（电工电子综合课程设计-音乐数字彩灯控制器设计）.docx

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1、（电工电子综合课程设计-音乐数字彩灯控制器设计）音乐数字彩灯控制器设计1.设计意义及要求1.1设计意义数字电子技术在日常生活中的应用无处不在，数字音乐数字彩灯在节日装饰中起着特别重要的作用。数字电子技术在实际应用中已经有相当纯熟的技术。作为现代大学生我们应当与社会的需求接轨，了解社会的需求，通过本人所学的只是造福社会。固然如今把握的知识还很狭隘，但是为了更好的把握目前学习了的知识和更好的去学习更深化的知识，我们应当学会利用本人已经把握的知识，将其应用到实践中，在实践中检验和稳固本人的所学的知识。我们应当明白，理论知识应当结合实际应用，单纯的学习理论知识终究只会是纸上谈兵，知识因应用而美，在实际

2、应用中加深对理论知识的理解，加强我们独立考虑、团队协作、动手能力。为将来的学习和工作打下坚实的基础。首先，我们的设计既是独立考虑又是团队协作的成果。接到任务的最初阶段，我们独立考虑，各自设计出本人的个人方案，并通过仿真软件仿真检验结果。然后我们在一起，各自阐述本人的思路和想法，听取别人的思路和想法，群策群力，讨论设计出思路明晰、芯片用的少、工作最稳定的最佳的方案。其次，这对个人能力、团队协作能力也是一次考验。个人做的好，假如没有团队精神，团队离心离德，做不出满意的设计。只要我们都把本人的想法毫无保留地和大家共享，才会产生思想的火花，才会有愈加优化的方案产生。在今后的学习和生活中，尤其是工作以后

3、，很多事情都是要靠团队的气力来完成的，一方面我们要学好知识培养本人的个人能力，另一方面我们应当培养本人的团队协作能力要有团队精神，这样我们才能让知识与智慧散发出迷人的光辉。1.2设计要求1数码管自动依次显示数字队列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当前位置：文档视界（电工电子综合课程设计-音乐数字彩灯控制器设计）（电工电子综合课程设计-音乐数字彩灯控制器设计）示，100000-101111实现音乐数列的显示，如此循环即可实现上述要求的功能。三十进制高两位选择自然序列、奇偶数列显示、音乐数列显

4、示的变化为00、01、10，利用高两位的变化情况，是适当的用一些门电路即选择自然序列、奇偶数列、音乐数列电路的工作。当高两位为00时为了选择自然序列单元电路的工作，将输出的高两位通过一个或非门再与CP脉冲通过一个与门来充当自然序列单元电路的CP脉冲输入。当高两位为01时选择次高位直接与CP脉冲接一个与门即可控制奇偶序列单元电路的工作于停止。当高两位为10时选择最高位直接与CP脉冲接一个与门即可控制音乐序列单元电路的工作与停止。显然00时，只要自然序列单元电路有CP脉冲输入，01时只要奇偶数列单元电路有CP脉冲输入，10时只要音乐数列单元电路有CP脉冲输入，电路如此循环。自然序列、奇偶数列、音乐

5、数列单元电路，其中一个工作的时候，另外两个单元电路没有脉冲输入信号，不工作，输出端均为零。分别将三个单元电路的输出对应二进制位通过一个或门接到译码显示电路，即可实现译码显示。平常做实验的时候，CP脉冲都是实验直接有现成的用，所以最后才想到还要设计CP脉冲产生电路。CP脉冲产生电路，通过555定时器容易实现，通过计算选择适宜参数即可。此外清零/复位，暂停功能的实现，在实际设计经过中逐步实现。以上是基本的大体设计思路，细节部分后面做具体分析。2.2方案设计2.2.1方案一个人设计方案)本方案大体上由四个部分组成，CP脉冲产生电路，74LS90与74LS139组成的选通电路，产生自然、奇偶、音乐序列

6、的单元电路，译码显示电路。电路功能由74LS90、74LS139、74HC42芯片以及555定时器以及一些门电路实现，原理简单易于实现。第一部分是信号发生器，由555构成1Hz脉冲信号源。555定时器能够通过选定一定参数的电容和电阻来产生一定频率的脉冲来实现实验所需的一定频率的信号。555定时器具有原理简单，设计方便等优点。用来作为脉冲信号源，能够稳定地产生连续的脉冲信号。第二部分是三十进制计数器与二-四线译码器组成的选通电路，实现的功能是前十秒选择自然序列单元电路工作，第二个十秒选择奇偶数列单元电路工作，第三个十秒选择音乐数列单元电路工作，恰好三十秒一个循环，实现了循环选择自然序列、奇偶数列

7、、音乐数列单元电路的工作。第三部分是74LS90与74HC42组成的自然序列、奇偶数列、音乐数列单元电路。自然序列单元电路由74LS90接成10进制计数器即可。奇偶数列由74LS90与74HC42和与门电路组成，其组成的原理与根据在后续部分再做详尽分析。第四部分是或门与显示译码器组成的译码显示电路。自然序列、奇偶数列、音乐数列各单元电路的相应数位通过一个或门接到数码管，即可实现译码显示。仿真电路如图2-2所示：图2-2方案一仿真电路图2.2.2方案二小组设计方案根据题目要求，我们各自设计了本人的方案，在各自设计出本人的方案后，我们共同讨论，各自阐述本人的设计思路。经讨论，最后在我们组中选出一个

8、思路独特、需要用到芯片和门电路较少的方案作为小组方案，并且在选出的方案的基础上做一些修改完善。小组设计方案芯片只用到555定时器、74LS153、74LS161、JK触发器，以及一些门电路组成，接线简单明了，易于实现。JK触发器是实现脉冲信号的分频，一个74LS161接成十进制来实现计数，另一个74LS161接成四进制并通过74LS153实现脉冲信号的选择。四进制计数器的CP是来自于十进制的反应，每十秒产生一个下降沿使四进制计数器触发计数。其中自然序列和音乐序列用二分频的CP信号，在与译码显示这边还要接适当的门电路以实现自然序列、奇偶序列、音乐序列的显示。电路选择各序列时，组成四进制的74LS

9、161输出各不同分别是00、01、10、11，所以利用各自的这点不同以及各个序列显示的特点，通过一定的门电路能够实现各自的显示。例如需要显示奇序列时，选择二分频CP信号，同时要想办法把最低位恒置成1；需要显示偶序列时，同样选择二分频CP信号，同时要想办法把最低位恒置为0；需要显示音乐序列时需要把最高位恒置为0；显示自然序列则直接通过译码显示即可。显然要实现上述要求，利用选择自然序列、奇序列、偶序列、音乐序列时四进制计数器输出的不同，通过巧妙的利用门电路即可实现。仿真电路如图2-3所示：图2-3方案二仿真电路图2.2.3方案比拟方案一优点是思路明晰简洁，缺点是使用芯片、门电路较多，接线也较为复杂

10、。不过电路还是很容易实现的，只要接线的时候细心，但是假如接线不够耐心仔细，电路功能易出现紊乱，实现不了要求的功能，实物电路查错不容易查出来。方案二的优点是思路独特、使用芯片和门电路都比拟少。连线较少，易于实现，使用的都是简单常用的芯片，出现问题易于查找，总体上讲来，明显优于方案一。不过方案二，思路独特，不容易想到，没有方案一那么易于理解。两个方案各有千秋，方案一的思路是把译码显示分为自然序列、奇偶序列、音乐序列三个部分，通过三十进制计数器选择各个单元电路的工作；方案二的思路是把译码显示分为自然序列、奇序列、偶序列、音乐序列四个部分，通过一个四进制计数器选择各个序列的显示，为了到达各个数显示的时

11、间一样，所以奇、偶序列的CP脉冲与自然序列、音乐序列的要求不同，所以要进行二分频，并在奇、偶序列时选择二分频信号输入。在方案的设计经过中锻炼了独立考虑与运用知识的能力，在确定小组方案的经过中培养了团队精神。通过比拟方案一和方案二，懂得了团队的气力能造就最佳的方案，思路明晰的方案不一定是最佳的方案。3.部分电路设计3.1信号脉冲产生电路CP脉冲电路由555定时器以及电阻和电容组成的多谐振荡器产生。多谐振荡器的电路构造是一种能够产生矩形脉冲信号的电路，产生的脉冲信号具有比拟陡的上升沿和下降沿。从电路的连接来讲，也是将555定时器接成施密特触发器的构造，即将2、6端并联，再与RC构成的充放电电路的串

12、联点连接，将7端接到放电点。信号脉冲产生电路如图2-4所示：图2-4信号脉冲产生电路555定时器逻辑功能表如表1所示表1555定时器的逻辑功能表当电路与电源接通霎时，C2两端没有存储电荷，两端电压为零，555定时器2、6端输入电压为零，即出现6端输入电压小于2/3VCC，2端输入电压小于1/3VCC的情况，输出信号VO为高电平，使晶体管截止，电源VCC对电容C2充电。当C2的两端电压略超过2/3VCC时，出现6端输入电压大于2/3VCC,2端输入大于1/3VCC的情况，输出信号VO为低电平。此后又重新回到上述充电经过，如此周而复始，构成振荡，产生矩形脉冲输出。分析，电容充电经过的初始状态为1/

13、3VCC，终止状态为2/3VCC，稳定状态为VCC，充电时间常数为R1+R2C2电容放电经过中，放电时的初始状态为2/3VCC，终止状态为，稳定状态为1/3VCC，充电时间常数为0。根据这些条件，结合电路原理的一些基本公式，容易计算出脉冲频率为f=1.43/(2R1+R2)C23.2自然序列、奇偶数列、音乐数列单元电路的设计3.2.1自然序列单元电路的设计产生自然序列的单元电路由一片74LS90将Q0端接至CKB端，置零和置九端接地，即可组成十进制计数器。74LS90在计数经过中数列的顺序恰好和自然序列吻合，都是从0计数到9，这样就不需要再经过译码器进行译码了，这样就能够减少芯片的使用量，简化

14、了电路。也降低了电路的成本。四个输出端通过译码显示电路接至数码管四个管脚即可。CPA端为CP脉冲输入端，CP脉冲由555定时器组成的信号脉冲电路产生。在接到CPA端之前，为了实现控制自然序列单元电路的工作与否，应当将CP脉冲与译码输出的最低位接一个与门，进而使自然序列单元电路按要求工作。自然序列的单元电路如图2-5所示，74LS90的功能表表2所示，74LS90管脚图如图2-6所示：当前位置：文档视界（电工电子综合课程设计-音乐数字彩灯控制器设计）（电工电子综合课程设计-音乐数字彩灯控制器设计）当前位置：文档视界（电工电子综合课程设计-音乐数字彩灯控制器设计）（电工电子综合课程设计-音乐数字彩

15、灯控制器设计）较为复杂。考虑到音乐数列为0、1、2、3、4、5、6、7、0、1，其前面八个数能够直接用十进制计数器，如今就是要把自然二进制的8变成0、9变成1。四位自然二进制的8为1000、四位自然二进制的9为1001。显然想办法把最高位1变成0的话就会变成0000和0001即0与1。这很容易实现，把十进制最高位与接地端与一个与门连接即可实现上述变换，音乐数列即可实现。显然固然实现的是一样的功能但是电路要简单的多，可见在设计经过中思维不要定死，要勤于考虑，选择最佳的方法。音乐序列单元电路如图2-8所示：图2-8音乐序列单元电路3.3选通电路的设计选通电路要求在第一个十秒选择自然序列单元电路工作

16、，在第二个十秒选择奇偶数列单元电路工作，在第三个十秒选择音乐数列工作，然后再选择自然序列单元电路工作，如此循环。容易知道要设计一个三十进制计数器，三十进制计数器在第一个十秒期间为000000到001111变化，在第二个十秒期间为010000到011111变化，在第三个十秒期间为100000到101111变化。注意到高两位00、01、10的变化，为了简化电路，能够仅用门电路实现控制。高两位通过一个或非门再与CP脉冲连接一个与门即可实现控制自然序列单元电路脉冲信号的送入，即可实现选择自然序列单元电路的工作。高位Q0直接与CP脉冲通过一个与门即可实现控制奇偶数列单元电路的工作，高位Q1直接与CP脉冲

17、通过一个与门即可实现控制音乐数列单元电路的工作。显然仅用门电路实现比用译码器实现要简易。选通电路如图2-9所示：图2-9选通电路3.4数码显示电路的设计数码显示电路由七段数码管与或门组成。将自然序列、奇偶序列、音乐序列单元电路的各输出，相应的位通过或门接到七段数码管的相应位。当自然序列单元电路工作时，其他单元电路不工作，所以其输出均为0，通过一个或门不影响自然序列的译码显示。同理，当其他单元电路工作时，另外两个单元电路不工作，输出均为0，不影响工作单元电路的译码显示。如此便实现了自然序列、奇偶数列、音乐数列的依次显示。数码显示单元电路如图2-10所示：图2-10译码显示单元电路4.调试与检测4.1调试中故障及解决办法1自然序列工作时数码管显示为1、3、5、7、9分析电路，发现奇偶数列不工作时，74LS90输出为0000，进过编码为0001，最低位通过或门连接在一起接到七段数码管的最低位，这导致最低位一直为1，所以当显示自然序列