīng)的仿真模型，用開(kāi)發(fā)板和仿真器當(dāng)然是最好選擇，Proteus與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒(méi)有單

18、片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時(shí)，關(guān)心的不再是某些語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)單片機(jī)寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程和結(jié)果。對(duì)于這樣的仿真實(shí)驗(yàn)，從某種意義上講，是彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。 3.1數(shù)列產(chǎn)生部分圖3.1.1 數(shù)列循環(huán)產(chǎn)生圖3.2實(shí)物部分圖15 實(shí)物正面圖圖16 實(shí)物背面圖3.3測(cè)試結(jié)果分析 經(jīng)測(cè)試電路能實(shí)現(xiàn)“0113579246808（閃爍3次）”序列的循環(huán)，而且數(shù)字之間的顯示時(shí)間間隔而且數(shù)字顯示時(shí)間間隔基本為1秒，而且清零端也可以再序列循環(huán)的任意時(shí)間清零重新開(kāi)始循環(huán)。 四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)

19、數(shù)組電子技術(shù)方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中雖然遇到了一些問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過(guò)親自動(dòng)手制作，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。通過(guò)對(duì)彩燈循環(huán)控制電路的設(shè)計(jì)，我還深刻認(rèn)識(shí)到了“理論聯(lián)系實(shí)際”的這句話的重要性與真實(shí)性。而且通過(guò)對(duì)此課程的設(shè)計(jì)，我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)，而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書(shū)本上的知識(shí)，明白了學(xué)以致用的真諦。也明白老師為什么要求我們做好這個(gè)課程設(shè)計(jì)的原因。他是為了教會(huì)我們?nèi)绾芜\(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際的問(wèn)題，提高我們的動(dòng)手能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)到電路的焊接以及調(diào)試過(guò)程中，我個(gè)人感覺(jué)調(diào)試部分是最難的，因?yàn)槟憷碚撚?jì)算的值在實(shí)際當(dāng)中并不一定是最佳參數(shù)，我們必須通過(guò)觀察效果來(lái)改變參數(shù)的數(shù)值以期達(dá)到最好。而參數(shù)的調(diào)試是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的積累過(guò)程，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)是不可能在短時(shí)間內(nèi)將其完成的，而這個(gè)可能也是老師要求我們加以提高的一個(gè)重要方面吧！其次，這次課程設(shè)計(jì)提高了我的團(tuán)隊(duì)合作水平，使我們配合更加默契，體會(huì)了在