课程设计(论文）-彩灯循环显示控制电路设计.doc

《课程设计(论文）-彩灯循环显示控制电路设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计(论文）-彩灯循环显示控制电路设计.doc（25页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、独立设计实验任务书独立设计实验任务书 学生姓名：学生姓名： 专业班级：专业班级： 通信通信 07060706 学号：学号： 题题 目目: : 彩灯循环显示控制电路设计彩灯循环显示控制电路设计 初始条件：初始条件： 以 LED 数码管作为控制器的显示元件，它能自动地依次显示出数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列） ，1、3、5、7、9（奇数列） ，0、2、4、6、8（偶数列） 和 0、1、2、3、4、5、6、7、0、1（音乐符号数列） ，然后由依次显示出自然数列、奇数列、偶数序 列，音乐符号序列 如此周而复始，不断循环。打开电源时，控制器可自动清零。每个数字的一 次显示时间基本

2、相等，这个时间在 0.5s 到 2s 范围内连续可调。 要求完成的主要任务要求完成的主要任务: : 1. 电路的理论设计 2. 设计报告的撰写 目录目录 摘摘 要要.3 ABSTRACT .4 1 1 设计方案的选择设计方案的选择5 2 2 各部分电路的设计及原理各部分电路的设计及原理.6 2.1 数列显示部分6 2.1.1 自然序列的显示电路.6 2.1.2 奇数序列显示电路7 2.1.3 偶数序列显示电路.8 2.1.4 音乐序列显示电路.9 2.2 脉冲信号的产生.10 2.3 分频电路的设计13 2.3.1 1000 分频电路的设计.13 2.3.2 二分频电路的设计15 2.4 数列

3、循环电路的设计16 2.5 开关清零设计17 3 3 总电路图设计与原理总电路图设计与原理.19 4 4 测试结果分析测试结果分析.21 5 5 体会与心得体会与心得.22 6 6 参考文献参考文献.23 摘摘 要要 彩灯循环控制电路的实质就是要产生一系列有规律的数列，然后通过一个七段数码 管显示出来。本次设计主用应用的就是计数器，计数器在时序电路中应用的很广泛，它 不仅可以用于对脉冲进行计数，还可用于分频，定时，产生节拍脉冲以及其他时序信号。 运用计数器的不同的功能和不同的接法就可以实现不同的序列输出了。 首先设计出部分分电路，然后进行了电路图的整合，使的设计的电路能够按照要求 依次输出自然

4、序列，奇数序列，偶数序列及音乐序列。为了实现这个循环输出的功能， 在设计的时候还用到了一个译码器，利用它的输出端来控制四个计数器，让四个计数器 依次工作，达到要求的循环输出数列。 脉冲信号的产生是由 555 组成的多谐振荡器完成的，然后经过计数器的分频来达到 数字显示时间，还有设计一个上电清零电路实现电路工作前的清零工作。 最后将电路的各个部分进行整合便得到最终的设计电路。 4 Abstract Carnival of the substance of the cycle circuit is to produce a series of regular series, and then di

5、splay through a Seven-Segment LED. The design of the main applications is to use counters. Counter is wide used in the timing circuit, it not only can be used to count on the pulse, also be used for frequency, timing, resulting in the beat, as well as other timing signal pulse. The use of different

6、functions and different method of access about counters can be achieved on the output of different sequence. First of all, I make parts of sub-circuit design, and then get them into the whole circuit, so that the designed circuit can be output under requirements the natural sequence, odd-numbered se

7、quence, even sequence and music sequences in accordance. In order to achieve this cycle of the output function, the design is also added with a decoder, using it to control the output of the four counters, so that the four counters work in order under the requirements of the output cycle series. Pul

8、se signal is generated by Multivibrator composed of 555, and then after a frequency counter to achieve the required show time of the figures. And then I need to design a circuit to achieve zero cleared before work. Finally, I get the final circuit by integrating the various part circuits. 5 1 设计方案的选

9、择 方案一 设计数字显示部分有很多种方法，这个方案是利用十六进制计数器组成十进制计数 器完成的，对四个循环分别设计出电路图，当时应用的 74LS163 芯片，起先由于对题目 要求没有真正看懂，把最后的音乐数列显示理解成 07 的八进制循环，以至电路图的误 画，因为没有充分理解题目的原因，另一个错误是理解成应用四个数码管，结果最终完 成的设计有四个数码管，总电路图却无法完成仿真。 于是进行电路结构的分析，发现在数列循环控制时用到反馈环节，而反馈进过了过 多的元器件，导致了较大的延迟，而计数器本身的计数延迟较小，循环反馈无法及时到 达，使得数列循环无法完成。 因为无法完成题目要求变重新对题目进行分

10、析，看有没有理解错误的地方，经过对 题目的仔细研究发现，题目本身的要求都是围绕十进制进行的，也就是说最后的音乐数 列也是十进制，其循环是 0，1，2，3，4，5，6，7，0，1。然后在数码显示方面，题目 要求是应用一个数码管完成所有循环，如此，找到了错误所在，明白了仿真无法实现的 原因，否定了原先的设计，开始进行新的设计。 方案二 经过以上的错误及对题目的充分理解重新整理思路，重新选择十进制计数器 74LS160，然后进行各部分数字显示的设计，然后进行数列循环的设计，因为只能用到一 个数码管，所以数字显示要进行选择，也就是需要四位选择完成，想到利用四输入或门 达到要求。脉冲源仍然利用 555

11、组成多谐振荡器再经过分频得到，自然数列跟音乐数列 的脉冲经过二分频已达到跟奇偶数列显示时间间隔的一致性，最终完成整个电路的设计， 并顺利完成了仿真。 6 2 各部分电路的设计及原理 2.1 数列显示部分 2.1.1 自然序列的显示电路 这个部分是利用 74LS160D 计数器来实现的。其功能表以及引脚图如下图所示。 图 1 74LS160 的引脚图 表 1 74LS160 CLRLOADENPENTCLKABCDQAQBQCQDRCO 000000 1000POSABCD1 1111POSCount1 111QA0QB0QC0QD01 111QA0 QB0QC0QD01 由 74LS160 设

12、计成的自然数列电路如图所示 7 图 2 自然数列显示电路原理图 由于 74LS160 本身就是一个十进制计数的芯片，因此对于这个部分就只需按照其功 能表来接电路就可以实现十进制自然序列输出了。在脉冲信号的触发下，计数器的输出 端的状态依次为 0000000100100011010001010110011110001001，然 后再将计数器的输出端和数码管的输入端口相接就可以在数码管上面看到依次显示从 0 到 9 了。 2.1.2 奇数序列显示电路 将奇数 1，3，5，7，9 用 8421BCD 码分别表示为：“0001” ， “0011” ， “0101” ， “0111” ， “1001”

13、，可以发现最后一位都为 1，因此可以在上述十进制自然序列的基础上 将数码管的最低位接高电平就可以实现奇数序列了。虽然只显示了五个数字，但计数器 本身仍然进行着十进制的循环，只是两个脉冲显示一个数字，由此变产生显示时间间隔 与自然数列不同的问题，显示时间为自然数列的两倍，于是想到应用二分频电路来解决， 基本奇数列电路如图 8 图 3 奇数序列显示电路原理图 2.1.3 偶数序列显示电路 将偶数 0，2，4，6，8 用 8421BCD 码分别表示为“0000” ， “0010” ， “0100”,“0110”, “1000”, ,可以发现最后一位都为 0，因此可以在上述十进制自然序列的基础上将数码

14、管的 最低位接低电平就可以实现偶数序列了。虽然只显示了五个数字，但计数器本身仍然进 行着十进制的循环，只是两个脉冲显示一个数字，由此变产生显示时间间隔与自然数列 不同的问题，显示时间为自然数列的两倍，于是想到应用二分频电路来解决，基本偶数 列电路如图 9 图 4 偶数序列显示电路原理图 2.1.4 音乐序列显示电路 音乐序列的特点是从 0 显示到 7 后又再变为 0，其实质仍然是十进制，这里可以将数 码管的最高位固定接低电平就可以实现了。因为 74LS160 的输出端只有三个与数码管相 接，当 74LS160 的输出为“1000”和“1001”时，这时由于数码管最高位是固定接低电 平的，也就是

15、数码管的输入端仍是“0000” ， “0001” 。这样数码管的显示就又变成 0 和 1 了。其序列显示电路图如图 10 图 5 音乐序列显示电路原理图 2.2 脉冲信号的产生 产生信号脉冲的方法很多，这里我在设计的是利用 555 组成的多谐振荡器，它是一 种在接通电源后，就能产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器，常做为脉冲信号 源。由于不用接输入信号就可以产生所需要的矩形波，所以在设计的时候就选用这个方 案。题目要求数字显示时间在 0.5s2s 内可调，于是利用多谐振荡器周期的计算公式可知， 可以通过改变电阻 R1 来实现，于是将 R1 变成一个变阻器。 应用的公式如下： 11 高电平时

16、间： )(7 . 0 21RRt C ph 低电平时间： Rt C pl2 7 . 0 一个周期时间： )(7 . 0 221RRt C ph 输出频率： CRRtt f plph21 2 43 . 1 1 设计电路图如下 图 6 脉冲信号发生电路图 其中变阻器 R1 选择 200K，R2 选择 10K，两个电容全为 0.01uF 的，由此电路可 得到周期为 0.25ms1ms 的脉冲信号，然后再利用 1000 分频电路得到 0.25s1s 的脉冲信 号，最终经过二分频电路得到 0.5s2s 的脉冲信号，其原始仿真波形如下 12 图 7 0.25ms 脉冲信号波形仿真 13 图 8 1ms 脉

17、冲信号仿真波形 2.3 分频电路的设计 2.3.1 1000 分频电路的设计 因为原始 555 组成的多谐振荡器产生的脉冲周期为 0.25ms1ms 的，要想得到 0.25s1s 的信号就要进行信号的分频，将信号频率缩小 1000 倍，其周期便可以扩大 1000 倍。 分频电路实际上就是计数电路，经过计数器的计数，原始信号每经过 1000 次脉冲计 数，分频电路得到一次脉冲，由此可以应用 74LS90 计数器设计电路图，74LS90 计数器 引脚图及功能表如下 图 9 74LS90 引脚图 表 2 74LS90 真值表 14 说明：引脚中 MR1，MR2 分别是真值表中的 R9(1),R9(2

18、);MS1,MS2 分别是真值表中 的 R0(1),R0(2);CP0,CP1 分别是电路图中的 INA,INB。 由 74LS90 设计的分频电路图如下 图 10 1000 分频电路原理图 用信号发生器及示波器仿真，信号发生器取 1kHz 的频率，得到的波形如下 15 图 11 1kHz 分频后仿真波形 2.3.2 二分频电路的设计 因为奇、偶序列数字显示时间间隔是自然序列和音乐序列的两倍，为了实现显示数 字时间间隔相等的要求，可以使用二分频电路，让自然序列和音乐序列的显示时间与奇 偶电路的显示时间相等。 二进制计数器可以构成二分频电路。74LS90 计数器本身具有二进制与八进制两个电 路，

19、由此只利用其二进制就可以实现二分频了，其电路原理图与波形仿真图分别如下 图 12 二分频电路原理图 16 图 13 二分频波形仿真 2.4 数列循环电路的设计 在这个部分主要是应用了一个四进制的计数器和一个译码器，这个部分的作用是为 了使自然序列，奇数序列，偶数序列，音乐序列的循环显示。其中四个 74LS160 计数器 的进位端相或后与 74HC390 的 INA 相接，这样就可以通过进位端状态由 0 变为 1 的瞬间 给它一个脉冲触发，而另一个脉冲端则是与其输出端 QA 相接的，这样的接法是为了使 74HC390 实现 8421BCD 码十进制计数的功能，再将 QC 与 CLR 相连，实现由

20、十进制变为四 进制。然后再让 74HC390 的输出端 QA，QB 分别与译码器 74HC194 相接，这样可以用译码 器来控制计数器的动作状态，它可以决定由哪个 74LS160 计数器来工作。当 QA,QB 为 17 “0” ， “0”时，这时译码器的输出端就只有 Y0为 0，接一个反相器然后再接产生自然序 列的计数器的清零端;这样就可以实现只有自然序列输出的功能，同理当 QA,QB 为“0”, “1”时，这是译码器的输出端就只有 Y1为 0，接一个反相器然后再接产生奇数序列的计 数器的清零端，这样就可以实现只有奇数序列输出的功能; 当 QA,QB 为“1”,“0”时， 这是译码器的输出端就

21、只有 Y2为 0，接一个反相器然后再接产生偶数序列的计数器的清 零端，这样就可以实现只有偶数序列输出的功能; 当 QA,QB 为“1”,“1”时，这是译码 器的输出端就只有 Y3为 0，接一个反相器然后再接产生音乐序列的计数器的清零端，这 样就可以实现只有音乐序列输出的功能。序列的循环功能就是这样实现的。 图 14 序列循环电路原理图 2.5 开关清零设计 为了实现在计数开始前的清零，特设计了开关清零电路，此清零电路的原理是上电 清零法，即应用电容的充放电来实现清零，因此此清零方法有一定得延迟，但并不影响 整个电路的工作，清零电路如下 18 图 15 上电清零电路原理图 开关应该跟复位开关一样

22、应用，即闭合后接着打开，当开关打开时，电容充电，充 电完全后电路时断开的，此时 A 点为低电平，当开关闭合后，瞬间 A 点得到高电平，而 电容也瞬间放电，因为都是瞬间完成的，所以再接着打开开关时电容已经不带电，此时 A 点跟电源同时给电容充电，还有 A 点向地面的放电，使得 A 点很快便又回到低电平，虽 然速度很快但是仍然具有一定得延迟，延迟大约为几百毫秒。A 点与序列循环电路中译码 器的使能端 G 相连，当 A 为低电平时译码器才能正常工作，有输入输出，当 A 点在得到 高电平的一刻，译码器无法工作，输出端全为高电平，经过反相器与四个计数器的清零 端相连，使得四个计数器全部清零，如此便实现了

23、电路的开关清零。 19 3 总电路图设计与原理 这个电路图可以实现设计的要求，可以依次输出自然数列，奇数序列，偶数序列还 有音乐数列，而且还可以循环输出，数码管的显示的间隔时间也可以通过调节脉冲信号 的频率来进行调整。 电路图中四个 74LS160 的输出端口分别与四个或门相接，然后再将四个门电路的输 出端分别与数码管的输入端相接。其中产生自然数列和音乐数列的脉冲信号的频率是产 生奇数序列和偶数序列的脉冲信号的频率是 2 倍，这是因为为了实现数字显示时间间隔 相等的要求，这里利用二分频器很好地实现了这一功能。 首先，开关 J1 先要进行一次闭合打开，实现电路工作前的清零。 然后就是输出自然序列

24、，这时是 U7 先工作，它的清零端接的是“1“，这时就是它 处在计数的操作，然后输出通过与或门相接再接至数码管的输入端，就可以依次显示从 0 到 9，当 U7 的输出要从 9 变到 0 的瞬间，它的进位端的状态是”1” ，然后通过一个或 门接至 74LS390 的脉冲输入端，这时从“0”变至“1” ，恰好有一个脉冲，就可以通过译 码器使 U8 开始工作即开始计数，它从 9 变至 1 时，又通过进位端给 74LS390 一个脉冲， 然后就通过译码器又使 U8 开始工作，它从 0 变至 8，当它从 8 变至 0 时，它的进位端又 变至“1” ，就又可以给 74LS390 一个脉冲信号，最后就通过译

25、码器控制 U14 的工作，输 出音乐数列。如此周而复始的这样循环，就可以实现需要的功能了。其电路图如图 20 图 16 总电路原理图 21 4 测试结果分析 经测试之后，电路可以实现设计要求，可以实现从自然数列，奇数数列和音乐数列 的循环显示，而且数字之间的显示时间间隔也可以通过改变脉冲信号的频率来改变。电 路每次开始前可以进行清零工作，但是有一缺点就是无法确定由哪一个序列开始循环， 这是电路需要改进的地方。 22 5 体会与心得 这次的课程设计是一次难得的锻炼机会，让我们能够充分利用所学过的理论知识还 有自己的想象的能力，另外还让我们学习查找资料的方法，以及自己处理分析电路，设 计电路的能力

26、。我相信是对我的一个很好的提高。平时在学习理论知识的时候，根本就 没有想到我所学的这些东西有什么用它们可以做成什么，只是一味利用它们来解决课后 的习题，没有想其他的用途。这次的课程设计让我懂得了它们在实际中的用途，还有我 们身边的很多电路，例如频率计、交通灯、数字钟这些都是我们自己可以实现的， 突然感觉自己学的东西很有用，我相信这样就可以激发我以后的学习兴趣，这样有利用 今后更好地学习。 通过这次课程设计，我还更加深了理论知识的学习。这次的设计电路我用到了计数 器还有译码器，通过自己分析和设计更好地运用了它们，而且还学会了它们更多的功能， 发现它们的功能远比功能表里面说的多很多，可以利用不同的

27、接法设计出各种各样不同 的电路出来。还有一个知识点就是利用 555 定时器来设计多谐振荡器，我采用的电路就 是课本里介绍的典型电路，通过这个电路也让我了解了 555 定时器的功能。这些都是我 这次设计所用到的知识点，通过这次的设计我巩固了对这些理论性的知识的理解。 最后我觉得我自己也学到了一些方法，比如从中我了解了一般设计时序电路的主要 步骤，还有如何利用 MULTISIM 软件进行电路的设计与仿真。而且我很赞同学校这种利用 课程设计来考验我们动手能力和动脑能力的教学方式，这样一方面激发了我们自主学习 的兴趣，另一方面也巩固了学习到的理论知识，可以从实践中积累实际的经验，而不是 老停留在理论学

28、习的阶段。当然这次的设计学到的不仅仅是知识，还有如何去查阅资料， 如何去完成一份报告书等等。 总之我觉得这样的实践对我们现在的学习以及以后的工作都是很大的帮助，而且对 我分析问题的方法也有很大的帮助，使我考虑问题更周到，更全面。 23 6 参考文献 1 数字电子技术基础 康华光主编,高等教育出版社 2 电子线路设计实验测试第三版 谢自美主编，华中科技大学出版社 3 新型集成电路的应用电子技术基础课程设计 梁宗善主编，华中科技大 学出版社 4 电子技术基础课程设计 孙梅生等编著，高等教育出版社 24 附件 1 元件清单元件清单 74LS160D 计数器 4 74LS90D 计数器 1 74LS139D 译码器 1 74LS390D 多功能的计数器 1 74LS04D 非门 1 555 集成定时器 1 4072BD 四输入或门 3 200K 变阻器 1 10K 电阻 2 0.01uF 电容 2 30uF 电容 1 开关 1 25