電燈控制開關(guān)課程設(shè)計

1、 電子課程設(shè)計 電燈控制開關(guān) 學院：電子信息工程學院 專業(yè)、班級：通信141501 姓名：陳雪峰 學號：201415030103 指導教師：康琳 2016年12月23電燈控制開關(guān)目錄一、設(shè)計任務(wù)與要求3二、總體框圖3 1、總體框圖3 2、微分電路3 3、狀態(tài)機4 4、10秒定時器6三、選擇器件7 1、可預(yù)置數(shù)同步可逆(加減)十進制計數(shù)器74LS1908 2、具有異步置位和復(fù)位端的邊沿觸發(fā)雙D觸發(fā)器74LS749 3、四2輸入與非門74LS03D11 4、非門74LS04D 12 5、三輸入與門74LS11 124、 功能模塊13 1、微分電路13 2、狀態(tài)機14 3、10秒定時器15五、總體設(shè)

2、計電路圖15六、硬件調(diào)試結(jié)果20七、課程設(shè)計心得21電燈控制開關(guān)一、 設(shè)計任務(wù)與要求一個電燈控制開關(guān)，該開關(guān)有一個按鈕，當按鈕按下1次，則電燈亮10秒鐘后滅；當按鈕按下2次（包括前一次），則電燈常亮不滅；當再按一次，則電燈滅。二、 總體框圖1、總體框圖由題意可以得到該開關(guān)的設(shè)計原理框圖如圖1所示，圖中k是低電平有效的按鈕信號，kd是按鈕信號k的下降沿微分信號，td10是10秒定時器定時時間到信號（高電平有效），deng是電燈控制信號（高電平有效），t10是10秒定時器啟動信號（高電平有效）。 圖1 總體框圖2、微分電路該狀態(tài)機的按鈕信號K，經(jīng)過微分電路再輸入狀態(tài)機，使其低電平持續(xù)時間小于狀態(tài)機

3、的時鐘周期，保證按鈕按下一次，狀態(tài)機只轉(zhuǎn)移一個狀態(tài)。因此為了使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增高，可以用兩個D觸發(fā)器組成微分電路對k信號進行微分。 所以需要在K輸入狀態(tài)機前設(shè)計微分電路。3、狀態(tài)機根據(jù)電燈控制的要求，可以得到該電燈控制開關(guān)的狀態(tài)圖如圖2所示：根據(jù)題意可得電燈控制只需要3個工作狀態(tài)，可使用兩個D觸發(fā)器，兩個觸發(fā)器有Q0、0、Q1、1四個狀態(tài)，多余一個狀態(tài)，為了在上電時，狀態(tài)機能夠有效地進入工作狀態(tài)實現(xiàn)自啟動，在狀態(tài)圖上畫出了多余的狀態(tài)A3,在任何輸入條件下，都可以從該狀態(tài)自動進入初始狀態(tài)A0。由圖2狀態(tài)圖可的表2-1的狀態(tài)表。在表中將狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件中不出現(xiàn)的輸入信號用任意值表示。狀態(tài)表又可轉(zhuǎn)換成圖3

4、所示的次態(tài)卡諾圖。構(gòu)造次態(tài)卡諾圖時，需要首先根據(jù)狀態(tài)表填寫次態(tài)卡諾圖，然后將剩余空格填寫現(xiàn)態(tài)到現(xiàn)態(tài)的轉(zhuǎn)移，相當于狀態(tài)不轉(zhuǎn)移的情況。 圖2 電燈延時開關(guān)狀態(tài)圖 表2-1 狀態(tài)表 輸入信號現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出ktd10QQn+1t10deng0A0A10011A1A01100A1A2110×A2A001××A3A000 圖3次態(tài)卡諾圖 圖4次態(tài)卡諾圖 采用BCD編碼將圖3可寫為圖4。將編碼次態(tài)卡諾圖分解為圖5所示的Q1和Q0的卡諾圖。將Q1和Q0的卡諾圖如圖五化簡可得到各個觸發(fā)器的次態(tài)方程： Q1n+1= 1 Q0 + Q1 Q0k Q1n+1= 1 + Q1 Q0k + Q

5、0k 圖5觸發(fā)器Q1和Q0的次態(tài)卡諾圖由于該電路是摩爾時序電路，輸出只與現(xiàn)在狀態(tài)有關(guān)，因此根據(jù)狀態(tài)表可以直接寫出輸出方程：t10在A1時態(tài)時為1，所以t10=1 Q0 ；deng在A1和A2狀態(tài)時為1，所以deng=1 Q0 + Q1 Q0= Q0 。根據(jù)上面得出的輸出方程和各個觸發(fā)器的次態(tài)方程即可以的到狀態(tài)機的電路圖，即可完成狀態(tài)機的設(shè)計。4、10S定時器：定時器有兩種狀態(tài)回路。第一種是在按鈕按下一次后，定時器開始倒計時，經(jīng)10s后，定時器熄滅。第二種是按鈕按下兩次（包括前一次）后，定時器失去作用。選擇單時鐘十進制加減計數(shù)器74LS190，即可實現(xiàn)10s定時器的設(shè)計;在狀態(tài)端接上共陽四位數(shù)碼

6、管，可更直觀的觀察。所以定時器選擇74LS190和共陽四位數(shù)碼管即可實現(xiàn)。 5、脈沖產(chǎn)生模塊:1kHZ脈沖，10HZ脈沖6、數(shù)碼顯示管： 所謂的八段就是指數(shù)碼管里有八個小LED發(fā)光二極管，通過控制不同的LED的亮滅來顯示出不同的字形。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種類型，其實共陰極就是將八個LED的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個LED的另一端高電平，它便能點亮。而共陽極就是將八個LED的陽極連在一起。其原理圖如下。  其中引腳圖的兩個COM端連在一起，是公共端，共陰數(shù)碼管要將其接地，共陽數(shù)碼管將其接正5伏電源。一個八段數(shù)碼管稱為一位，多個數(shù)碼管并列在一起可構(gòu)成多位數(shù)碼

7、管，它們的段選線（即a,b,c,d,e,f,g,dp）連在一起，而各自的公共端稱為位選線。顯示時，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個位選線，那個數(shù)碼管便會被點亮。數(shù)碼管的8段，對應(yīng)一個字節(jié)的8位，a對應(yīng)最低位，dp對應(yīng)最高位。所以如果想讓數(shù)碼管顯示數(shù)字0，那么共陰數(shù)碼管的字符編碼為00111111，即0x3f；共陽數(shù)碼管的字符編碼為11000000，即0xc0?？梢钥闯鰞蓚€編碼的各位正好相反。如下圖。三、 選擇器件該課程設(shè)計需要以下器材:4個74LS74D、4個74LS04D 、3個74LS11D 、2個74LS08D 、1個74LS21D、1個74LS190D 、1個數(shù)碼管、1個OR3、1個

8、OR2、1個74LS03D、1個20電阻、1個開關(guān)、1個2.5V綠燈等。器件介紹如下1、可預(yù)置數(shù)同步可逆(加減)十進制計數(shù)器74LS190 74LS190的引腳圖 74LS190的邏輯符號 圖6 74LS190的引腳圖 圖7 74LS190的邏輯符號引出端符號： LOAD 異步置數(shù) D/U 加減控制端 CTEN 計數(shù)控制端RCO和MAX/MIN 級聯(lián)輸出端74LS190的功能表 表3-1 74LS190的內(nèi)部電路圖 圖8 74LS190的內(nèi)部電路圖2、具有異步置位和復(fù)位端的邊沿觸發(fā)雙D觸發(fā)器74LS74 圖9 74LS74的管腳圖 圖10 74LS74的邏輯符號引出端符號： 表3-2 觸發(fā)器輸

9、入端D稱為同步輸入信號，因為它們是在CLK的有效時鐘沿才能起作用，傳輸?shù)捷敵?。除此之外，觸發(fā)器還有異步輸入端，異步輸入端直接影響觸發(fā)器輸出而與CLK脈沖沒有關(guān)系，通常異步輸入端是置位端和復(fù)位端，在有效電平時，使觸發(fā)器異步置位或是復(fù)位。 74LS74觸發(fā)器的特性表 表3-3 圖11 74LS74內(nèi)部電路圖3、四2輸入與非門74LS03D 74LS03D的邏輯圖 74LS03D的功能表 表3-4 圖12 74LS03D的邏輯圖4、非門74LS04D 74LS04真值表 74LS04功能表 表3-5 表3-6 輸入輸出AYLHHL74LS04D管腳圖 74LS04引腳功能 圖13 74LS04D管腳

10、圖 圖14 74LS04引腳功能5、三輸入與門74LS11 74LS11邏輯符號 圖15 74LS11邏輯符號 圖16 74LS11邏輯圖 其中A 、B、 C 為輸入端，Y為輸出端。 表3-7 74LS11功能表 7、倆個脈沖：1kHZ脈沖和10HZ脈沖四、功能模塊 此設(shè)計包括四大模塊,分別為: 微分電路、狀態(tài)機、10S定時器。以下對各大模塊進行說明:1、微分電路仿真圖如圖17： 圖17 微分電路仿真圖微分電路圖為圖17,因為狀態(tài)機時鐘周期很短，而按鈕按下的時間相對于狀態(tài)機時鐘周期很長，按下按鈕期間，有多個有效狀態(tài)機時鐘沿觸發(fā)狀態(tài)機，如果按鈕滿足狀態(tài)機的轉(zhuǎn)移條件，則會發(fā)生多狀態(tài)轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。例如按

11、鈕按下時，持續(xù)時間是300ms，若狀態(tài)機時鐘是1ms，則在按鈕按下期間狀態(tài)機的狀態(tài)會發(fā)生多次A0-A1-A2-A0的轉(zhuǎn)移。因此該狀態(tài)機的按鈕信號K，經(jīng)過微分電路再輸入狀態(tài)機，使其低電平持續(xù)時間小于狀態(tài)機的時鐘周期，保證按鈕按下一次，狀態(tài)機只轉(zhuǎn)移一個狀態(tài)。2、狀態(tài)機仿真圖如圖18：圖18 狀態(tài)機仿真圖 剛開始開關(guān)打開，t10=0，deng=0。；開關(guān)按下一次時，t10由0變?yōu)?，deng由0變?yōu)?，此時t10=1，deng=1。開關(guān)按下兩次時（包括前一次），t10由1變?yōu)?，燈仍然為1，此時t10=0，deng=1。 開關(guān)按下三次時，t10仍為0，燈由1變?yōu)?，此時t10=0，deng=0。3、

12、10S定時器仿真圖如圖20： 圖19 10S定時器仿真圖用十進制計數(shù)器74LS190減法計數(shù)即可實現(xiàn)10S定時器，此模塊用來實現(xiàn)設(shè)計要求中燈10S后熄滅，將狀態(tài)端QA QB QC Q D分別接到數(shù)碼管的1、2、3、4管腳進行觀察，觀察其10S計數(shù)，驗證該設(shè)計的正確，如圖21硬件測試圖 五、總體設(shè)計電路圖總體設(shè)計電路圖如圖20?？傮w電路圖說明：將四大模塊電路連接到一起，構(gòu)成總體電路，在Multism仿真電路里進行仿真，觀察其結(jié)果，符合設(shè)計要求。各要求仿真圖如下：1、按鈕按下1次，燈亮，同時10S定時器開始工作，電燈亮10S鐘以后滅。仿真圖如圖21。2、按鈕按下2次（包括前一次），10S定時器不工

13、作，電燈長亮不滅，仿真圖如圖22。3、按鈕按下3次后，電燈滅，仿真圖如圖23。 圖20 總體設(shè)計電路圖 圖21 按鈕按下1次倒計時到6 圖22 按鈕按下2次燈長亮計時器不工作 圖23 按鈕按下3次燈滅六、硬件調(diào)試結(jié)果 圖24 狀態(tài)1 t10=1，deng=1 圖25 狀態(tài)2 t10=0，deng=1 圖26 狀態(tài)3 t10=0，deng=0 圖27 十進制減法計時器計數(shù)到6秒七、課程設(shè)計心得通過本次課程設(shè)計我感觸很深，這是我做的第一次課程設(shè)計，從開始到結(jié)束是在匆匆忙忙的生活中度過的，在這兩個星期的日子里，可以說是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固以前所學過的知識，而且學到了

14、很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次設(shè)計，進一步加深了對數(shù)字電子以及各種器件的了解，讓我對它有了更加濃厚的興趣。在設(shè)計電路過程中我遇到很多問題，所以慢慢的平時很少討論問題的我跟同學對設(shè)計的交流成了家常便飯，在整個過程中付出了很多的努力，但當看到顯示屏上自己設(shè)計的電路仿真結(jié)果實現(xiàn)時，我覺得任何困難都值得，一種成就感油然而生。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中難免會遇到各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。本次課程設(shè)計為我們提供了一個可以在知識的天空里自由翱翔的空間；提供了一個可以在知識的海洋里揚帆遠行的空間它為我們的學習生活增添了一道亮麗的風景線，為我們的理想之塔增磚添瓦，為我們的知識小帆