电灯控制开关课程设计

1、 电子课程设计 电灯控制开关 学院：电子信息工程学院 专业、班级：通信141501 姓名：陈雪峰 学号：201415030103 指导教师：康琳 2016年12月23电灯控制开关目录一、设计任务与要求3二、总体框图3 1、总体框图3 2、微分电路3 3、状态机4 4、10秒定时器6三、选择器件7 1、可预置数同步可逆(加减)十进制计数器74LS1908 2、具有异步置位和复位端的边沿触发双D触发器74LS749 3、四2输入与非门74LS03D11 4、非门74LS04D 12 5、三输入与门74LS11 124、 功能模块13 1、微分电路13 2、状态机14 3、10秒定时器15五、总体设

2、计电路图15六、硬件调试结果20七、课程设计心得21电灯控制开关一、 设计任务与要求一个电灯控制开关，该开关有一个按钮，当按钮按下1次，则电灯亮10秒钟后灭；当按钮按下2次（包括前一次），则电灯常亮不灭；当再按一次，则电灯灭。二、 总体框图1、总体框图由题意可以得到该开关的设计原理框图如图1所示，图中k是低电平有效的按钮信号，kd是按钮信号k的下降沿微分信号，td10是10秒定时器定时时间到信号（高电平有效），deng是电灯控制信号（高电平有效），t10是10秒定时器启动信号（高电平有效）。 图1 总体框图2、微分电路该状态机的按钮信号K，经过微分电路再输入状态机，使其低电平持续时间小于状态机

3、的时钟周期，保证按钮按下一次，状态机只转移一个状态。因此为了使系统的稳定性增高，可以用两个D触发器组成微分电路对k信号进行微分。 所以需要在K输入状态机前设计微分电路。3、状态机根据电灯控制的要求，可以得到该电灯控制开关的状态图如图2所示：根据题意可得电灯控制只需要3个工作状态，可使用两个D触发器，两个触发器有Q0、0、Q1、1四个状态，多余一个状态，为了在上电时，状态机能够有效地进入工作状态实现自启动，在状态图上画出了多余的状态A3,在任何输入条件下，都可以从该状态自动进入初始状态A0。由图2状态图可的表2-1的状态表。在表中将状态转移条件中不出现的输入信号用任意值表示。状态表又可转换成图3

4、所示的次态卡诺图。构造次态卡诺图时，需要首先根据状态表填写次态卡诺图，然后将剩余空格填写现态到现态的转移，相当于状态不转移的情况。 图2 电灯延时开关状态图 表2-1 状态表 输入信号现态次态输出ktd10QQn+1t10deng0A0A10011A1A01100A1A2110×A2A001××A3A000 图3次态卡诺图 图4次态卡诺图 采用BCD编码将图3可写为图4。将编码次态卡诺图分解为图5所示的Q1和Q0的卡诺图。将Q1和Q0的卡诺图如图五化简可得到各个触发器的次态方程： Q1n+1= 1 Q0 + Q1 Q0k Q1n+1= 1 + Q1 Q0k + Q

5、0k 图5触发器Q1和Q0的次态卡诺图由于该电路是摩尔时序电路，输出只与现在状态有关，因此根据状态表可以直接写出输出方程：t10在A1时态时为1，所以t10=1 Q0 ；deng在A1和A2状态时为1，所以deng=1 Q0 + Q1 Q0= Q0 。根据上面得出的输出方程和各个触发器的次态方程即可以的到状态机的电路图，即可完成状态机的设计。4、10S定时器：定时器有两种状态回路。第一种是在按钮按下一次后，定时器开始倒计时，经10s后，定时器熄灭。第二种是按钮按下两次（包括前一次）后，定时器失去作用。选择单时钟十进制加减计数器74LS190，即可实现10s定时器的设计;在状态端接上共阳四位数码

6、管，可更直观的观察。所以定时器选择74LS190和共阳四位数码管即可实现。 5、脉冲产生模块:1kHZ脉冲，10HZ脉冲6、数码显示管： 所谓的八段就是指数码管里有八个小LED发光二极管，通过控制不同的LED的亮灭来显示出不同的字形。数码管又分为共阴极和共阳极两种类型，其实共阴极就是将八个LED的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个LED的另一端高电平，它便能点亮。而共阳极就是将八个LED的阳极连在一起。其原理图如下。  其中引脚图的两个COM端连在一起，是公共端，共阴数码管要将其接地，共阳数码管将其接正5伏电源。一个八段数码管称为一位，多个数码管并列在一起可构成多位数码

7、管，它们的段选线（即a,b,c,d,e,f,g,dp）连在一起，而各自的公共端称为位选线。显示时，都从段选线送入字符编码，而选中哪个位选线，那个数码管便会被点亮。数码管的8段，对应一个字节的8位，a对应最低位，dp对应最高位。所以如果想让数码管显示数字0，那么共阴数码管的字符编码为00111111，即0x3f；共阳数码管的字符编码为11000000，即0xc0。可以看出两个编码的各位正好相反。如下图。三、 选择器件该课程设计需要以下器材:4个74LS74D、4个74LS04D 、3个74LS11D 、2个74LS08D 、1个74LS21D、1个74LS190D 、1个数码管、1个OR3、1个

8、OR2、1个74LS03D、1个20电阻、1个开关、1个2.5V绿灯等。器件介绍如下1、可预置数同步可逆(加减)十进制计数器74LS190 74LS190的引脚图 74LS190的逻辑符号 图6 74LS190的引脚图 图7 74LS190的逻辑符号引出端符号： LOAD 异步置数 D/U 加减控制端 CTEN 计数控制端RCO和MAX/MIN 级联输出端74LS190的功能表 表3-1 74LS190的内部电路图 图8 74LS190的内部电路图2、具有异步置位和复位端的边沿触发双D触发器74LS74 图9 74LS74的管脚图 图10 74LS74的逻辑符号引出端符号： 表3-2 触发器输

9、入端D称为同步输入信号，因为它们是在CLK的有效时钟沿才能起作用，传输到输出。除此之外，触发器还有异步输入端，异步输入端直接影响触发器输出而与CLK脉冲没有关系，通常异步输入端是置位端和复位端，在有效电平时，使触发器异步置位或是复位。 74LS74触发器的特性表 表3-3 图11 74LS74内部电路图3、四2输入与非门74LS03D 74LS03D的逻辑图 74LS03D的功能表 表3-4 图12 74LS03D的逻辑图4、非门74LS04D 74LS04真值表 74LS04功能表 表3-5 表3-6 输入输出AYLHHL74LS04D管脚图 74LS04引脚功能 图13 74LS04D管脚

10、图 图14 74LS04引脚功能5、三输入与门74LS11 74LS11逻辑符号 图15 74LS11逻辑符号 图16 74LS11逻辑图 其中A 、B、 C 为输入端，Y为输出端。 表3-7 74LS11功能表 7、俩个脉冲：1kHZ脉冲和10HZ脉冲四、功能模块 此设计包括四大模块,分别为: 微分电路、状态机、10S定时器。以下对各大模块进行说明:1、微分电路仿真图如图17： 图17 微分电路仿真图微分电路图为图17,因为状态机时钟周期很短，而按钮按下的时间相对于状态机时钟周期很长，按下按钮期间，有多个有效状态机时钟沿触发状态机，如果按钮满足状态机的转移条件，则会发生多状态转移现象。例如按

11、钮按下时，持续时间是300ms，若状态机时钟是1ms，则在按钮按下期间状态机的状态会发生多次A0-A1-A2-A0的转移。因此该状态机的按钮信号K，经过微分电路再输入状态机，使其低电平持续时间小于状态机的时钟周期，保证按钮按下一次，状态机只转移一个状态。2、状态机仿真图如图18：图18 状态机仿真图 刚开始开关打开，t10=0，deng=0。；开关按下一次时，t10由0变为1，deng由0变为1，此时t10=1，deng=1。开关按下两次时（包括前一次），t10由1变为0，灯仍然为1，此时t10=0，deng=1。 开关按下三次时，t10仍为0，灯由1变为0，此时t10=0，deng=0。3、

12、10S定时器仿真图如图20： 图19 10S定时器仿真图用十进制计数器74LS190减法计数即可实现10S定时器，此模块用来实现设计要求中灯10S后熄灭，将状态端QA QB QC Q D分别接到数码管的1、2、3、4管脚进行观察，观察其10S计数，验证该设计的正确，如图21硬件测试图 五、总体设计电路图总体设计电路图如图20。总体电路图说明：将四大模块电路连接到一起，构成总体电路，在Multism仿真电路里进行仿真，观察其结果，符合设计要求。各要求仿真图如下：1、按钮按下1次，灯亮，同时10S定时器开始工作，电灯亮10S钟以后灭。仿真图如图21。2、按钮按下2次（包括前一次），10S定时器不工

13、作，电灯长亮不灭，仿真图如图22。3、按钮按下3次后，电灯灭，仿真图如图23。 图20 总体设计电路图 图21 按钮按下1次倒计时到6 图22 按钮按下2次灯长亮计时器不工作 图23 按钮按下3次灯灭六、硬件调试结果 图24 状态1 t10=1，deng=1 图25 状态2 t10=0，deng=1 图26 状态3 t10=0，deng=0 图27 十进制减法计时器计数到6秒七、课程设计心得通过本次课程设计我感触很深，这是我做的第一次课程设计，从开始到结束是在匆匆忙忙的生活中度过的，在这两个星期的日子里，可以说是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固以前所学过的知识，而且学到了

14、很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次设计，进一步加深了对数字电子以及各种器件的了解，让我对它有了更加浓厚的兴趣。在设计电路过程中我遇到很多问题，所以慢慢的平时很少讨论问题的我跟同学对设计的交流成了家常便饭，在整个过程中付出了很多的努力，但当看到显示屏上自己设计的电路仿真结果实现时，我觉得任何困难都值得，一种成就感油然而生。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中难免会遇到各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。本次课程设计为我们提供了一个可以在知识的天空里自由翱翔的空间；提供了一个可以在知识的海洋里扬帆远行的空间它为我们的学习生活增添了一道亮丽的风景线，为我们的理想之塔增砖添瓦，为我们的知识小帆