噴泉控制器資料

電子課程設計----噴泉控制器學院：電子信息工程學院專業(yè)，班級：姓名：學號：指導老師：2014年12月目錄設計任務與要求………………第03頁總體框圖…………第03頁器件選擇…………第04頁功能模塊…………第11頁總體設計電路圖…………………第15頁六、實習心得…………第17頁噴泉控制器設計任務及要求設計任務：設計一個噴泉控制器設計要求：噴泉有A,B,C三組噴頭。按下按鈕k1啟動后，A組先噴5秒，后B,C同時噴，5秒后B停；再5秒后C停；而A,B又噴，再2秒后C也噴；持續(xù)5秒后全部停；再過3秒重復上述過程。按鈕K2可以停止所有噴水。二、總體框圖1，總體設計框圖總體設計框圖如圖2-1所示。四段數(shù)碼管時間顯示器四段數(shù)碼管時間顯示器二十五進制計數(shù)器LED顯示控制電路二十五進制計數(shù)器LED顯示控制電路秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器圖2-1總體設計框圖2，各模塊功能（1）秒脈沖信號發(fā)生器：產(chǎn)生一個信號脈沖作為計數(shù)器的脈沖。（2）二十五進制計數(shù)器：通過兩個十進制計數(shù)器組成一個二十五進制計數(shù)器，用來計數(shù)燈的工作時間狀態(tài)，即噴泉的工作時間狀態(tài)。（3）控制電路：利用非門和與非門的組合使之分別在24s、4s、9s、14s、16s、21s輸出一個低電平，然后再通過與非門把信號傳給JK觸發(fā)器，使JK觸發(fā)器實現(xiàn)保持和翻轉(zhuǎn)功能，從而使指示燈出現(xiàn)亮或滅的狀態(tài)，即噴泉的噴水或暫停。（4）四段數(shù)碼管時間顯示器：顯示時間計數(shù)，以確定噴泉的起噴和暫停時間。（5）LED燈顯示：仿真中用燈代替噴泉，通過燈的亮滅來看噴泉是否噴水。3，設計思路通過對設計題目的分析可知，噴泉的工作時間是固定的。以A組為例：當按下K1啟動后，A組先噴5s，然后接下來的10sA組都是停止的，再往后A組又噴7s，然后停3s，接下來就是以此重復的。由此可看出，整個噴泉是以25s循環(huán)的，所以我用兩個74LS160N設計了一個二十五進制計數(shù)器，每25s置零一次，由此來實現(xiàn)它的循環(huán)過程。另外分析它的工作狀態(tài)，無論是A組還是B組還是C組，其工作狀態(tài)只有兩種，要么工作，要么不工作。因此我想到了選擇T觸發(fā)器(把JK觸發(fā)器的J端和K端相連即構成T觸發(fā)器)，當給它一個低電平時，它實現(xiàn)保持功能，給它一個高電平時，它實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能。正好和噴泉的工作狀態(tài)一致，要么保持噴，要么保持不噴，從噴到不噴只需要翻轉(zhuǎn)就能實現(xiàn)。而如何在需要的時間給T觸發(fā)器一個需要的電平。再分析A組，按下K1啟動后，A組噴水，5s后A組停止，然后過10sA組又噴……以此類推，即可發(fā)現(xiàn)A組需在第24s、4s、14s、21s翻轉(zhuǎn)，而要翻轉(zhuǎn)則需要在24s、4s、14s、21s這四個時間點給T觸發(fā)器輸入一個高電平，由此我想到了用與非門來實現(xiàn)。再對設計做整體分析，可知不同的組在24s、4s、9s、14s、16s、21s這六個時間點中的部分時間點都需要翻轉(zhuǎn)，所以我用了6個八輸入與非門使之在這六個時間點時輸出一個低電平，其他點都輸出高電平，再根據(jù)不同的組選擇各自需要的翻轉(zhuǎn)時間點，然后再通過一個與非門連接到T觸發(fā)器，從而也就實現(xiàn)了在需要的時間點給T觸發(fā)器一個需要的電平。也就實現(xiàn)了對噴泉的控制，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能。正好和噴泉的工作狀態(tài)一致，要么保持噴，要么保持不噴，從噴到不噴只需要翻轉(zhuǎn)就能實現(xiàn)。三，選擇器件1，選擇器件型號選擇器件型號，件數(shù)及邏輯符號如圖表3-1所示，邏輯框圖如表3-2所示。表3-1器件列表序號器件名稱器件型號邏輯符號件數(shù)1三輸入與非門74LS10N12四輸入與非門74LS20N33八輸入與非門74LS30N64非門74LS04N85十進制計數(shù)器74LS160N26JK觸發(fā)器74LS73N37四段數(shù)碼顯示管DCD_HEX28控制開關J395V電壓VCC110秒脈沖發(fā)生器CLOCK_VOLTAGE111紅，綠，橙信號燈3表3-2器件邏輯框圖器件名稱邏輯框圖非門與非門十進制計數(shù)器74LS160JK觸發(fā)器2，器件的邏輯功能表及內(nèi)部原理圖（1）四2輸入非門74LS04非門又稱為反相器，是實現(xiàn)邏輯非運算的邏輯電路，其邏輯表達式為：，A為輸入端，Y為輸出端。其功能如表3-3所示。表3-374LS04非門真值表輸入輸出AY0110其內(nèi)部原理圖如圖3-1所示。圖3-174LS04管腳分布圖(2)二4輸入與非門74LS2O由于用到的與非門較多，但原理一樣，所以這里以四輸入與非門為例：與非門可實現(xiàn)與門和非門的復合運算，其輸出與輸入之間的邏輯關系用邏輯表達式表示為：,A、B、C、D分別為輸入端，Y為輸出端。其功能如表3-4所示。表3-474LS2O與非門真值表ABCDY00001000110010100111010010101101101011111000110011101011011111001110111110111110其內(nèi)部原理圖如圖3-2。圖3-274LS20管腳分布圖（3）同步十進制計數(shù)器74LS16074LS160是同步十進制計數(shù)器，它具有異步清除和同步置數(shù)等功能，其邏輯框圖及邏輯符號如表3-2、表3-3所示。邏輯符號中,LOAD為置數(shù)端,CLR為清零端，ENT﹑ENP為使能端。CLK為脈沖輸入端。A、B、C、D為計數(shù)器輸入端，AQ、BQ、CQ、DQ為數(shù)據(jù)輸出端，其功能表如表3-5所示。表3-574LS160功能表其內(nèi)部結(jié)構圖如圖3-3所示。圖3-374LS160內(nèi)部結(jié)構圖（4）JK觸發(fā)器74LS73NJK觸發(fā)器是數(shù)字電路觸發(fā)器中的一種電路單元。JK觸發(fā)器具有置0、置1、保持和翻轉(zhuǎn)功能，在各類集成觸發(fā)器中，JK觸發(fā)器的功能最為齊全。在實際應用中，它不僅有很強的通用性，而且能靈活地轉(zhuǎn)換其他類型的觸發(fā)器。由JK觸發(fā)器可以構成D觸發(fā)器和T觸發(fā)器。工作原理：當CP=0時，觸發(fā)器處于一個穩(wěn)態(tài)，G3、G4被封鎖，不論J、K為何種狀態(tài)，Q3、Q4均為1。另一方面，G12、G22也被CP封鎖，因而由與或非門組成的觸發(fā)器處于一個穩(wěn)定狀態(tài)，使輸出Q、Q狀態(tài)不變。當CP由0變1時，觸發(fā)器不翻轉(zhuǎn)，為接收輸入信號作準備。設觸發(fā)器原狀態(tài)為Q=0，Q=1。當CP由0變1時，有兩個信號通道影響觸發(fā)器的輸出狀態(tài)，一個是G12和G22打開，直接影響觸發(fā)器的輸出，另一個是G4和G3打開，再經(jīng)G13和G23影響觸發(fā)器的狀態(tài)。前一個通道只經(jīng)一級與門，而后一個通道則要經(jīng)一級與非門和一級與門，顯然CP的跳變經(jīng)前者影響輸出比經(jīng)后者要快得多。在CP由0變1時，G22的輸出首先由0變1，這時無論G23為何種狀態(tài)（即無論J、K為何狀態(tài)），都使Q仍為0。由于Q同時連接G12和G13的輸入端，因此它們的輸出均為0，使G11的輸出Q=1，觸發(fā)器的狀態(tài)不變。CP由0變1后，打開G3和G4，為接收輸入信號J、K作好準備。當CP由1變0時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，設輸入信號J=1、K=0，則Q3=0、Q4=1，G13和G23的輸出均為0。當CP下降沿到來時,G22的輸出由1變0,則有Q=1，使G13輸出為1，Q=0，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。雖然CP變0后，G3、G4、G12和G22封鎖，Q3=Q4=1，但由于與非門的延遲時間比與門長（在制造工藝上予以保證）,因此Q3和Q4這一新狀態(tài)的穩(wěn)定是在觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)之后。由此可知,該觸發(fā)器在CP下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，CP一旦到0電平，則將觸發(fā)器封鎖，回到第一種情況?？傊?，JK觸發(fā)器在CP下降沿前接受信息，在下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，在下降沿后觸發(fā)器被封鎖。其邏輯功能表如下表3-6所示。表3-674LS73NJK觸發(fā)器功能表其內(nèi)部原理圖如圖3-4所示。圖3-474LS73NJK觸發(fā)器內(nèi)部原理圖四、功能模塊1、各模塊的電路原理圖、邏輯功能及器件的連接關系(1)秒脈沖信號發(fā)生器器件的連接關系：CLOCK_VOLTAGE正的一端接二十五進制計數(shù)器的CLK端，另一端接地，構成秒脈沖發(fā)生器如圖4-1所示。邏輯功能：產(chǎn)生計一計數(shù)脈沖。圖4-1秒脈沖發(fā)生器二十五進制計數(shù)器邏輯功能：實現(xiàn)計數(shù)功能。器件的連接關系：兩個十進制計數(shù)器的CLK端與脈沖信號發(fā)生器連接，清零端CLR接一三輸入與非門，分別接到2U的13端口和3U的12和14端口，LOAD和2U的ENT、ENP都接+5V電壓，3U的RCO端接到2U的ENT、ENP端，A、B、C、D均接地，以實現(xiàn)二十五進制計數(shù)如圖4-2。圖4-2二十五進制計數(shù)器控制電路邏輯功能：分別在24s、4s、9s、14s、16s、21s輸出一個低電平，然后再通過與非門把信號傳給JK觸發(fā)器，使JK觸發(fā)器實現(xiàn)保持和翻轉(zhuǎn)功能。器件的連接關系：6個八輸入個與非門，根據(jù)需要分別接到2U和3U的輸出端或輸出非端，使6個與非門分別在24s、4s、9s、14s、16s、21s輸出一個低電平，然后再通過與非門與JK觸發(fā)器相連，使JK觸發(fā)器實現(xiàn)保持和翻轉(zhuǎn)功能。其電路圖如圖4-3所示。圖4-3控制電路四段數(shù)碼管時間顯示器器件的連接關系：四段數(shù)碼顯示管的管腳從右往左依次接入74ls160的AQ、BQ、CQ、DQ管腳，構成四段數(shù)碼管顯示器圖如圖4-4。圖4-4四段數(shù)碼管時間顯示器LED燈顯示器器件的連接關系：A組燈（紅燈）接JK觸發(fā)器13U的Q端，B組燈（綠燈）接JK觸發(fā)器21BU的Q端，C組燈（黃燈）接21AU的Q端。為了便于控制，在燈與JK觸發(fā)器之間還接有一開關。如圖4-5所示。圖4-5LED顯示器2，仿真結(jié)果仿真結(jié)果如圖5-6所示。表5-6仿真結(jié)果五，總體設計電路總體電路原理圖經(jīng)過持續(xù)一段時間的工作驗證，時間計數(shù)及燈的亮滅復合設計要求，電路的整體工作情況良好。本設計中總共涉及到5個模塊，其電路圖如圖5-1所示，其連接關系為：秒脈沖連接到二十五進制計數(shù)器上，為其提供計數(shù)脈沖；二十五進制計數(shù)器上連接一四段數(shù)碼顯示管器，顯示計數(shù)時間；除此之外還連接一個控制電路，控制LED燈的顯示。圖5-1總體電路圖2、硬件實驗選用一片74LS160，74LSO4一片，74LS20兩片，74LSOO一片，74LS73兩片組成控