模拟电路与数字电路_课程设计报告：数码管显示控制器.doc

目录一、课程设计的基本要求3二、课程设计题目3三、设计功能的概述3四、任务分配4五、项目设计实现41、总体设计框架42、所用主要元件介绍53、设计步骤6六、原理图9七、原理图总体说明9八、问题与讨论10九、收获与体会10一、课程设计的基本要求1、掌握电子电路分析和设计的基本方法。包括：根据设计任务和指标初选电路；调查研究和设计计算确定电路方案；选择元件、调试改进；分析实验结果、写出设计总结报告。2、培养一定的自学能力、独立分析问题的能力和解决问题的能力。包括：学会自己分析解决问题的方；对设计中遇到的问题，能通过独立思考、查询工具书和参考文献来寻找解决方案，掌握电路测试的一般规律；能对实验结果独立地进行分析，进而做出恰当的评价。二、课程设计题目数码管显示控制器要求：1能自动一次显示出数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列），1、3、5、7、9(奇数列)， 0、2、4、6、8（偶数列），0、1、2、3、4、5、6、7、0、1(音乐符号序列)；然后再从头循环；2打开电源自动复位，从自然数列开始显示。三、设计功能的概述 要求完成自然数列，奇数列，偶数列，音乐符号序列的循环显示，首先使用四块计数器分别完成各个序列的循环，其次将各个序列整合在总电路图上吗，用一块显示管完成四个序列的循环显示。 而主要的内容则是四个序列的整合，在整合过程中合理的应用门电路、译码管和四进制计数器，将各个序列计数器产生的进位输出通过四进制计数器重新规划调节达到控制电路触发顺序的效果，主要利用四进制计数器的四个输出端来控制十进制计数器的工作状态，使其依次工作。 电路采用555定时器来产生矩形脉冲来为电路提供基础脉冲，再通过触发器改变脉冲频率控制不同的计数器。 总电路将上述几部分通过适当的门电路整合在一起，完成课设要求。四、任务分配同组同学：孙丽婷1、熟悉Multisim界面及各部分功能，观看学习视频；2、查找课题相关资料并分析；3、得出总体思路，分块进行；4、整合四个序列。本人承担的任务说明：与同组同学一起学习了Multisim界面及各部分功能，观看了学习视频。然后和同组同学根据查阅资料讨论了课题的设计思路，由同组同学进行四个序列的连接工作，我完成整合四个序列并完成总电路的工作。五、项目设计实现1、总体设计框架显示管自然数列奇数列偶数列音乐符号序列译码器计数器时钟脉冲总体设计框架如上图所示。A、先由555定时电路构造的多谐振荡器产生时钟脉冲，时钟脉冲是总电路的控制，为计数器，译码器，各个序列提供时钟脉冲。B、由各个序列计数器的进位输出控制总计数器的，再通过2线-4线译码器完成对各个序列的清零，保证各个序列不是同时工作，而是在上个序列完成后再工作，各个序列的值通过显示管依次完成显示。C、由74HC160芯片的十进制计数器产生所需的不同数列。电路中四个74HC160芯片的输出端分别与四个与门连接，然后再将与门电路的输出端与数码管的输入端相接。具体在下面设计步骤中有具体介绍。D、 时钟脉冲在控制奇偶序列是产生了分频，保证每次显示的时间相同。2、所用主要元件介绍元件型号名称个数74HC160十进制计数器474HC390四进制计数器174HC113触发器174HC1392线-4线译码器174HC05非门44072BP与门5NE555定时器1RES电阻2DIODE二极管2PR滑动变阻器1CAP电容2注：555定时器芯片555定时器芯片3、设计步骤3.1自然数列自然数列的循环即十进制计数，而芯片74HC160D恰巧为十进制计数器，则在信号脉冲下其状态转换图为：0000-0001-0010-0011-0100-0101-0110-0111-1000-1001-00003.2奇数列奇数列为1,3,5,7,9，分析其状态转换0001-0011-0101-0111-1001，发现去最低位都为1，当取出最低位后，其状态转换图为000-001-010-011-100，为自然数列的四进制加法器。3.3偶数列偶数列为0,2,4,6,8 ，分析其状态转换为0000-0010-0100-0110-1000，发现去最低位都为0，当取出最低位后，其状态转换图为000-001-010-011-100，为自然数列的四进制加法器3.4音乐符号序列音乐符号序列为0,1,2,3,4,5,6,7,0,1， 分析其状态转换为0000-0001-0010-0011-0100-0101-0110-0111-0000-0001，发现去最高位都为0，当取出最高位后，其状态转换图为000-001-010-011-100-101-110-111-000-001，为自然系列的十进制加法器的后三位组合，则音乐序列最高位接0。3.5时钟脉冲电路数字芯片的触发需要时钟脉冲，在本设计中采用555定时电路构造的多谐振荡器产生时钟脉冲，多谐振荡器的电路结构是一种能产生矩形脉冲信号的电路，产生的脉冲信号具有比较陡的矩形脉冲信号的上升沿和下降沿。用555定时器构成的多谐振荡器从电路上来讲，也就是555定时器接成施密特触发器的结构，将2,6端口并联，在与RC构成的充放电电路的串联连接。7端接到放电端。如电路图，设R1和R4的上半部分为Ra,R2和R4的下半部分为Rb，电容C2两端电压为Vc。接通电源后，电容C2被充电，当Vc上升至2/3Vcc时，是输出电压为低电平，同时放电三极管导通，此时电容通过Rb和T放电，Vc下降。当Vc下降到1/3Vcc时，输出变为高电平，放点结束，三极管截止，Vcc通过Ra和Rb向电容C2充电，当Vc上升到2/3Vcc时，电路再次翻转，。如此循环，在电路的输出端得到一个矩波形。3.6二分频电路由于在电路中存在奇偶序列，若四个序列在相同的时钟脉冲下，那么奇偶序列在显示时间上将是自然序列和音乐序列的二倍，由此采用二分频电路，使得各个序列数在显示时时间相等。3.7控制电路 要让四个序列依次完成循环显示则采用一个2线-4线译码器。用译码器的输出依次去控制芯片的清零端，再通过一个四进制计数器去控制译码器，使其在四个输出间不断的循环，而计数器的时钟脉冲则可通过每个芯片的进位端经过一四输入或门电路来控制。六、原理图七、原理图总体说明电路设计需要实现循环依次输出自然序列，奇数序列，偶数序列，音乐序列，且数码管的显示间隔时间是可调，通过脉冲信号的频率来进行调节。 电路中四个74HC160芯片的输出端分别与四个与门连接，然后再将与门电路的输出端与数码管的输入端相接。其中产生的自然序列和音乐序列的脉冲信号时产生奇数序列和偶数序列的脉冲信号的二倍，这是为了实现数字显示时间的间隔相等这一要求，电路应用二分频电路实现这一功能。 当打开电路的开关后，首先输出自然数列，这时自然数列芯片先工作，它的清零端接的是：“1”，这时其处于计数操作然后通过与或门相接再接至数码管的输入端，就可以一次显示从0到9，当自然序列计数器的输出从9变为0的瞬间，它的进位端的状态是“1”，恰好产生一个脉冲，给74HC390芯片一个脉冲，74HC390芯片在工作的时候产生的输出为2线-4线译码器提供地址码，使得奇数序列开始工作，然后奇数序列再控制偶数序列，偶数序列控制音乐序列，若此循环，就实现了题目的要求。八、问题与讨论1、怎样控制奇数列、偶数列和自然数列（音乐符号序列）时间一样？通过脉冲信号的频率来进行调节。奇偶序列在显示时间上将是自然序列和音乐序列的二倍，所以采用二分频电路使其频率为自然序列和音乐序列的一半。2、数字芯片的触发需要时钟脉冲，怎样产生它？采用555定时电路构造的多谐振荡器产生时钟脉冲。3、怎样实现四个数列的依次循环显示？要让四个序列依次完成循环显示则采用一个2线-4线译码器。再通过2线-4线译码器完成对各个序列的清零，保证各个序列不是同时工作，再通过一个四进制计数器去控制译码器，使其在四个输出间不断的循环，各个序列的值通过显示管依次完成显示。而计数器的时钟脉冲则可通过每个芯片的进位端经过一四输入或门电路来控制。 九、收获与体会 通过本星期模拟电路与数字电路课程设计，我对Multisim软件从陌生到熟悉，运用平时学到的基本知识，完成了课设电路的仿真。第一次看到课程设计的题目时没有一