彩灯循环控制电路设计—毕业设计论文.doc

课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目：5 彩灯循环控制电路初始条件：具备数字电子电路的理论知识；具备数字电路基本电路的设计能力；具备数字电路的基本调试手段；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、1位led显示；2、制作1秒时钟发生器，1秒时间变换一次，循环状态是“0123456701135792468012345678908（闪烁3次）01234567”；3、时间清零功能；4、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书；5、设计电源；6、焊接：采用实验板完成，不得使用面包板。时间安排：第十九周一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试指导教师签名： 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日摘要由于中、大规模集成电路的迅速发展，使得数字逻辑电路的设计发生了根本性的变化。在设计中更多的使用中、大规模集成电路，不仅可以减少电路组件的数目，使电路简捷，而且能提高电路的可靠性，降低成本。彩灯是一束束用导线连接起来的并联灯泡，当接通电源后，彩灯就会工作，但里面可能是由编程或非编程的电路控制灯泡的运作的，譬如实现音乐彩灯、闪烁、循环、时控等功能，数列的产生可以通过计数器和逻辑门实现，而循环则需要用到时序电路控制，如触发器等，而最后可以用逻辑门把几个输出接到同一个数码管。关键词:数列 计数器 数码管abstract because of the rapid development, large-scale integrated circuits, the design of digital logic circuit has undergone fundamental changes. in the design of more use, large scale integrated circuit, not only can reduce the number of circuit components, the circuit is simple, and can improve the reliability of the circuit, reduce costs. lantern is a bundle of parallel light bulb connected with it, when the power is turned on, the lights will work, but there may be no programming by programming and circuit control lighting operation, such as music, flashing lights, cycle, time control and other functions, the sequence generated by the counter and the logic gates to achieve circulation is needed, and timing control circuits, such as triggers, and finally can use logic door several output to the same digital tube.keywords: sequence counter digital tube目录一、方案设计1二、单元电路的设计22.1主要芯片22.1.1十进制计数器74ls16022.1.2 3线8线译码器74ls13822.1.3 led显示数码管32.2 脉冲产生电路42.3 循环控制电路52.4 显示电路62.5 音乐序列循环发生器62.6 自然序列循环发生器82.7 奇数序列循环发生器92.8 偶数序列循环发生器10三、电路仿真、焊接与调试123.1数列产生部分123.2实物部分133.3测试结果分析14四、实验总结15附件一：元件清单16附件二：参考文献17本科生课程设计成绩测定表18一、方案设计设计的总电路由脉冲控制电路、循环控制电路、序列控制电路、清零电路、显示电路五部分组成，其工作流程是通过循环电路控制序列电路中序列的循环，再由显示电路输出序列。其工作框图如图1所示：图1.1 彩灯控制电路总框图 设计思路：序列产生电路由计数器构成，不同计数器在1hz脉冲下产生不同序列。循环控制电路控制电路控制序列产生电路计数器的清零端，同一时间只有一个计数器计数，其他计数器清零。当前序列完成后，该序列返回一个信号到循环控制电路，循环控制电路使当前序列清零，下一个计数器开始计数。清零电路控制序列产生电路和循环控制电路同时清零，电路回到初始状态。显示电路主要由1位7段数码管和74ls48译码器构成，脉冲产生电路则是由ne555芯片构成的多谐振荡器。二、单元电路的设计2.1主要芯片2.1.1十进制计数器74ls160十进制计数器74ls160的管脚图（图2.1.1）和功能表（图2.1.2）图2.1.1 74ls160管脚图图2.1.2 74ls160功能表2.1.2 3线8线译码器74 ls1383线8线译码器74 ls138的管脚图（图2。1.3）和功能表（图2.1.4）如下所示：图2.1.3 74ls138管脚图图2.1.4 74ls138真值表2.1.3 led显示数码管led有共阴极和共阳极两种。如图所示。二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5v的电压。一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）ag，另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。为了保护各段led不被损坏，需外加限流电阻。下图为led数码管结构原理图： 图2.1.5 高电平驱动，共阴级 图2.1.6 低电平驱动，共阳极2.2脉冲产生电路接通电源后，电容c被充电，vc上升，当vc上升到2/3vcc时，触发器被复位，同时放电bjt t导通，此时vo为低电平，电容c通过r2和t放电，使vc下降。当vc下降到1/3vcc时，触发器又被置位，vo翻转为高电平。电容器c放电所需的时间为 tpl=0.7r2c当c发电结束时，t截止，vcc将通过r1、r2向电容器c充电，vc有1/3vcc上升到2/3vcc所需的时间为tph=0.7(r1+r2+rl)c 当vc上升到2/3vcc时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期的方波，其频率为 f=1.43/（r1+2r2+rl）*c1hz 图2.2.1 脉冲产生电路2.3循环控制电路 电路一共有6个不同序列，因此用74ls160计数器构成6进制计数器来控制序列产生电路。具体：74ls160计数器的输出接到74ls138译码器上，74ls138的输出y0，y1，y2，y3，y4，y5各通过一个反相器依次接到6个序列产生电路的清零端上。开始时第一个序列的清零端为高电平，该序列计数，计数完成后产生一个上升沿到控制电路的clk端，控制电路计一次数，从而使第一个序列清零，第二个序列清零端为高电平，开始计数，第二个序列完成后又使控制电路计一次数，进入下一个序列.因控制电路为6进制计数，第六个序列完成后，第一个序列又开始计数。图2.3.1循环控制电路clrloadcetcepaction on the rising clock edgelxxx清零hlxx置数hhlx保持hhxl保持hhhh0000hhhh0001hhhh0010hhhh0011hhhh0100hhhh0101hhhh0000 图2.3.2 循环控制电路计数器真值表2.4显示电路显示电路由74ls48译码器和1位7段共阴数码管构成。图2.4.1显示电路2.5 音乐序列循环发生器 音乐序列循环发生器需要产生“0”、“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“0”、“1”的序列，此单元电路采用十进制计数器74ls160. 音乐序列循环发生器的电路图和真值表，如下图所示。 图2.5.1音乐序列循环发生器电路图clrloadcetcepaction on the rising clock edgelxxx清零hlxx置数hhlx保持hhxl保持hhhh0000hhhh0001hhhh0010hhhh0011hhhh0100hhhh0101hhhh0111hhhh0000hhhh0001hhhh0010hhhh0011 图2.5.2音乐序列循环发生器真值表此电路当清零端、置数端、计数使能端cet、cep都接高电平，数码管的高位端接低电平时，输出端可以产生“0000”、“0001”、“0010”、“0011”、“0100”、“0101”、“0110”、“0111”、“0000”、“0001”.的循环序列，即循环显示音乐数列。2.6 自然序列循环发生器 自然序列循环发生器需要产生从0到9的数字，利用芯片74ls160十进制同步计数器，可设计出自然序列。如下图所示，自然序列循环发生器的电路图和真值表，由电路图和真值表可以看到，此电路当清零端、置数端、计数使能端cet、cep都接高电平时，输出端可以产生“0000”、“0001”、“0010”.“1001”、“0000”、“0001”.的循环序列，即产生了自然数列。图2.6.1自然序列循环发生器电路图 clrloadcetcepaction on the rising clock edgelxxx清零hlxx置数hhlx保持hhxl保持hhhh0000hhhh0001hhhh0010hhhh0011hhhh0100hhhh0101hhhh0111hhhh1000hhhh1001hhhh0000图2.6.2 自然序列循环发生器真值表2.7 奇数序列循环发生器 奇数序列循环发生器需要产生“1”、“3”、“5”、“7”、“9”的数字，此单元电路也可采用十进制计数器74ls160. 在自然序列产生电路的基础上，将数码管的低位输入接高便可得到奇数列产生电路。 如下图所示，奇数序列循环发生器的电路图和真值表。 图2.7.1 奇数序列循环发生器电路图clrloadcetcepaction on the rising clock edgelxxx清零hlxx置数hhlx保持hhxl保持hhhh0001hhhh0011hhhh0101hhhh0111hhhh1001hhhh0001 图2.7.2奇数序列循环发生器真值表此电路当清零端、置数端、计数使能端cet、cep都接高电平，数码管的低位端接高电平时，输出端可以产生“0001”、“0011”、“0101”、“0111”、“1001”、“0001”.的循环序列，即奇数列循环。2.8 偶数序列循环发生器偶数序列循环发生器的电路图和真值表，如下图所示 图2.8.1偶数序列循环发生器电路图clrloadcetcepaction on the rising clock edgelxxxresethlxxloadhhlxno changehhxlno changehhhh0000hhhh0010hhhh0100hhhh1000hhhh0000hhhh0010hhhh0100 图2.8.2偶数序列循环发生器真值表 此电路当清零端、置数端、计数使能端cet、cep都接高电平，数码管的低位端接低电平时，输出端可以产生“0000”、“0010”、“0100”、“0110”、“1000”、“0000”.的循环序列，即循环显示偶数序列。2.9 总电路图 图2.9.1总电路图三、电路仿真、焊接与调试电路仿真采用的是proteus软件进行，proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具。可以仿真51系列、avr，pic等常用的mcu及其外围电路（如lcd，ram，rom，键盘，马达，led，ad/da，部分spi器件，部分iic器件.）其实proteus与multisim比较类似，软件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相应的仿真模型，用开发板和仿真器当然是最好选择，proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机cpu的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。 3.1数列产生部分图3.1.1 数列循环产生图3.2实物部分图15 实物正面图图16 实物背面图3.3测试结果分析 经测试电路能实现“0123456701135792468012345678908（闪烁3次）01234567”序列的循环，而且数字之间的显示时间间隔而且数字显示时间间隔基本为1秒，而且清零端也可以再序列循环的任意时间清零重新开始循环。 四、实验总结通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关数组电子技术方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。通过对彩灯循环控制电路的设计，我还深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体