带有数字显示的8档音量控制器1.doc

电子技术课程设计课题：带数码管显示的八档音量控制系 别： 电气与电子工程系专 业： 电气工程及其自动化姓 名： 学 号： 河南城建学院2012年06月21日成绩评定一、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）。二、评分 评 项目分设计报告评分答辩评分平时表现评分合 计 （100分）任务完成情 况（20分）课程设计报告质量（40分）表达情况（10分）回答问题情 况（10分）工作态度与纪律（10分）独立工作能力（10分）得分课程设计成绩评定班级 姓名 学号 成绩： 分（折合等级 ）指导教师签字 年 月 日10一、设计目的1、学习数字电路中的优先编码器、加减计数器、多谐振荡器、译码器、数据显示管、控制开关的综合应用。2、熟悉8档音量控制器的工作原理3、了解数字系统设计，调试及故障排除方法。二、设计要求设计一个带有数字显示的8档音量控制器，要求有以下基本功能：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；6、可在以上的基础上，自行增加其他附加功能。三、总体设计使用一个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，向可逆加减计数器74LS193芯片提供脉冲信号。通过开关量的控制和脉冲的结合的逻辑控制来控制加，减计数，通过控制电阻大小最后达到控制音量大小的效果。74LS193芯片的4个输出端分别接7448BCD码七段译码驱动器的输入端，和74LS138八选一数据选择器，通过数据选择器来控制接入电阻的个数，从而实现控制音量大小，同时通过BCD码显示译码器显示当前音量的大小档位。时钟信号发生器控制开关加减计数器复位控制电路显示译码器模拟开关译码器图1 音量控制器的总体参考方案流程图它包括由555电路构成的振荡器、加减计数器、音量控制的模拟开关、用于恢复音量的复位电路以及音量大小显示的数码管、由传输门及开关组成的控制信号输入的控制开关。音量控制器是用来对音频信号作处理的，其主要功能就是控制音量的大小。从设计的要求来看，可以使用一个模拟开关，使得输入不同的音量时，音频信号输出通路对应不同的电阻，产生对总输入信号的不同的分压效果，达到改变音量大小的目的。下面对原理框图的各个部分别给予说明： 1、时钟信号发生器：产生谐波用于触发后续电路。2、控制开关：控制对计数器触发信号的输入。3、加减计数器：谐波通过控制模块加到计数器，存储当前音量大小状态信息。4、模拟开关：不同的音频信号通路。5、数字管：显示当前音量控制器的工作状态。6、译码管：通过与模拟开关的连接，实现对不同音频通路的不同译码效果。四、各部分电路设计4.1 555定时器由555定时器多谐振荡器-矩形波发生器图2 555定时器由555定时器组成的多谐振荡器。其中R1、R2、R3、C1、C2是外接元件，R3用来调节R1、R2的不对称程度。电源VCC经电阻R1、R2对电容C1进行充电，vC开始上升，直至2/3Vcc时，比较器C1的输出为0，将触发器复位成0，即vO为0。由于这时晶体管T因Q=0而导通，故电容C1通过R2和T放电，于是Vcc开始下降。直至到 1/3VCC时，比较器C2的输出为0，将触发器置1，即vO由0再次上跳为1。晶体管T因Q=1而截止，此后Vcc又经R1和R2对电容C充电，重复上述过程。可见，无论输出端vO为1还是为0，都是暂稳状态，输出电压vO是高低电平交替输出的方波信号。本设计中，音量的增大和减小的控制方式采取的是用按键控制矩形波信号的通断，从而改变计数器的状态，而达到改变模拟开关通路的目的；因此矩形波信号必须要有足够的周期长度，如果周期太短的话，调节会在很短的时间内达到最大或最小，调节程度很难控制；而周期如果太长的话，调节过程的按键保持时间又太长，影响了调节的方便性。考虑到使用者的接受程度，本设计中将矩形波周期设定为1s，占空比设定为2/3。电路的振荡周期为：T=T1+T2=（R1+2R2）C1ln2=1s占空比为：q=T1/T=(R1+R2)/(R1+2R2)=2/3输 入输 出RV1V2VoT的状态10000*2|3Vcc2|3Vcc2|3Vcc*1|3Vcc1|3Vcc1|3Vcc1|3Vcc低低不变高高导通导通不变截止截止图3 555功能端的真值表4.2 74LS193加减计数器接成的控制电路按照设计要求音量控制分为八档，分别用一加大和减小的开关来实现。电路中用开关S1和S2来分别实现调节。CMOS双向模拟开关在其控制端为高电平时信号通过，低电平时信号截止，这样就使得当音量增大到第八档或减小到最小档时不能再继续增大或减小音量。而其控制端又是通过从计数器中引出的反馈来实现。信号来自555晶体振荡器。两个增大、减小开关分成两路，分别进入两个CMOS双向模拟开关，其中上面的是音量增大开关，控制信号来自计数器的输出端QD、QC、QB。当它们都为1时即111时，第7档通过与非门使得控制端为低电平，停止信号输入即无法再继续使音量增大。同理，下面的CMOS双向模拟开关是通过一个或非门来实现相反的功能。两个CMOS双向模拟开关的输出信号分别对应进入计数器的加减CP信号输入端。74LS193计数器在进行加减工作时，MR始终处于低电平，而PL始终处于高电平状态，预置数为000，所以计数器计数范围是00000111八个档。加减CP信号作用时它在范围内计数，由于74LS193是16进制，不需要进位和错位。图4 74LS193加减计数器4.3 模拟开关由74LS138和八路模拟开关控制音量输出的电路如图所示：图5 芯片74LS138计数器的输出端Q1、Q2、Q3与芯片74LS138输入端A、B、C相连，8位的模拟开关同电阻配合组成数控式电阻衰减器，将输入的音量分为8档。通过计数器输出信号来选择模拟开关的输入地址，被选中的那一路模拟开关即输出经过衰减的音量，从而实现8个大小等级的音量输出。4.4 复位电路电路如图示，要求开机时音量自动处于最小档位，此时电路即可实现。关机时，开关S3接地，PL脚为低电平，此时CP信号不起作用。开机时，开关S3接电源，刚开始时，电容两端的电压为零，PL脚为低电平，芯片处于复位状态，此时， P0、P1、P2、P3置入数字都为零，输出Q0、Q1、Q2、Q3也都为零。从而使得开机时音量自动处于最小档位。等电容充电完后，PL脚处于高电平，芯片74LS193可以工作。图6 芯片74LS193D4.5 数码管用7448芯片可以直接驱动共阴极的半导体数码管。下图给出了用7448驱动的DPY-7-SEGBS201A半导体数码管的连接方法。引脚A、B、C与计数器的输出端Q1、Q2、Q3相连，计数器输出信号通过7448显示译码器后从Ya Yg输出，把Ya Yg与数码管的a、b、c、d、e、f、g脚相连，这样数码管就可以显示当前的音量在哪一档。图7 7448芯片直接驱动共阴极的半导体数码管五、整体电路图音量控制器的电路原理图如图所示：图8 带有数字显示的音量控制器的电路原理图六、设计总结6.1 设计过程中遇到的问题及解决方法由总电路可以看到，本次课程设计的接线十分之多，因为在接线时要十分细心，如果不小心就会接错。在实验设计实体连接的过程中，每一步都小心翼翼地做。一条线接错或者一条线在过程中不小心被动到，都有可能让整个电路没有反应，所以每一步都必须要小心，没有人希望重新连接一次，器件和线路实在是多，最好能够先把电路划分清晰，就是尽量明显的把个各块独立的电路组成部分分开得明显些，这样就算接错了也可以大概检查各块输出就知道哪里出问题，减少检查的范围和数量，更省时省力。实验时要注意74系列要接入电源，因为在实验中，我曾经忘记了接电源。使得抢答器的显示灯无法正常显示。在接线时，要看清楚管脚是16个脚还是14个脚，如果是16脚的，一定要接入电源。电源跟地一定要接对，有一次因为接错地很电源，浪费了半个钟头。6.2 设计建议仿真测试必须与实际相符，可以保证测试出来的是正确的结果，测试正确之后便可以无后顾之忧地做电路图，让设计更加顺利。不宜在此工作花费太多时间容易影响接下来做设计的情绪。6.3 设计体会通过为期一周的数字电子技术课程设计，在老师的精心指导下，使我对数字电子技术这一门课程有了更加深刻的认识和了解，更重要的是，我通过课程设计使我对数字电子技术的各个知识有了深刻的理解，并学会了应用所学的知识去解决一些实际的问题的办法以及用科学的态度去解决问题的精神。这些是我们在平时的课堂教学中没有办法学到