电灯控制开关课程设计..pdf

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1、1 电子课程设计 电灯控制开关 学院：电子信息工程学院 专业、班级：通信141501 姓名：陈雪峰 学号：201415030103 指导教师：康琳 2016 年 12 月 2 电灯控制开关 目录 一、设计任务与要求3 二 、 总 体 框 图 3 1、总 体 框 图 3 2、微 分 电 路 3 3、状 态 机 4 4、10 秒定时器6 三 、 选 择 器 件 7 1、可预置数同步可逆 ( 加减)十进制计数器 74LS190 8 2、具有异步置位和复位端的边沿触发双D触发器 74LS749 3、四 2 输入与非门 74LS03D11 4、非门 74LS04D12 5、三输入与门 74LS1112

2、四、功 能 模 块 1 3 1、微分 电 路 13 2、状 态 机 1 4 3、10 秒定时器15 五、总体设计电路图15 六 、 硬 件 调 试 结 果 20 七 、 课 程 设 计 心 得 21 3 电灯控制开关 一、 设计任务与要求 一个电灯控制开关，该开关有一个按钮，当按钮按下1 次，则电灯亮 10 秒 钟后灭；当按钮按下2 次（包括前一次），则电灯常亮不灭；当再按一次，则电 灯灭。 二、 总体框图 1、总体框图 由题意可以得到该开关的设计原理框图如图1 所示，图中 k 是低电平有效的 按钮信号，kd 是按钮信号 k 的下降沿微分信号， td10 是 10 秒定时器定时时间到 信号（高

3、电平有效），deng 是电灯控制信号（高电平有效） ，t10 是 10 秒定时器 启动信号（高电平有效） 。 图 1 总体框图 2、微分电路 该状态机的按钮信号K，经过微分电路再输入状态机，使其低电平持续时间 小于状态机的时钟周期， 保证按钮按下一次， 状态机只转移一个状态。 因此为了 使系统的稳定性增高，可以用两个D触发器组成微分电路对k 信号进行微分。 4 所以需要在 K输入状态机前设计微分电路。 3、状态机 根据电灯控制的要求，可以得到该电灯控制开关的状态图如图2 所示： 根据题意可得电灯控制只需要3 个工作状态，可使用两个D触发器，两个 触发器有 Q0、错误！未找到引用源。0、Q1、错

4、误！未找到引用源。 1四个状态，多余一个状态，为了在 上电时，状态机能够有效地进入工作状态实现自启动，在状态图上画出了多余的 状态 A3,在任何输入条件下，都可以从该状态自动进入初始状态A0。 由图 2 状态图可的表 2-1 的状态表。在表中将状态转移条件中不出现的输入信 号用任意值表示。 状态表又可转换成图3 所示的次态卡诺图。 构造次态卡诺图时，需要首先根据状态表填写次态卡诺图，然后将剩余空格填 写现态到现态的转移，相当于状态不转移的情况。 图 2 电灯延时开关状态图 表 2-1 状态表 输入信号现态次态输出 k td10 Q Q n+1 t10 deng 0 A0 A1 0 0 1 1

5、A1A01 1 0 0 A1A2 1 1 0 A2A00 1 A3 A00 0 5 图 3 次态卡诺图图 4 次态卡诺图 采用 BCD 编码将图 3 可写为图 4。 将编码次态卡诺图分解为图5 所示的 Q1和 Q0的卡诺图。 将 Q1和 Q0的卡诺图如图五化简可得到各个触发器的次态方程： Q 1 n+1= 错误！未找到引用源。 1 Q0错误！未找到引用源。 + Q1 Q0k Q1 n+1= 错误！未找到引用源。 1错误！未找到引用源。 + Q1 Q0k + Q0k 错误！未找到引用源。 图 5 触发器 Q1和 Q0的次态卡诺图 由于该电路是摩尔时序电路， 输出只与现在状态有关， 因此根据状态表

6、可以 直接写出输出方程： t10 在 A1时态时为 1，所以 t10=错误！未找到引用源。1 Q0 ；deng 在 A1和 A2状态时为 1， 所以 deng=错误！未找到引用源。 1 Q0 + Q1 Q0= Q0 。 根据上面得出的输出方程和各个触发器的次态方程即可以的到状态机的电 路图，即可完成状态机的设计。 4、10S定时器： 6 定时器有两种状态回路。第一种是在按钮按下一次后，定时器开始倒计时， 经 10s 后，定时器熄灭。第二种是按钮按下两次（包括前一次）后，定时器失去 作用。 选择单时钟十进制加减计数器74LS190 ，即可实现 10s 定时器的设计 ; 在状 态端接上共阳四位数码

7、管，可更直观的观察。 所以定时器选择 74LS190和共阳四位数码管即可实现。 5、脉冲产生模块 :1kHZ 脉冲， 10HZ脉冲 6、数码显示管： 所谓的八段就是指数码管里有八个小LED发光二极管， 通过控制不同的LED 的亮灭来显示出不同的字形。 数码管又分为共阴极和共阳极两种类型，其实共阴 极就是将八个 LED的阴极连在一起， 让其接地，这样给任何一个LED的另一端高 电平，它便能点亮。而共阳极就是将八个LED的阳极连在一起。其原理图如下。 其中引脚图的两个 COM 端连在一起， 是公共端， 共阴数码管要将其接地， 共阳 数码管将其接正 5 伏电源。一个八段数码管称为一位， 多个数码管并

8、列在一起可 构成多位数码管，它们的段选线（即a,b,c,d,e,f,g,dp）连在一起，而各自的 公共端称为位选线。显示时，都从段选线送入字符编码，而选中哪个位选线，那 7 个数码管便会被点亮。数码管的8 段，对应一个字节的8 位，a 对应最低位， dp 对应最高位。所以如果想让数码管显示数字0，那么共阴数码管的字符编码为 00111111，即 0x3f ；共阳数码管的字符编码为11000000，即 0xc0。可以看出两 个编码的各位正好相反。如下图。 三、 选择器件 该课程设计需要以下器材: 4 个 74LS74D 、4 个 74LS04D 、3 个 74LS11D 、2 个 74LS08D

9、 、1 个 74LS21D 、 1 个 74LS190D 、1 个数码管、1 个 OR3 、1 个 OR2 、1 个 74LS03D 、1 个 20电阻、 1 个开关、 1 个 2.5V 绿灯等。 器件介绍如下 1、可预置数同步可逆 (加减) 十进制计数器 74LS190 74LS190 的引脚图 74LS190的逻辑符号 图 6 74LS190 的引脚图图 7 74LS190 的逻辑符号 8 引出端符号： LOAD 异步置数 D/U 加减控制端 CTEN 计数控制端 RCO 和 MAX/MIN 级联输出端 74LS190的功能表 表 3-1 74LS190的内部电路图 图 8 74LS190

10、 的内部电路图 2、具有异步置位和复位端的边沿触发双D触发器 74LS74 9 图 9 74LS74 的管脚图图 10 74LS74 的逻辑符号 引出端符号： 表 3-2 触发器输入端 D称为同步输入信号，因为它们是在CLK的有效时钟沿才能 10 起作用，传输到输出。除此之外，触发器还有异步输入端，异步输入端直接影响 触发器输出而与 CLK脉冲没有关系， 通常异步输入端是置位端和复位端，在有效 电平时，使触发器异步置位或是复位。 74LS74 触发器的特性表 表 3-3 图 11 74LS74 内部电路图 3、四 2 输入与非门 74LS03D 74LS03D 的逻辑图 74LS03D的功能表

11、 表 3-4 11 图 12 74LS03D的逻辑图 4、非门 74LS04D 74LS04真值表 74LS04功能表 表 3-5 表 3-6 输入输出 A Y L H H L 74LS04D管脚图 74LS04引脚功能 12 图 13 74LS04D管脚图图 14 74LS04 引脚功能 5、三输入与门 74LS11 74LS11逻辑符号 图 15 74LS11 逻辑符号图 16 74LS11 逻辑图 其中 A 、B、 C 为输入端， Y为输出端。 表 3-7 74LS11 功能表 7、俩个脉冲： 1kHZ脉冲和 10HZ脉冲 四、功能模块 此设计包括四大模块 , 分别为 : 微分电路、状态

12、机、 10S定时器。 以下对各大模块进行说明: 1、微分电路 仿真图如图 17： 13 图 17 微分电路仿真图 微分电路图为图 17, 因为状态机时钟周期很短， 而按钮按下的时间相对于状 态机时钟周期很长， 按下按钮期间， 有多个有效状态机时钟沿触发状态机，如果 按钮满足状态机的转移条件， 则会发生多状态转移现象。 例如按钮按下时， 持续 时间是 300ms ，若状态机时钟是1ms ，则在按钮按下期间状态机的状态会发生多 次 A0-A1-A2-A0 的转移。因此该状态机的按钮信号K，经过微分电路再输入状态 机，使其低电平持续时间小于状态机的时钟周期，保证按钮按下一次， 状态机只 转移一个状态

13、。 2、状态机 仿真图如图 18： 14 图 18 状态机仿真图 刚开始开关打开， t10=0，deng=0。 ；开关按下一次时， t10 由 0 变为 1，deng 由 0 变为 1，此时 t10=1，deng=1。 开关按下两次时（包括前一次） ，t10 由 1 变为 0，灯仍然为 1，此时 t10=0， deng=1。 开关按下三次时， t10 仍为 0，灯由 1 变为 0，此时 t10=0，deng=0。 3、10S定时器 仿真图如图 20： 15 图 19 10S 定时器仿真图 用十进制计数器 74LS190减法计数即可实现10S定时器，此模块用来实现设计要 求中灯 10S后熄灭，将

14、状态端QA QB QC Q D分别接到数码管的1、2、3、4 管脚进 行观察，观察其 10S计数，验证该设计的正确，如图21 硬件测试图 五、总体设计电路图 总体设计电路图如图20。 总体电路图说明： 将四大模块电路连接到一起， 构成总体电路， 在 Multism 仿真电路里进行仿 真，观察其结果，符合设计要求。各要求仿真图如下： 1、按钮按下 1 次，灯亮，同时 10S定时器开始工作，电灯亮10S钟以后灭。仿 真图如图 21。 2、按钮按下 2 次（包括前一次），10S定时器不工作，电灯长亮不灭，仿真图如 图 22。 3、按钮按下 3 次后，电灯灭，仿真图如图23。 16 图 20 总体设计

15、电路图 17 图 21 按钮按下 1 次倒计时到 6 18 图 22 按钮按下 2 次灯长亮计时器不工作 19 图 23 按钮按下 3 次灯灭 20 六、硬件调试结果 图 24 状态 1 t10=1，deng=1 图 25 状态 2 t10=0，deng=1 图 26 状态 3 t10=0 ，deng=0 21 图 27 十进制减法计时器计数到6 秒 七、课程设计心得 通过本次课程设计我感触很深， 这是我做的第一次课程设计， 从开始到结束 是在匆匆忙忙的生活中度过的，在这两个星期的日子里， 可以说是苦多于甜， 但 是可以学到很多很多的东西， 同时不仅可以巩固以前所学过的知识，而且学到了 很多在

16、书本上所没有学到过的知识。通过这次设计， 进一步加深了对数字电子以 及各种器件的了解， 让我对它有了更加浓厚的兴趣。 在设计电路过程中我遇到很 多问题，所以慢慢的平时很少讨论问题的我跟同学对设计的交流成了家常便饭， 在整个过程中付出了很多的努力， 但当看到显示屏上自己设计的电路仿真结果实 现时，我觉得任何困难都值得，一种成就感油然而生。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识 是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论， 才能真正为社会服务， 从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计 22 的过程中难免会遇到各种各样的问题，同时在

17、设计的过程中发现了自己的不足之 处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 本次课程设计为我们提供了一个可以在知识的天空里自由翱翔的空间；提供 了一个可以在知识的海洋里扬帆远行的空间它为我们的学习生活增添了一道亮 丽的风景线， 为我们的理想之塔增砖添瓦，为我们的知识小帆鼓风助力。我们必 将坐着智慧小船乘千里风破万里浪，开拓进取， 勇往直前， 朝着我们的理想彼岸 前进。 总的来说，这次设计的电灯控制开关还是比较成功的，在设计中遇到了很多 问题，最后在康老师的辛勤的指导下迎刃而解，终于觉得平时所学的知识有了实 用的价值， 达到了理论与实际相结合的目的，不仅学到了不少知识， 而且锻炼了 自己的能力， 使自己对以后的路有了更加清楚的认识，同时，对未来有了更多的 信心。 在这次设计中有同学老师对我给予了很大的帮助，最后我向他们表示衷心的 说一声 : 谢谢！