彩燈控制器的設(shè)計ddddd

1、課程設(shè)計說明書課程名稱： 電子技術(shù)基礎(chǔ) 題 目： 彩燈控制器的設(shè)計 學(xué)生姓名： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 日 期： 年 月 日課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書一、 設(shè)計題目 彩燈控制器的設(shè)計二、 主要內(nèi)容及要求（1）以半導(dǎo)體數(shù)碼管作為控制器的顯示器，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、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（音樂符號數(shù)列），然后又依次顯示出自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)列和音樂符號數(shù)列如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。（2）打開電源時，控制器可自動清零，從接通電源時刻起，數(shù)碼管最先顯示出

2、自然數(shù)列的0，再顯示出1，然后按上述規(guī)律變化。三、 進度安排1，老師給出選題內(nèi)容，課程設(shè)計的相關(guān)要求，指導(dǎo)時間及任務(wù)完成期限。2去圖書館和網(wǎng)上查找相關(guān)資料，并且構(gòu)思整個設(shè)計思路。3，選擇適當?shù)男酒M合電路，設(shè)計各個部分的電路圖，并仿真，改善電路圖。4根據(jù)電路的原理寫出設(shè)計方案。5設(shè)計方案的檢查，修正，改進，按要求打印方案。四、 總評成績指導(dǎo)教師 學(xué)生簽名 題目 彩燈控制器的設(shè)計一、設(shè)計任務(wù)與要求（1）以半導(dǎo)體數(shù)碼管作為控制器的顯示器，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、7、9（奇數(shù)列），0、2、4、6、8（偶數(shù)列）和0、1、2、3、4、5、6

3、、7、0、1（音樂符號數(shù)列），然后又依次顯示出自然數(shù)列、奇數(shù)列、偶數(shù)列和音樂符號數(shù)列如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。（2）打開電源時，控制器可自動清零，從接通電源時刻起，數(shù)碼管最先顯示出自然數(shù)列的0，再顯示出1，然后按上述規(guī)律變化。二、方案設(shè)計與論證彩燈是一束束用導(dǎo)線連接起來的并聯(lián)燈泡，當接通電源后，彩燈就會工作，但里面可能是由編程或非編程的電路控制燈泡的運作的，譬如實現(xiàn)音樂彩燈、閃爍、循環(huán)、時控等功能。數(shù)列的產(chǎn)生可以通過計數(shù)器和邏輯門實現(xiàn)，而循環(huán)則需要用到時序電路控制，如觸發(fā)器等，而最后可以用邏輯門把幾個輸出接到同一個數(shù)碼管。方案一、1. 選擇用JK觸發(fā)器構(gòu)成兩位二進制計數(shù)器控制四種循環(huán)，可以用到7

4、476（集成JK觸發(fā)器）。2. 用十進制計數(shù)器產(chǎn)生序列，采用具有異步清零和異步置數(shù)功能的74192（雙時鐘十進制同步可逆計數(shù)器）來實現(xiàn)包括0-9的自然數(shù)列、1-9的奇數(shù)數(shù)列、0-8的偶數(shù)數(shù)列和音樂數(shù)列的二進制。3. 再通過邏輯門電路將序列輸出。包括7432（集成二輸入或門），與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門。方案二、1. 異步二五十進制加法計數(shù)器的74LS90和74LS153來實現(xiàn)包括0-9的自然數(shù)列、1-9的奇數(shù)數(shù)列、0-8的偶數(shù)數(shù)列和音樂數(shù)列的二進制。2. 采用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器、74LS48、七段數(shù)碼管各一個，2K電阻兩個，0.01uF、100uF電容各一個，線若干來控

5、制四種循環(huán)。3. 該設(shè)計的關(guān)鍵是對產(chǎn)生十進制的74LS90的QA、QD 強制置數(shù)的處理，設(shè)計要求產(chǎn)生奇數(shù)，實際上就是QA 強制置1；要求產(chǎn)生偶數(shù)，實際上就是把QA強制置0；要求產(chǎn)生0-7的音樂符號，實際就是把QD 強制置0。方案論證：方案一用到的材料比較簡單，在課本和實驗中學(xué)到過。比方案二思路簡單易明，用到電容和555定時器來構(gòu)成，容易造成錯誤。所以選擇第一種方法。以下講述設(shè)計的過程與思考。三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算1、彩燈控制器的構(gòu)成 設(shè)計的總電路由循環(huán)控制電路、序列控制電路、輸出電路三部分組成，其中序列控制電路又包括自然序列、奇偶序列和音樂序列控制電路。其工作流程是通過循環(huán)電路控制序列電路

6、中序列的循環(huán)，再由輸出電路輸出序列。其工作框圖如圖1所示。循環(huán)控制電路序列控制電路輸出電路 觸發(fā)器自然序列 奇數(shù)序列音樂序列 偶數(shù)序列計數(shù)器圖1 電路工作總框圖2彩燈控制器的工作原理1.循環(huán)控制電路 循環(huán)控制電路由芯片7476構(gòu)成，芯片內(nèi)含兩個JK觸發(fā)器。用兩個JK觸發(fā)器連接成同步兩位二進制加法計數(shù)器，其輸出有00、01、10、11 四個狀態(tài)。輸出狀態(tài)由驅(qū)動信號和時鐘CP控制。計數(shù)器的驅(qū)動信號為,JK觸發(fā)器的時鐘CP為下降沿觸發(fā)，由于下面電路的需要，所以在脈沖輸入到JK觸發(fā)器的時鐘之前接了一個非門，使該芯片變?yōu)樯仙赜|發(fā)。所以，每當一個脈沖由0跳變到1時，由JK觸發(fā)器組成的兩位二進制加法計數(shù)器

7、就由一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個狀態(tài)，如初始狀態(tài)為00，因為，每當計數(shù)脈沖CP 由0變到1，輸出都實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，即由狀態(tài)0翻轉(zhuǎn)到狀態(tài)1，又因為這時，則由JK觸發(fā)器的功能知道輸出會保持在0狀態(tài)，只有當時高位才發(fā)生翻轉(zhuǎn)，其中每個狀態(tài)停留的時間可以由脈沖頻率控制。這里采用同步計數(shù)是因為同步比異步的工作速度要快。還有JK觸發(fā)器連接成的同步兩位二進制加法計數(shù)器的初始狀態(tài)為00，并不像別的計數(shù)器要先清零。同步兩位二進制加法計數(shù)器的電路圖如圖2所示。圖2 同步兩位二進制加法計數(shù)器的電路圖循環(huán)控制電路的四個狀態(tài)分別控制循環(huán)，即狀態(tài)00控制輸出自然數(shù)列，狀態(tài)01控制奇數(shù)序列，狀態(tài)10控制偶數(shù)序列，狀態(tài)11控制音樂序列。

8、要使當一個序列工作完之后輸出另外一個序列則需要控制序列控制電路中的時鐘脈沖的輸入，例如當正在輸出自然數(shù)列，則控制輸出自然數(shù)列的芯片有脈沖到來，而其他序列控制芯片則得不到時鐘脈沖，因此，序列才能一個一個地輸出。2.序列控制電路（1）自然序列芯片74192為雙時鐘十進制同步可逆計數(shù)器，可以產(chǎn)生0到9的自然序列。74192具有異步清零和異步置數(shù)功能，當清零端為高電平時，不管時鐘脈沖如何，計數(shù)器的輸出被強制置零，當清零端為低電平，置數(shù)端為低電平時，不管時鐘脈沖如何，將立即把預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端A、B、C、D的狀態(tài)置入計數(shù)器的、端，當清零端為低電平，置數(shù)端為高電平，減法的時鐘接高電平，加法端的時鐘接脈沖時，每

9、當脈沖由0上升到1，芯片就會完成一個計數(shù)。雙時鐘十進制同步可逆計數(shù)器的電路圖如圖3所示，圖3 雙時鐘十進制同步可逆計數(shù)器的電路圖（2）奇偶序列 奇數(shù)列和偶數(shù)列電路都由同一塊74192芯片和一些邏輯門構(gòu)成。因為奇數(shù)的幾何表達式為，而偶數(shù)的則為，根據(jù)設(shè)計的要求，其n值只能取0、1、2、3、4，其實就是一個五進制的計數(shù)器，將它的輸出連成和就構(gòu)成了奇數(shù)跟偶數(shù)序列。因為置清端是高電平有效，即當輸入邏輯1時輸出端全為零，所以，將芯片74192雙時鐘十進制同步可逆計數(shù)器連接成五進制的計數(shù)器只需在它的輸出端跟端接一個與門，與門輸出端接到清零端。因為當輸出為0101時立刻清零，電路變?yōu)?到4計數(shù)功能。要實現(xiàn)奇數(shù)

10、列可以在其輸出端使各輸出端相加再加上0001或者將邏輯1與端相加，而偶數(shù)直接各輸出端相加再加上0000或者將邏輯0與端相加就行了。而可以用半加器來實現(xiàn)，異或門則就是半加器。在端引出另外一條線跟原來的一起接到異或門的兩個輸入端，輸出則接到一個數(shù)碼管的低位，而該低位的進位用與門將兩個接起來，而高一位的輸出端則用兩個異或門將兩個和低一位的進位端即的進位端連起來，輸出到一個數(shù)碼管的端，而的進位端則由低一位的進位端即的進位端與上，輸出端再引出一端與原來的輸出接或門，或門的輸出與在接或門，這個就是的進位端，接著同理連接和。若要輸出奇數(shù)可以在輸出低位處將異或一個邏輯電平1再輸出到數(shù)碼管，偶數(shù)則異或一個邏輯電

11、平0就行了。其電路圖如圖4所示， 圖4 奇偶序列的電路圖（3）音樂序列 輸出音樂序列還是用一塊74192芯片構(gòu)成十進制加法計數(shù)器來實現(xiàn)。因為十進制加法計數(shù)器輸出的狀態(tài)有0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001，對應(yīng)的數(shù)字為0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，而音樂序列的值為0、1、2、3、4、5、6、7、0、1，通過對比較可以看到在0到9的狀態(tài)1000、1001中，當去掉高位的邏輯1，則可以得到音樂序列。所以，在十進制加法計數(shù)器的輸出中懸空了最高位端則可以由自然序列轉(zhuǎn)變?yōu)橐魳沸蛄?。音樂序列的電路圖如圖5所示，圖5 音樂序列的電路圖3

12、. 輸出電路 輸出電路是由兩片7432的芯片構(gòu)成，其中一片芯片里面有4個或門。設(shè)計的電路中把每個序列的對應(yīng)輸出端用芯片連接起來，當一個序列輸出時其他序列的各輸出端均為邏輯電平0，則輸出只會顯示該運作的序列，其他的對現(xiàn)在輸出的序列不夠成影響，因此，它會按會按循環(huán)的順序輸出自然序列、奇數(shù)序列、偶數(shù)序列、音樂序列。 其電路圖如圖6，圖6 輸出控制電路的電路圖四、總原理圖及元器件清單1總原理圖如下：圖7 彩燈控制器電路圖2元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注174LS19232747613743224數(shù)字邏輯實驗箱15與門、或門、非門若干6與非門、或非門若干7異或門若干9共陰極LED顯示器1五、性能測

13、試與分析（寫仿真調(diào)試與分析）理論上該電路是可行的。當接通電源電路開始工作，輸出5秒的自然序列后接著是5秒的奇數(shù)序列、5秒的偶數(shù)序列、5秒的音樂序列，但通過仿真，其結(jié)果為以上的順序，不過在奇偶序列時狀態(tài)1跟狀態(tài)0跳得太快了，幾乎看不到，而在后面在4秒后則回到狀態(tài)1跟狀態(tài)0，（即奇數(shù)序列為3、5、7、9、1偶數(shù)序列為2、4、6、8、0） 。這是由于用到的邏輯門多，產(chǎn)生了延時，通過改變脈沖頻率，使循環(huán)控制電路的時鐘脈沖頻率調(diào)大一點， 奇偶序列控制電路的脈沖頻率調(diào)小一點，則理論跟實際的結(jié)果相符。六、結(jié)論與心得每逢節(jié)日晚上都能看到街道旁都掛起五彩繽紛彩燈，給人一種節(jié)日的氣氛。然而，彩燈作為我們生活中的一

14、部分，作為電信專業(yè)的我們既要知道其然，還要知其之所以然。因此，我們有必要去研究彩燈的工作原理。經(jīng)過了多個星期的努力，終于把設(shè)計說明書給做出來了。總的來說，對于這次的設(shè)計不是很滿意，因為沒有考慮到時間的延遲，實驗結(jié)果不是很符合實際，還有這次的實驗所用到的元器件都是很基本，由于對別的元器件，如555定時器的不熟悉，只能用這些基本元器件來做了。不過這個電路原理比較簡單，多數(shù)都是計數(shù)器，電路還可以用一些實現(xiàn)相似功能的芯片來代替某些部分，如半加器。通過本次電路的設(shè)計，不但鞏固了所學(xué)知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上結(jié)合起來，考驗了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻資料和組織材料的綜合能力。使我對一些

15、芯片的功能更加熟悉，更好的運用邏輯門，理論知識得到了鞏固，而且這次的設(shè)計培養(yǎng)了我的操作的能力，提升了我們學(xué)生的素質(zhì)。七、參考文獻1、康華光、鄒壽杉 電子計數(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）第四版 高等教育出版社 2000年6月第四版；2、包亞萍主編數(shù)字邏輯設(shè)計與數(shù)字電路實驗技術(shù) 中國水利出版社 2003；3、朱寶華主編電子測試與實驗 清華大學(xué)出版社 2004.4；4、陳永甫主編數(shù)字電路基礎(chǔ)及快速識圖 人民郵電出版社 2006.5；5、陳振宮主編數(shù)字電路及制作事例 國際工業(yè)出版社 2006.8；6、祁存容、陳偉電子計數(shù)基礎(chǔ)實驗（數(shù)字部分） 武漢理工大學(xué)教材中心 2006年2月出版；7、周惠朝 常用電子元件及典型

16、應(yīng)用 電子工業(yè)出版社出版 2005年1月；8、劉修文主編，實用電子電路設(shè)計制作300例，中國電力出版社，2005年第1版；9、黃續(xù)昌主編數(shù)字集成電路應(yīng)用300例北京人民郵電出版社 2002年1月；10、蘇志平主編數(shù)字電子技術(shù)全程輔導(dǎo)中國建材工業(yè)出版社 2004年2月第四版。如果要按要求輸出循環(huán)序列，則需要把以上每一個部分按一定的關(guān)系連接起來。因為循環(huán)控制電路的四個狀態(tài)分別控制循環(huán)，即狀態(tài)00控制輸出自然數(shù)列，狀態(tài)01控制奇數(shù)序列，狀態(tài)10控制偶數(shù)序列，狀態(tài)11控制音樂序列。要使當一個序列工作完之后輸出另外一個序列則需要控制序列控制電路中的時鐘脈沖的輸入，例如當正在輸出自然數(shù)列，則控制輸出自然數(shù)

17、列的芯片有脈沖到來，而其他序列控制芯片則得不到時鐘脈沖，因此，序列才能一個一個地輸出。而時鐘脈沖的輸入，可以用一系列的邏輯門來實現(xiàn)。因為當循環(huán)控制電路為00狀態(tài)時要輸出自然序列，而雙時鐘十進制同步可逆計數(shù)器的時鐘是上升沿觸發(fā)的，因此，當輸入邏輯電平為00時要輸出邏輯電平1，所以，循環(huán)控制電路的兩個輸出端之后應(yīng)先接一個或非門，或非門的輸出端接自然數(shù)列控制電路的時鐘，而當循環(huán)控制電路輸出其他狀態(tài)時，自然數(shù)列控制電路沒有時鐘脈沖的到來，因此，控制自然數(shù)列的芯片不工作，而其他的芯片工作；當循環(huán)控制電路為01狀態(tài)時要輸出奇數(shù)序列，要在01狀態(tài)時有上升脈沖的要在循環(huán)控制電路的兩個輸出端之后應(yīng)先接一個異或門

18、，異或門的輸出接到奇數(shù)數(shù)列控制電路的時鐘，因為異或門的邏輯功能是當輸入不同時輸出才為邏輯1，這點符合了脈沖輸入的要求，要輸出為奇數(shù)還要控制其輸出的低位端為1，可以將循環(huán)控制電路的輸出端跟自然數(shù)列控制電路的時鐘到來前的脈沖接一或非門（即循環(huán)控制電路的輸出端和接了或非門后引出一條線跟循環(huán)控制電路的輸出端接或非門），所以，當循環(huán)控制電路為01狀態(tài)時輸出奇數(shù)序列，當循環(huán)控制電路為10狀態(tài)時則輸出偶數(shù)序列；要輸出音樂序列，則要給控制音樂序列的電路輸入一個上升脈沖，而其他的序列控制電路則沒有脈沖，則應(yīng)該在循環(huán)控制電路的兩個輸出端接一與門才輸出到音樂序列控制電路的時鐘，所以，當循環(huán)控制電路為11狀態(tài)時，經(jīng)過與門后輸出一個上升脈沖，則音樂序列控制電路運作，即輸出音樂序列。要做到當一個序列輸出其他的序列為0，則必須在一個序列控制電路工作時其他的序列控制電路清零，例如將循環(huán)控制電路輸出端接或非門的輸出M跟循環(huán)控制電路輸出端接接與門的輸出N接一或門，或門的輸出接奇偶控制電路的清零端(原來的五進制控制用與非門接到置數(shù)端)，M接