彩灯控制器的设计

1、彩灯控制器的设计一、 设计任务与要求1、 以半导体数码管作为控制器的显示器，它能自动地依次显示出数字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 数列和 0、1、2、3、4、5、6、7、0、1 音乐符号数列，然 后又依次显示出自然数列、奇 数列、偶数列和音乐符号数列如此周而复始，不断循环。2、 翻开电源时，控制器可自动清零，从接通电源时刻起，数码管最先显 示出自然数列的 0，再显示出 1，然后按上述规律变化。二、 方案设计与论证设计要求总的电路能够实现以此输出自然数列、 奇数数列、偶数数列和音乐 数列，而且还 要求能够实现上述顺序的循

2、环，总电路主要可以分成三个局部。第一局部就是自然、奇数、偶数和音乐四个数列电路。这里使用的只要就是 计数器，计数 器在时序电路中应用的很广泛，它不仅可以用于对脉冲进行计数， 还可用于分频，定时，产生 节拍脉冲以及其他时序信号。 运用计数器的不同的功 能和不同的接发就可以实现不同的序列输 出了。第二局部是将上述四个独立的数列电路通过或门将计数器的输出端通过一 定方式连接整合 成一个大的计数电路，即只用一片数码管就能实现上述四个数列电路的显示输出。最后还有一个局部就是循环电路。设计内容要求按照先自然序列然后到奇数 序列再到偶数 序列最后是音乐序列这样的顺序周而复始的循环。为了实现这个循制四个计数器

3、环输出的功能，可以用移位存放器或者是译码器的输出端来控制四个数列电路控的工作情况，可以让四个计数器依次工作，就可以到达要求的依次循环输出数列p I方案一、利用移位存放器来实现循环电路电路图如下这个电路图实现循环主要是依靠74LS194的移位功能来完成的。先让开关SW1拨至与电源相接，就是接入高电平，这样移位存放器有了脉冲信号之后就可以实现置数的功能，四个输出端为1000,再将开关SW拨至与地相接也就 是接入低电平，这时存放器就可以实74L5134现移位的操作了，然后通过脉冲信号的触发帀丁后四个输出端用来下，存放器的输出就可以从1000 -0100 -0010 -0001,这样依次循环了。然 控

4、制计数器的信号控制端就可以控制序列输出了循环电路的设计采用74LS194移位存放器，通过74LS194移位存放器的四个 输出端子分别控制四个计数器工作，74LS194的功能表和原理图分别如下表和图所示。输入输出清零CLR控制信号串行输入时钟CLK工作状态S1S0右移左移0XXXXX0100XXX保持1010 (1)X右移110X0 (1)左移111XX置数要让四个数列依次循环那么采用一个2线-4线译码器和一个四进制计数器。用译码器的输出依次去控制芯片清零端，在通过一个四进制计数器去控制译码器输入，使其在四个输出间不断循环，而计数器的时钟脉冲那么可通过每个芯片的进位端经过一四输入或门输出来控制。

5、这个局部主要用到的是芯片74HC390计数器 和74HC139译码管，它们的功能表如下表所示。表2 74HC390的功能表输入输出R01R02S91S92CPaCPbQdQcQbQa110XXX000011X0XX0000011XX1001011XX1001CP0二进制计数0CP五进制计数R01 Ro2=0S91 S92=0CPQa8421码十进制计数QdCP5421码十进制计数表3 74HC139的功能表输入输出GBA丫 3丫 2丫 1Yo1XX11110001110001110101010110110111*E*4U7 : ALG :k. J.U1QATiiBSJI门三 三、单元电路设计与

6、参数计算1、自然序列由于74HC160本身就是一个十进制计数的芯片，因此对于这个局部就只需按照其功能表来接电路就可以实现十进制自然序列输出了。在脉冲信号的触发下，计数器的输出端的状态依次为 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 -0111 1000 1001，然后再将计数器的输出端和数码管的输入端口相接就可以在数码管上面看到依次显示从 0到9 了。其序列显示电路图如下列图2、奇数序列将奇数 1 ,3,5,7,9 用 8421BCD码分别表示为:“ 0001 ，“ 0011 ，“ 0101 “0111 ，“ 1001 "，可以发现最后一位都为1,因此可以

7、在上述十进制自然序列的根底上将数码管的最低位接咼电平就可以实现奇数序列了。虽然在每个脉冲触发的作用下，芯片实现的仍然是十进制，但是由于数码管最低位接高电平，在数码管显示的那么是奇数列V Ir B1矍EMT 逢r3、偶数序列将偶数 0, 2, 4, 6,8用8421BCD码分别表示为 0000 ，0010 ，0100 , 0110 , 1000 ,可以发现最后一位都为0,因此可以在上述十进制自然序列的根底上将数码管的最低位接低电平就可以实现偶数序列了。虽然在 每个脉冲触发的作用下，芯片实现的仍然是十进制，但是由于数码管最低位-疋接咼电平，在数码管显示的那么是偶数列4、音乐序列音乐序列的特点是从0

8、显示到7后又再变为0,这里可以将数码管的最高位固定接低电平就可以实现了。因为74LS160的输出端只有三个与数码管相接，当74LS160 的输出为“ 1000 和“1001 时，这时由于数码管最高位 是固定接低电平的， 也就是数码管的输入端仍是“ 0000 ，“ 0001 。这样数ENPEhfT .LK LOAD码管的显示就又变成0和1四、总电路工作原理及元器件清单1 ?总原理图Q Q 01 02 032 ?电路完整工作过程描述总体工作原理电路图中四个74LS160的输出端口分别与四个与门相接，然后再将四个门电路的输出端分别与数码管的输入端相接。其中产生自然数列和音乐数列的脉冲信号的频率是产生

9、奇数序列和偶数序列的脉冲信号的频率是2倍，这是因为为了实现数字显示时间间隔相等的要求，这里利用二分频器很好地实现了这一功能当翻开电路的开关后，首先就是输出自然序列，这时是U1先工作，它的清零端接的是“ 1 “，这时就是它处在计数的操作，然后输出通过与或门相接再接至数码管的输入端，就可以依次显示从 0到9，当U1的输出要从9变到0的瞬间，它的进位端 的状态是 1 ，然后通过一个或门接至74HC390的脉冲输入端，这 时从“ 0变至“1 ，恰好有一个脉冲，就可以通过译码器使U4开始工作即开始计数，它从9变至1时，又通过进位端给74HC390一个脉冲，然后就通过译 码器又 使U8开始工作，它从0变至

10、8，当它从8变至0时，它的进位端又变至“ 1，就又可以给74HC390 一个脉冲信号，最后就通过译码器控制 U9的工作,输出音乐数列。如此周而复始的这样循环，就可以实现我们需要的功能了3 ?元件清单兀件序号型号主要参数数量备注U1U474160Q0Q1Q2Q3CLK4计数器U574LS113J K Q1触发器U67448ABCD1数码管U874LS139Y0Y1Y2Y31译码器U774LS390Q0Q1Q2Q31计数器U97404Y4非门U1AU2B4072Y5或门CLOCK1脉冲五、仿真调试与分析六、结论与心得这次的课程设计是一次难得的锻炼时机，让我们能够充分利用所学过的理论知识还有自己的想

11、象的能力，另外还让我们学习查找资料的方法， 以及自己处理 分析电路， 设计电路的能力。我相信是对我的一个很好的提高。平时在学习理论知识的时候，根本就没有想到我所学的这些东西有什么用它们可以做成什么，只是一味利用它们来解决课后的习题，没有想其他的用途。这次的课程设计让我懂得了它们在实际中的用途，还有我们身边的很多电路，例如频率计、交通灯、数字钟这些都是我们自己可以实现的，突然感觉自己学的东西很有用，我相信这样就可以激发我以后的学习兴趣，这样有利用今后更好地学习。而且还学会了它们更通过这次课程设计，我还更加深了理论知识的学习。这次的设计电路我用到了计数器还有译码器，通过自己分析和设计更好地运用了它

12、们,法设计出多的功能，发现它们的功能远比功能表里面说的多很多，可以利用不同的接各种各样不同的电路出来。另外在分析比拟设计循环电路的环节中， 我 还考虑过利用 移位存放器来设计循环， 可是发现移位存放器的脉冲不好控制。 不 过我还是学会了 移位存放器的很多功能，以及通过查阅资料也知道了它的很多种 典型的电路。最后一 个知识点就是利用 555 定时器来设计多谐振荡器，我采用 的电路就是课本里介绍的典 型电路，通过这个电路也让我了解了555 定时器的功能，还有一个就是利用 JK 触发器来实现分频的功能。这些都是我这次设计所 用到的 知识点，通过这次的设计我稳固了对这些理论性的知识的理解。最后我觉得我自己也学到了一些方法， 比方中我了一般设计时序电路的主要 步骤， 还有如何利用PROTUESMULTISIM等学习软件，方面以后的学习很仿真。而且我很赞 同学校这种利用课程设计来考验我们动手能力和动脑能力的教学 方式，这样一