带数字显示的八档音量控制器.doc

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1、河南城建学院河南城建学院河南城建学院 数字逻辑电路课程设计报告数字逻辑电路课程设计报告 带数字显示的八档音量控制器带数字显示的八档音量控制器 姓 名： 武胜敏 学 号： 061408107 专业班级：计算机科学与技术 0614081 班 指导老师： 樊晓红 梁成武 所在院系：计算机科学与工程系 20010 年 9 月 2 日 成绩评定 一、指导教师评语一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合 评定） 。 课程设计成绩评定 成绩等级：成绩等级： 指导教师签字：指导教师签字： 年 月 日 摘要摘要 随着集成电路技术的迅速发展和计算机深入到各个领域，电子电路的计算 机辅助设计

2、与分析技术 EDA 已成为电子电路系统分析和设计的有力工具，并发 展成为电子学领域的重要分支。 本设计是在前导验证性认知实验的基础上，进行更高层次的命题设计实验 带有数字显示的八档音量控制器，在教师指导下独立查阅资料、设计、安 装和调试特定功能的电子电路。以此培养利用模拟、数字电路知识，解决电子 线路中常见实际问题的能力，积累实际电子制作经验，目的在于巩固基础、注 重设计、培养技能、追求创新、走向实用。 1. 设计要求：带数字显示的八档音量控制器 1)用两个按键控制音量，一个用于增加音量，一个用于减小音量； 2)音量控制分为 8 档，每按键一下，增加或减小一档； 3)当音量增加（减小）到最大（

3、最小）时，继续按音量增减开关无效，即 音量被保持，不在继续增（减） ； 4)开机时自动恢复音量到最小状态； 5)用数码管显示音量的大小值，并随着音量的变化即时改变。 2. 设计方法： 使用 555 定时器接成多谐振荡器，它的输出作为脉冲源，向两个 4 位双向 通用移位寄存器 74LS194 芯片提供移位脉冲。通过触摸控制电路来改变移 位寄存器的左移和右移，移位寄存器左、右的移动则控制发光二极管的亮 度，光的亮度影响光敏电阻，最后达到控制音量大小的效果，音量的大小 即档数在通过编码器由显示译码器上显示出来。 3. 取得成果： 通过查阅资料、电路设计、软件仿真，实现了带数字显示的八档音量 控制器的

4、电路设计与测试，所设计的电路能够满足音量控制的基本要求， 但是由于所学知识有限在部分地方与设计要求有一定出入，在仿真过程中 有些功能不能实现。 目目 录录 一、概述一、概述.3 1.1 设计目的 .3 1.2 设计要求 .3 1.3 设计方法.3 二、二、系统总体方案系统总体方案.4 2.1 设计思想 .4 2.2、模块介绍 .4 三、硬件设计三、硬件设计.5 3.1 脉冲源电路图.5 3.2 双向移位寄存电路 .5 3.3 编码电路 .6 3.4 译码显示电路 .7 3.5 音量控制电路 .7 四、课程设计心得体会四、课程设计心得体会.9 4.1 设计中遇到的问题及解决方法 .9 4.2 心

5、得体会.9 参考文献参考文献.10 附附 系统原理图系统原理图.11 一一、概述、概述 1.1 设计目的 本课程设计是在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实 验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子 电路。培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能 力，使学生积累实际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、 追求创新、走向实用。 1.2 设计要求 设计一个带数字显示的 8 档音量控制器，要求实现以下功能： (1)用两个按键控制音量，一个用于增加音量，一个用于减小音量； (2)音量控制分为 8 档，每按键一下，增加或减小一

6、档； (3)当音量增加（减小）到最大（最小）时，继续按音量增减开关无效，即 音量被保持，不在继续增（减） ； (4)开机时自动恢复音量到最小状态； (5)用数码管显示音量的大小值，并随着音量的变化即时改变。 1.3 设计方法 使用一个 555 定时器和几个电阻、电容接成多谐振荡器，以它输出方波脉 冲作为脉冲源，向两个 4 位双向通用移位寄存器 74LS194 芯片提供移位脉冲。 触摸控制电路通过控制 S1 和 S0 控制移位寄存器的左、右移输入，而移位寄存 器左、右的移动则控制了电路中发光二极管的亮度，光的亮度影响到音控电路 部分的光敏电阻的大小，最后达到控制音量大小的效果。两个 74LS19

7、4 芯片的 8 个输出端接一个 8 线-3 线优先编码器 74HC148 芯片，74HC148 芯片的输出端 分别接 BCD 码七段译码驱动器的输入端，通过 BCD 码显示译码器显示音量的大 小档位。 二二、系统总体方案系统总体方案 2.1 设计思想 具有显示控制的 8 档音量控制器，设计要求的功能包括：开机显示最低值， 音量增加（减少）到最大值（最小值）时停止增（减） ，这主要通过移位寄存器 实现。 显示音量的大小，需要编码器和显示器；控制音量的大小主要光的亮度影 响到音控电路部分的光敏电阻的大小，最后达到控制音量大小的效果。 查找 74 系列的各种芯片，找出适合芯片的逻辑功能和管脚排布，在

8、纸上画 出电路草图，逐个模块进行理论验证。 2.2、模块介绍 电路共分五大模块，每个模块完成独立的功能，总体功能框架如下图 （1）所示： 图（1） 功能框架图 双向移位寄存器使用了两个 74LS194。触摸电路模块主要使用了两个 2N5685 和两个 2N1132 三极管以及两个 10 千欧的电阻和两个电容。编码电路用 到 74LS147 优先编码器。阻抗变换电路用到了 13 个电阻、9 个发光二极管、8 个二极管、两个电容、一个 2N2219 三极管。 脉冲源 阻抗变换电路 编码器双向移位寄存器 BCD-七段 显示器 触摸控制电路 三、硬件设计三、硬件设计 3.1 脉冲源电路图 555 定时

9、器与电阻、电容组成多谐振荡器以产生矩形方波，向双向移位寄 存器提供脉冲。555 定时器构成的多谐振荡器电路图如图 2 示。 图 2 555 定时器构成的多谐振荡器电路图 3.2 双向移位寄存电路 由两片 74LS194 芯片串联起来构成， A、B 两个按键开关分别连接两块 74LS194 芯片的 S1、S0 端，通过双向移位实现八档控制。两片 74LS194 芯片的 八个输出端接 74HC148 编码器。电路图如图 3 示。 图 3 由两片 74LS194 芯片串联起来构成的双向移位寄存电路图 图 4 74LS194 管脚图 3.3 编码电路 两片 74LS194 芯片的八个输出端连接 74H

10、C147 芯片的输入端，74HC147 芯 片的输入端有效信号为低电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别 高的输入端无低电平输入时，输出端才输出相对应的输入端的代码。故输入端 16 要与紧跟其后的编码信号构成与门。编码电路如图 4 示 图 5 74HC148 的管脚图 图 6 编码电路 3.4 译码显示电路 经编码产生的二进制数由 BCD 七段显示译码器显示输出音量大小。译码显 示电路如图 5 示. 图 7 译码显示电路 3.5 音量控制电路 音量控制电路由两个 74LS194 芯片的 8 个输出端所连的发光二极管与光敏 电阻构成，开机后按下按键 B 实现两个芯片的串行右移，使 LED

11、2LED9 依次点 亮，同时，LED1 随电流呈阶梯增长而亮度加大，相应光敏电阻的阻值减小，从 而使音量逐渐增大。同理按键 A 实现音量减小的控制功能。音量控制电路如图 6 示。 图 6 音量控制电路图 四、课程设计心得体会四、课程设计心得体会 4.1 设计中遇到的问题及解决方法 问题 1：实现音量控制大小选用芯片的种类较多。 解决方法：通过上网查资料及咨询老师，放弃了计数器而选择了移位寄存 器作为计数器以实现对电路音量的增加和减少 问题 2：电路设计比较复杂 解决方法：看似简单的题目其实用到了许多芯片，通过查阅资料尽量减少 了芯片的个数但功能不会减少 4.2 心得体会 通过一周的课程设计，使

12、我对数字逻辑电路这门课又有了新的认识和收获。 在选择课程设计的题目时候，我没选择和其他同学一组，因为按照以往的课程 设计两个人一组总是推脱责任效率特低，经过认真考虑我决定自己一组。经过 认真选题我选择了具有显示的 8 档音量控制器。也许经过一个暑假没看课本， 刚开始做这个题目时不知道从那下手，周一看了一些参考资料和课本后有了基 本思路。周二才真正的把大体框架给画出来，但是经过老师的指导，发现有很 多漏洞，因此我不得不放弃这个方案，经过老师的提醒再次查阅资料，得到了 现在的电路图。我自以为设计的很好很巧妙，但是在仿真软件上具体实现的时 候却出了大麻烦。原来我把数字信号和脉冲信号搞混淆了，以为他们

13、也能进行 与或非运算，结果当然是设计不行，必须重新来设计。经过又一番努力，总算 完成了设计，但由于仿真软件上找不到触摸开关，所以没有进行仿真测试，设 计的电路理论上是可以实现音量大小控制的，但是具体到实践上必然有大大小 小的问题。 这让我深深地体会到了实践与理论相结合的重要性，过去学了数字逻辑电 路的知识之后就放在一边了，等到用的时候才发现自己学的很浅，使用仿真软 件一段时间以后，对以前所学的知识进行了复习和巩固，这对以后的学习是大 有裨益的。 在本次课程设计中，我的一个最大失误就是电路设计这方面，一方面是网 上可供查阅的资料很少，我得自己探索着做，另一方面就是对基础知识掌握的 不牢，很多基本

14、的东西都不记得了，导致出现重大的设计失误，所幸我对这个 设计还算比较熟悉，最后能够及时弥补设计失误带来的时间和人力物力上的浪 费。所以说以后需要认真学习，踏实实践，及时复习，才能将一门课学好。 通过这次设计我感受到： 1.学习是没有止境的。在做这个课程设计之前，我一直以为自己的数电水 平还可以。但是在完成这个设计的时候，我总是被一些小的，细的问题挡住前 进的步伐，让我总是为了解决一个小问题而花费很长的时间。最后还要查阅其 他的书籍才能找出解决的办法。并且我在做设计的过程中发现有很多东西，我 都还不知道。其实设计的时候，基础是一个不可缺少的知识，但是往往一些核 心的高层 次的东西更是不可缺少。

15、2.多和老师讨论。在做课程设计的工程中要不停的讨论问题，这样，我可 以尽可能的纠正自己思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这 样也是为了把自己错误想法及时打消。讨论不仅是一些思想的问题，他还可以 深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的人处理问题要快一些。 3.多改变自己设计的方法。在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题 的方法，这样可以方便自己解决问题。 参考文献参考文献 1 唐敏.数字式音量控制电路.重庆师范学院学报(自然科学版)，1997，14(1) 2 阎石主编.数字电子技术基础，北京，高等教育出版社，2007 年 3 杨兆选、丁润涛.555 定时器原理及实用电路集锦.天津，天津大学出版社，1989.1 30 4 谢实、朱荣.电子技术基础实验与实训.北京，科技出版社，2009 年 3 月 附附 系统原理图系统原理图 系统原理图如图 7 示 图 7 系统原理图