音量控制器_.doc

课 程 设 计（说明书）8档音量控制器的设计班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 数字逻辑课程设计 课程设计题目 8档音量控制器的设计 课程设计的内容及要求：一、设计说明设计一个8档音量控制器。二、技术指标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，不再继续增（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，并随着音量的变化及时改变。三、设计要求1. 在选择器件时，应考虑成本。2. 根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数。3. 画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。四、实验要求1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。2进行实验数据处理和分析。五、推荐参考资料1沙占友、李学芝著 . 中外数字万用表电路原理与维修技术 M .北京：人民邮电出版社，1993年2童诗白、华成英主编者 . 模拟电子技术基础 M .北京：高等教育出版社，2006年3戴伏生主编 . 基础电子电路设计与实践 M .北京：国防工业出版社，2002年4谭博学主编 . 集成电路原理与应用M.北京：电子工业出版社，2003年六、按照要求撰写课程设计报告成绩评定表：序号评定项目评分成绩1设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）2设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15分）3态度认真，遵守纪律（15分）4设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）5答辩（30分）总分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 2014 年 7 月 10 日 一、概述 1、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。 2、设计要求 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；2、 方案论证 设计的总体原理框体如图1所示：矩形波发生器音量控制开关显示电路复位控制开关加减计数器 译码器数模转换电路 图1 总体原理框图 设计的音量调节器有三个按键开关：按“加音量”键能对输出音量进行增大，按“减音量”可以对输出音量进行减小，“复位键”音量调节器音量复位，变成最小音量。加减音量按键给“音量调节开关”有次序的脉冲高电位，根据加减按键所给的脉冲信号，“计数器”将输入信号翻译成二进制代码同时送给“译码器”和“音量数字显示电路”。“译码器”将送来的二进制代码经过编译送给“送给数模转换电路”，由“数模转换电路”将数字信号转化成模拟信号，然后输出。同时，“显示电路”将从“计数器”处送来的二进制代码在数码管上显示出与输入信号相对应的挡位。从而实现了题目所要求的功能。本实验包括由555定时器电路构成的多谐振荡器、加减计数器、音量控制开关、用于恢复音量的复位开关，音量大小显示的数码管，对数字信号进行模拟量转换的模拟开关。下面对原理框图的各个部分别给予说明： 1、矩形波发生器：产生矩形波用于触发后续电路。2、加减计数器：矩形波通过音量控制开关加到计数器，存储当前音量状态信息。3、控制开关：1)音量控制开关：控制对加减计数器触发信号的输入。2)复位控制开关：控制加减计数器的复位。4、数模转换电路：不同的音频信号通路。5、显示电路：显示当前音量控制器的工作状态。3、 电路设计1、矩形波发生器由555定时器电路组成的多谐振荡器-矩形波发生器，结构如图2所示： 图2 矩形波发生器 由555定时器电路组成的多谐振荡器。其中R1、R2、C1、C2是外接元件。电源Vcc经电阻R1、R2对电容C2进1行充电，VC开始上升，直至2/3Vcc时，比较器1的输出为0，将触发器复位成0，即out端为0。由于这时晶体管T导通，故电容C1通过R2和T放电，于是Vc开始下降。直至到 1/3Vcc时，比较器2的输出为0，将触发器置1，即out端由0再次上跳为1。晶体管T截止，此后Vcc又经R1和R2对电容C1充电，重复上述过程。可见，无论输出端out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矩形波信号。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，从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0.2s，占空比设定为2/3。电路的振荡周期为：T=T1+T2=（R1+2R2）C1ln2=0.2s占空比为：q=T1/T=(R1+R2)/(R1+2R2)=2/3可以求得：R1=R2=9.5k,C1=10uf2、74LS192加减计数器 计数器74LS192，结构如图3所示： 图3 74LS192加减计数器 按照设计要求音量控制分为八档，74LS192计数器在进行加减工作时，CLR始终处于低电平，而LOAD始终处于高电平状态，计数器计数范围是00000111八个档,加减信号作用时它在范围内计数。当计数器工作是，若要执行加计数，则UP端接入矩形波信号，而DOWN端一直接高电平，若执行减数计数时，UP端一直为高电平，而DOWN端接入矩形波信号。3、 控制开关 控制开关电路如图4所示： 图4 控制开关 图4中J3为控制音量加大的开关，J1为控制音量减小的开关，J2为复位开关。 1）音量控制开关：按照设计要求，分别用一加大和减小的开端实现。因为74LS192计数时，要实现加计数即“音量加大”功能，UP端应接脉冲信号，而DOWN端应接高电平，相同实现减计数即“音量减小”功能，UP端应接高电平，而DOWN端应接脉冲信号，不工作时UP端和DOWN端都应接高电平。因此采用双输入输出的按键式开关计数时将UP端和DWON端接到高电平，工作时按相应的开关给对应端一个脉冲。因为设计要求，当音量到达最大（或最小）时不能在进行音量的加大（或减小）。因为计数器范围是00000111八个档，所以最大档（或最小档）为0111(或0000)，分析设计要求，不难得出解决方案：可以将三个输出端相与非，再将输出结果与脉冲信号相与非，最后将输出接到控制音量加大的开关的脉冲信号端，这样就可以实现当达到最大档0111时，加大音量的开关脉冲信号端一直为高电平，就不能实现“音量加大”即加计数功能。同理，只需将与非门换成或非门，再在第二个或非门输出端接一个非门然后再接到控制音量减小的开关的脉冲信号端即可。 2）复位控制开关：按照设计要求，开机时恢复成最小音量。利用置零法可以实现该功能，开机时给CLR端一个高电平，将计数器初始状态变成0000即最小音量，之后给CLR低电平，计时器开始实行计数功能。依然利用按键式开关，开关输入端一个接低电平，一个接高电平，输出全接到CLR端，开关初始时接到低电平，开机时按一下开关，给出一个高电平，之后马上变成低电平，以便计数器正常工作。4、 数模转换电路 电路如图5所示： 图5 数模转换电路由于74LS138输出为低电平有效，所以在输出端接上非门，转换成高电平，因为要实现音量大小的不同，因此在非门后面分别接个二极管利用二极管的单项导通特性，只有被选中的输出端才导通，其余的断开，二极管后接入各接一个不同阻值的电阻R3R10，将R3R10电阻的另一端接在一起再与电阻R11相连，这样无论哪端输出为高电平都是R3R10中一个电阻与R11串联分压，取R11两端电压作为输出电压，与R11分压的电阻阻值越大，R11上的电压越小这样就可以实现不同音量档大小的数模转换。5、 显示电路 电路如图6所示： 图6 显示电路 显示电路直接用74LS192驱动数码管，实现数码管同步显示音量的大小值，并随着音量的变化及时改变。 4、 性能测试1、 矩形波发生器电路测试，波形图如图7所示： 图7 矩形波发生器波形图 测试时将电阻阻值调小100倍，以更方便观察波形。2、 显示电路与数模转换电路测试,如图8图15： 图8 最0档音量 图9 第一档音量 图10第二档音量 图11 第三档音量 图12第四档音量 图13第五档音量 图14第六当音量 图15第七档音量5、 结论 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。 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。 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的。而这对于学生学习课程的实际意义又是最重要的。所以我觉得虽然课程设计有点累，但是累得有所值，非常感谢曹老师对我们的悉心指导。 参考文献1 阎石主编. 数字电子技术. M北京：高等教育出版社，2006年2 陈振官等编著. 新颖高效声光报警器. M北京：国防工业出版社，2005年3 沙占友等编著. 中外数字万用表电路原理与维修技术.M北京：人民邮电出版社，1993年4 童诗白等编著. 模拟电子技术基础.M北京：高等教育出版社，2006年5 戴伏生主编著. 基础电子电路设计与实践.M北京：国防工业出版社，2002年6 谭博学主编著. 集成电路原理与应用.M北京：电子工业出版社，2003年7 杨兆选等编著. 555定时器原理及实用电路集锦.M天津：天津大学出版社，1989年8谢实等编著. 电子技术基础实验与实训.M北京：科技出版社，2009年附录I 总电路图附录II