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电子技术课程设计报告报告题目彩灯控制器__所在系部电子工程系__所在专业通信工程__所在班级B07233作者姓名唐美杰作者学号20074023333指导教师姓名张增良完成时间2009年6月26日北华__工业学院电子工程系制课程设计任务书课题名称彩灯控制器完成时间
21.彩灯图案及图案变换的设计
22.状态变换产生电路的设计23.初态产生电路的设计
34.初态置入控制电路的设计
45.环形计数控制电路和速度变换产生电路的设计
0.25HzCP0去控制产生置数脉冲的74LS123和产生初态74LS161,以使置数脉冲与初态同步74LS161接成三进制计数器,计数循环为1101→1110→1111→1101,经过适当的组合逻辑变换产生三种图案的初态,即1010→1110→1111→1010,并将其送至74LS195的数据输入端,双四选一数据选择器74LS153的2Y作为74LS195的时钟__控制速度变换,1Y接74LS195的JK实现环扭控制当1Y输出Q3,2Y输出CP1且置数脉冲置入初态1010时,产生“左右摆动”的图案;当1Y输出Q32Y输出CP2且置数脉冲置入初态为1110时,产生“暗点__”的图案;当1Y输出Q32Y输出CP2且置数脉冲置入的初态为1111时,产生“逐渐亮再逐渐灭”的图案二.方案设计与论证彩灯图案变换一般有旋转、移位和闪动3种形式每种图案的状态变换常以环形和扭环形计数器的计数循环状态来实现,而环形和扭环形计数器一般由移位寄存器经适当的反馈连线构成通过改变移位脉冲的时钟频率即可改变每种图案状态变换的速度再用规则的顺序脉冲去控制图案状态变换的保持时间,就能实现不同图案变换的自动切换按照设计思路,可得到如图所示的彩灯控制组成方框图三.单元电路设计与分析
1.彩灯图案及图案变换的设计可根据使用场所的不同来设计不同的彩灯图案,本题的图案变幻拟采用以下三种形式
(1)左右摆动这种图案的状态变换有两种状态构成它们之间关系为01011010高电平时LED为亮,低电平时则为暗,所以这两种状态之间的相互转化就形成了“左右摆动”图案
(2)暗点__这种图由四种状态构成其变换过程为1110→0111→1011→1101→
1110.低电平暗点逐位循环右移这四种状态之间的转化就形成了“暗点__”的图案3逐渐亮再逐渐暗这种图案的状态变换由8种状态构成,其转换过程为0000→1000→1100→1110→1111→0111→0011→0001→0000从0000到1111LED从左到右逐渐点亮,而从1111到0000,LED从左到右逐渐变暗,形成“逐渐亮再逐渐暗”的图案
2.状态变换产生电路的设计从彩灯控制器所采用地种图案的设计可以看出“左右摆动”和“暗点__”这2种图案的各种状态可由移位寄存器的环形计数器获得,而“逐渐亮再逐渐暗”的各种状态则可以通过移位寄存器的扭环形计数器得到由此可见,状态变换产生电路可由移位寄存器通过适当的反馈电路构成的环形和扭环形计数器来实现74LS195是四位通用移位寄存器,如下图
3.初态产生电路的设计用74LS161和74LS00接成一个三进制计数器其计数循环为1101→1110→1111→1101在将74LS161数据送至74LS195的数据输入端时把74LS161的Q0与74LS195的D3相连Q1与D2和D0相连Q2与D1相连这样就产生了三种图案的初态其变化为:1010→1110→1111→1010初态为1010时产生“左右摆动”图案,初态为1010时产生“暗点__”图案,初态为1111时产生“逐渐亮再逐渐暗”图案初态产生电路图为
4.初态置入控制电路的设计用单稳态触发器74LS123产生的置数脉冲把三种图案的初态送至状态变换产生电路.74LS123的时钟__输入端B接与74LS161一样的时钟__,此时置数脉冲与初态同步并将初态送至74LS195的置数端.来一个脉冲,74LS195置一个初态稳态时产生与初态相对应的图案
5.环扭计数控制电路和速度变换产生电路的设计在彩灯控制的三种图案中,"左右摆动"和"暗点__"图案的状态变换数由环形计数器产生的,需将74LS195的Q3端与JK端相连才能得到,而逐渐亮再逐渐暗的状态变换则由扭环形计数器产生,此时应将74LS195的Q3端与JK’端相连JK与Q3或Q3之间的连接可以通过数据选择器来实现,由于只有3种图案,且左右摆动和暗点__这两种图案都是Q3与JK相连,所以JK与Q3或Q3之间的连接可采用4选1数据选择器来实现,数据选择器的数据输入端接74LS195的Q3与Q3端,输出端接JK端;数据选择器的功能接成三进制的74LS161的低二位来实现,即74LS153的A、B端分别接74LS161的输出端D
0、D1端74LS195时钟输入端CP选择的是不同频率的时钟时钟,因此速度变化产生电路也可由4选1数据选择器来实现综上,环扭形计数控制电路和速度变化产生电路可由一个双4选1数据选择器74LS153和一个2位三进制计数器(74LS161的低二位)来实现环扭计数控制电路和速度变换产生电路如下所示⒍时钟__产生电路的设计该电路的主要功能是产生不同频率的时钟__,对于整个彩灯控制器的同步控制和图案状态变换的速度控制也就是说,该电路产生的时钟__有两个去向频率最低的时钟__去控制__产生电路、初态置入控制电路,该时钟__决定了图案状态变换的持续时间;其他频率的时钟__则用于图案状态变换速度的控制由于彩灯控制器中要用到多个频率的时钟__,在此可以考虑14位二进制串行计数器/分频器4060来实现时钟__产生电路如下图所示本课题三种图案的变换采用了相同的持续时间8s,三种图案的状态变换情况如下对于左右摆动图案,状态间变化所需时间为
0.25s,8s内循环16个周期对于暗点__图案,状态间变化所需时间为
0.125s,8s内循环16个周期对于逐渐亮再逐渐暗图案,状态间变化所需时间为
0.125s,8s内循环8个周期⒎清零电路的设计清零的电路的功能主要是针对2个三进制计数器、单稳态触发电路和状态变换产生电路进行复位清零,而且对这几部分电路的清零必须同时进行,以保证三种图案能够正确切换经过清零过程,可使74LS195构成的电路能够产生逐渐亮再逐渐暗图案的状态变换另外清零电路还作用于74LS161构成的初态产生电路,目的是在清零过程中,利用CP0的上升沿来把1101置入其中本题目中的清零电路的构成很简单,只用一个接地按键和一个限流电阻即可实现清零复位的功能
8.驱动电路的设计驱动电路应根据每一组驱动彩灯的总电流来进行选取实验中可选用一般的门电路或OC门电路设计彩灯控制器时因每组只需4个LED,总电流较小,所以选用4-2输入与门74LS08作为驱动电路即可四.总原理图及元器件清单1.总原理图2.工作原理彩灯图案变换有旋转、移位和闪动3种形式每种图案的状态变换以环形和扭环形计数器的计数循环状态来实现,而环形和扭环形计数器由移位寄存器经适当的反馈连线构成通过改变移位脉冲的时钟频率即可改变每种图案状态变换的速度再用规则的顺序脉冲去控制图案状态变换的保持时间,就能实现不同图案变换的自动切换分频器4060产生三种时钟__CP2CP1和CP0CP0去控制产生置数脉冲的74LS123和产生初态74LS161,以使置数脉冲与初态同步74LS161接成三进制计数器,产生三种图案的初态并将其送至74LS195的数据输入端,双四选一数据选择器74LS153的2Y作为74LS195的时钟__控制速度变换,1Y接74LS195的JK实现环扭控制3.元器件清单表1元器件清单元件序号QuantityDescriptionReferen___IDPackage=====================================================================174LS195U1ELKO10R5274LS161U2U5DWO20174LS123U3ADWO20174LS153U4DWO2014060U6DWO20474LS00U7A、B、C、DDWO20374LS08U8:A、B、CDWO20174LS08U9:ADWO20174LS00U10:ADWO2017404U11:ADWO20210WATTOR1R1:
5.1K、R2:80KR1R2RES
0.54LED-BIBYD
1、D
2、D
3、D41CAP-ELEC100uC1ELKO10R51BUTTON五.结论经过理论设计和软件仿真,各个节点连接无误,各部分电路均工作正常,符合设计要求,就具有很强的可行性六.心得体会为期两周的课程设计让我对本学期的数电和模电课程有了更深的理解,认识到电子应用的广泛如果能熟练掌握数电和模电的基础知识,再通过参考书和上网查一些元器件的作用,我们就可以做许多于我们生活有用的东西,像彩灯控制器、交通__灯和脉搏测量仪等所以,学习理论知识很重要,但是,光有理论还远远不够对于这一点,我在本次课设中深有体会通过查阅参考书,我明白了本课题原理,在Proteus7软件中绘制出原理图,理论上应该出现正确的图案变换,但仿真结果并不乐观,初态置入不正确,而且还有两种图案状态变换不符合要求我们开始认真检查,结果发现连线多处错误,改正后,再次运行,结果“暗点__”仍是不符要求最终,我们决定用74LS161代替了由D触发器构成的三进制计数器在符合课题要求的条件下,我们尽量减少元器件,用不太复杂的器件原想这个课题与实际__较大,对此应很有兴趣,没想到多次出现问题后,大家兴趣大减,开始烦躁不安,结果觉得时间很紧张此次课设给我最大的体会是,要理论__实际,将所学知识应用于实践;增强自己应用理论的能力此外,在以后的学习生活中,要锻炼自己的耐心,做事切不可马虎大意,提高工作学习效率____
[1]阎石主编.数字电子技术基础第五版.北京:高等教育出版社
2006.
[2]崔瑞雪、张增良主编.电子技术动手实践.北京北京____出版社2006
[3]高建新等主编.电子技术实验与实训.北京机械工业出版社2006
[4]康华光主编.电子技术基础-模拟部分(第四版).北京高等教育出版社
1999.
[5]赵淑范、王宪伟主编.电子技术试验与课程设计.北京.清华大学出版社2006教师评语及设计成绩评语课程设计成绩指导教师日期年月日。