數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-彩燈控制器的設(shè)計(jì)

1、-. z.-. z.彩燈控制器的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)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(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音樂符號(hào)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(hào)數(shù)列如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。2翻開電源時(shí)，控制器可自動(dòng)清零，從接通電源時(shí)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(jì)與論證彩燈循環(huán)顯示控制電路組成方框圖如上圖所示,脈沖時(shí)鐘信號(hào)輸出上下電平,通過四個(gè)計(jì)數(shù)器依次計(jì)數(shù),再由譯碼器譯碼,通過數(shù)碼管顯示出自

2、然序列、奇數(shù)列、偶數(shù)列、音樂序列，序列循環(huán)的顯示由計(jì)數(shù)器來控制,每一個(gè)序列循環(huán)完畢后,計(jì)數(shù)器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào),該信號(hào)通過計(jì)數(shù)器進(jìn)而使序列循環(huán)起來。奇數(shù)列和偶數(shù)列的循環(huán)為自然序列和音樂序列的二分頻，這樣能做到每一次顯示的時(shí)間一樣。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,再通過一個(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)鐘脈沖則可通過每個(gè)芯片的進(jìn)位端經(jīng)過一四輸入或門輸出來控制。電路如圖這個(gè)局部主要用到的芯片是74HC390計(jì)數(shù)器和74HC139譯碼管,他們的功能表和引腳圖分別如下列圖和表所示。74HC390功

3、能表74HC139的功能表74HC390的引腳圖 74HC139的引腳圖三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算數(shù)列顯示局部這個(gè)局部是利用74LS160D計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)數(shù)列不同的特點(diǎn)來連接電路的。電路圖如圖以自然序列為例數(shù)列顯示電路原理圖其中主要使用的是74LS160D來實(shí)現(xiàn)的，其功能以及引腳圖如下列圖所示。74HC160引腳圖74HC139的功能表脈沖信號(hào)的產(chǎn)生選用多諧振蕩器，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，常作為脈沖信號(hào)源。而選用的電路是555定時(shí)器構(gòu)成的，因?yàn)?55定時(shí)器內(nèi)部的比擬器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，用它組成的多諧振蕩器的震蕩頻率收電源電壓和溫

4、度變化的影響很小，這樣使產(chǎn)生的矩形波更穩(wěn)定。電路如圖脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路圖數(shù)列循環(huán)電路的設(shè)計(jì)在這個(gè)局部主要是應(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)局部的作用是為了使自然序列，奇數(shù)序列，偶數(shù)序列，音樂序列的循環(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控制計(jì)數(shù)器的動(dòng)作狀態(tài)，它可以決定由哪個(gè)74LS160計(jì)數(shù)器來工

5、作。當(dāng)QA，QB為0，0時(shí)，這時(shí)譯碼器的輸出端就只有Yo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)，這時(shí)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)反相器然后再接產(chǎn)生音樂序列的計(jì)數(shù)器的清零端，這樣就可以實(shí)現(xiàn)只有音樂序列輸出的功能。其產(chǎn)生序

6、列的功能就是這樣實(shí)現(xiàn)的。其電路圖如圖用譯碼器實(shí)現(xiàn)的循環(huán)電路序列顯示電路的設(shè)計(jì)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)制技術(shù)的芯片，因此對(duì)于這個(gè)局部就需要按其功能表來接電路就可以實(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000000010011010001010110011110001001，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自然數(shù)列的顯示電路圖奇數(shù)序列顯示電路將奇數(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

7、位都為1，因此可以在上述十進(jìn)制自然序列的根底上將數(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，但是用于數(shù)碼管最低位接高電平，在數(shù)碼管現(xiàn)實(shí)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題。其序列顯示電路圖如圖奇數(shù)序列的實(shí)現(xiàn)電路圖偶數(shù)序列顯示電路將偶數(shù)0，2，4，6，8用8421BCD碼分別表示為0000，0100，0100，0110，1000，可以發(fā)現(xiàn)最后一位都是0，因此可以在上述十進(jìn)制自然序列的根底上將數(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

8、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題。其序列顯示電路圖如圖偶數(shù)序列的實(shí)現(xiàn)電路圖音樂序列顯示電路音樂序列的特點(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)?4LS160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)，這是由于數(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。其序列顯示電路如圖音樂數(shù)列的實(shí)現(xiàn)電路圖脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)由

9、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。這里用到的是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)部的比擬器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，這樣就使多諧振蕩器產(chǎn)生的震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R4的上局部為RA，R1和R4的下局部為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，同時(shí)放電三極管T導(dǎo)通，此時(shí)電

10、容C2通過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)放電完畢后，T管截止，Vcc將通過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。其電路如圖脈沖產(chǎn)生電路二分頻電路的設(shè)計(jì)因?yàn)槠妗⑴夹蛄袛?shù)字顯示時(shí)間間隔是自然序列和音樂序列的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)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

11、為原脈沖的2倍。其電路圖如圖二分頻電路四、總電路工作原理及元器件清單總電路圖的設(shè)計(jì)1總原理圖2電路完整工作過程描述總體工作原理這個(gè)電路圖可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求，可以一次輸出自然數(shù)列，奇數(shù)序列，偶數(shù)序列還有音樂數(shù)列，而且還可以循環(huán)輸出，數(shù)碼管的顯示間隔時(shí)間也可以通過調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的頻率來進(jìn)展調(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)列和音樂數(shù)列的脈沖信號(hào)的頻率是產(chǎn)生技術(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)翻開電路的開關(guān)后，首先就是輸

12、出自然序列，這時(shí)是U1先工作，他的清零端接的是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，然后通過一個(gè)或門接至74HC390的脈沖輸入端，這是從0，變至1，恰好有一個(gè)脈沖，就可以通過譯碼器使U4開場(chǎng)工作即開場(chǎng)計(jì)數(shù)，這是從9變至1時(shí)，又通過進(jìn)位端給74HC390一個(gè)脈沖，然后就通過譯碼器又使U8開場(chǎng)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)，最后就通過譯碼器控制U9的工作，輸出音樂數(shù)列。如此周而復(fù)始就可以實(shí)現(xiàn)需要的功能。總電路圖如下3元件

13、清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注R1T1。五、仿真調(diào)試與分析脈沖產(chǎn)生電路的仿真脈沖產(chǎn)生電路脈沖產(chǎn)生電路的仿真二分頻電路的仿真二分頻電路二分頻電路的仿真總電路的仿真調(diào)試結(jié)果分析：經(jīng)調(diào)試后，電路可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，可以實(shí)現(xiàn)從自然序列，奇數(shù)序列和音樂序列的循環(huán)顯示，而且數(shù)字之間的顯示時(shí)間間隔也可以通過改變脈沖信號(hào)的頻率來改變。電路有一個(gè)缺點(diǎn)就是不能實(shí)現(xiàn)清零的作用，每次翻開電源它的起始的數(shù)列是未知的，也就是說不能確定是從哪一個(gè)序列開場(chǎng)循環(huán)的，還有一個(gè)缺陷是序列循環(huán)在交接的時(shí)刻起會(huì)出現(xiàn)顯示時(shí)間不相等的現(xiàn)象，這可能是在芯片工作時(shí)由于傳輸延遲等原因所致，由調(diào)試結(jié)果可知，雖然根本滿足設(shè)計(jì)要求，但仍有需要改良的地

14、方。改良設(shè)想：首先，循環(huán)序列芯片采用含有片選端的多功能計(jì)數(shù)器；其次，控制循環(huán)局部采用一種可編程邏輯器件制成的移位存放器，用程序來實(shí)現(xiàn)置數(shù)；第三，脈沖產(chǎn)生電路采用一種頻率、幅度和周期都可調(diào)的高穩(wěn)定性元件。六、結(jié)論與心得這次的課程設(shè)計(jì)是一次難得的鍛煉時(shí)機(jī)，讓我們能夠充分利用所學(xué)過的理論知識(shí)還有自己的想象能力，另外還有學(xué)習(xí)查找資料的方法，以及自己處理分析電路、設(shè)計(jì)電路的能力。我相信這是對(duì)我們的一個(gè)很好的提高。平時(shí)在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的時(shí)候，根本就沒有想到我們所學(xué)的這些東西有什么用，它們可以做成什么，只是一味利用它們來解決課后的習(xí)題，沒有想其它的用途。這次的課程設(shè)計(jì)讓我們懂得了它們?cè)趯?shí)際中的用途，突然感覺自

15、己學(xué)的東西很有用，我們覺得這樣就可以激發(fā)我們以后的學(xué)習(xí)興趣，這樣有利于今后更好的學(xué)習(xí)。通過這次實(shí)踐活動(dòng)，我們?cè)鰪?qiáng)了解決問題的能力，從中也發(fā)現(xiàn)了自己在動(dòng)手操作方面的缺乏，為日后參加工作打下堅(jiān)實(shí)的根底。首先，通過本次活動(dòng)，我們了解數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用，開展前景，對(duì)所學(xué)專業(yè)有了進(jìn)一步的了解，更加熱愛所學(xué)專業(yè)，從中發(fā)現(xiàn)了理論方面的缺陷。理論是我們今后實(shí)踐、工作的根底，理論的學(xué)習(xí)不能有絲毫的懶惰，雖說理論是枯燥、乏味的，但我們要刻苦學(xué)習(xí)，充實(shí)自己的理論，為今后的學(xué)習(xí)工作打下根底。其次，我們無視了動(dòng)手能力的培養(yǎng)，在動(dòng)手制作中明顯感到了吃力，犯了很多錯(cuò)誤，對(duì)我們是一個(gè)不少的打擊。但在另一方面也給了我們以警示，

16、知缺乏，然后謀進(jìn)。發(fā)現(xiàn)缺乏，促使我們更加多的參加各種實(shí)踐活動(dòng)，壞事又成了好事。由于理論方面所學(xué)有限，了解又不好，再加之動(dòng)手能力的匱乏，這次實(shí)踐也有很多缺乏之處，通過這次課程設(shè)計(jì)，我還更加深了理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。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，另外在分析比擬設(shè)計(jì)循環(huán)電路的環(huán)節(jié)中，我還考慮過利用移位存放器來設(shè)計(jì)循環(huán)，可是發(fā)現(xiàn)移位存放器的脈沖不好控制。不過我還是學(xué)會(huì)了移位存放器的很多功能，以及通過查閱資料也知道了它的很多典型的電路。最后一個(gè)知識(shí)點(diǎn)就是利用555定時(shí)器來設(shè)計(jì)多諧振蕩器，我采用的電路就是課本里的介紹的典型電路，通過這個(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)器來實(shí)現(xiàn)分頻的功能。這些是我這次設(shè)計(jì)所用到的知識(shí)點(diǎn)，通過這次的設(shè)計(jì)我穩(wěn)固了對(duì)這些理論性的知識(shí)的理解。最后我覺得自己也學(xué)到了一些方