《电工电子综合课程设计.docx

《《电工电子综合课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《电工电子综合课程设计.docx（11页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、音乐数字彩灯掌握器设计1 .设计意义及要求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。作为当代高校生我们 应与社会的需求接轨，了解社会的需求，通过自己所学的只是造福社会。虽然现在把握的 学问还很狭隘，但是为了更好的把握目前学习了的学问和更好的去学习更深化的学问，我 们应学会采用自己已经把握的学问，将其应用到实践中，在实践中检验和巩固自己的所学 的学问。我们应明白，理论学问应结合实际应用，单纯的学习理论学问终究只会是纸上谈兵， 学问因应用而美，在实际应用中深入对理论学问的理解，增加我们独立思索、团

2、队协作、 动手力量。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思索又是团队协作的成果。接到任务的最初阶段，我们独 立思索，各自设计出自己的个人方案，并通过仿真软件仿真检验结果。然后我们在一起, 各自阐述自己的思路和想法，听取别人的思路和想法，集思广益，争论设计出思路清楚、 芯片用的少、工作最稳定的最佳的方案。其次，这对个人力量、团队协作力量也是一次考验。个人做的好，假如没有团队精神， 团队离心离德，做不出满足的设计。只有我们都把自己的想法毫无保留地和大家共享，才 会产生思想的火花，才会有更加优化的方案产生。在今后的学习和生活中，尤其是工作以后，许多事情都是要靠团队的力气来完成的

3、， 一方面我们要学好学问培育自己的个人力量，另一方面我们应培育自己的团队协作力量要 有团队精神，这样我们才能让学问与才智散发出迷人的光线。1.1 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, 3,7, 9 （奇数列）；0, 2, 4, 6, 8 （偶数列）；0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 0, 1 （音乐数列）。然后又依次显示同上数列，不断循环；2）打开电源开关，自动清零，即通电后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; 运用于实际的乐趣与意义。作为当代高校生，我们有义务学好专业学问，并在此基

4、础上努 力运用所学专业学问。学问因运用而更加美，思想因共享而更加迷人。在设计的过程中， 我们就充分的采用了我们所学的专业学问；在小组协同工作时，我们毫不保留的阐述自己 的思想和看法，这样才能补足个人的不足之处，取他人之长。通过本次课程设计，收获了许多许多。我们小组选好了题目以后，各自单独的思索问题， 依据自己的思路设计一套设计方案。然后我们集思广益，在争论的时候，各自阐述自己的 思路和观点，听取别人的设计思路与方法。同时调试查看各个方案的仿真电路图，经过争 论从中选出一个构造起来最简洁，芯片和门电路用得比较少的方案作为小组方案。确定了 其中一个为小组方案以后，我们再在选定的方案的基础上提出自己

5、的修改意见，改进和完 善电路，使电路功能更加稳定，易于实现。课程设计主要考验的是我们独立思索、动手和团队合作的力量，在肯定程度上也是考 验我们理论联系实际的力量。由于课程设计是在模数电的基础上进行的相应的设计，这就 要求我们坚固的把握模数电相关的专业学问。一方面，理论学问是实际运用的顽强后盾， 只有坚固的把握理论学问才能更好的将其运用于实践中；另一方面，动手实践力量我们也 不能忽视掉，学好理论学问是为了更好的将其运用到实践中去，我们应在实践中检验自己 的理论学问，深入我们的理解，发觉我们的不足与缺点，并且在今后的学习中努力弥补自 己在动手方面的不足，把自己的优点最大化缺点最小化，将优点传承，把

6、缺点改掉。其次课程设计要求我们各小组设计出一个最佳方案，并做出实物。这就考验了我 们的团队精神和团队合作力量，古话有说“三个臭皮匠顶个诸葛亮”，可见团队合作的重 要性。在今后的学习和生活中，我们应留意团队精神的培育，加强自己团队合作的力量， 同时也应更加努力的提高自己的个人专业素养和独立思索的力量，为团队做出自己的贡献, 而不是在团队中扮演一个无关紧要的角色。最终，在此感谢指导老师杨莉的悉心指导，感谢队友的精诚合作。参考文献1周新民主编工程实践与训练教程（电工电子部分）武汉理工高校出版社2022. 92康华光主编电子技术基础一数字部分（第五版）高等教育出版社，2006. 13伍时和主编数字电子

7、技术基础清华高校出版社2022. 44王兰君新编电工使用电路500例河南科学技术出版社5钟谊电子线路实战科学出版社附录电路图附录一个人方案电路图 附录二小组方案电路图本科生课程设计成果评定表姓 名张靖性 别 男专业、班级自动化1002班课程设计题目：数字音乐彩灯掌握器设计课程设计答辩或质疑纪录:成果评定依据:设计方案 与内容（30 分）制作与调试（20 分）说明书内容 与法律规范 程度 （30 分）答辩（10 分）学习态度 与考勤 （10 分）总分（100 分）最终评定成果（以优、良、中、及格、不及格评定）指导老师签字：2012年7月9日3）每个数字一次显示时间（从数码管显示之时起到消逝之时止

8、）基本相等。4）严格依据课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。2 .方案设计设计思路音乐数列J7图2-1设计思路图通过分析设计要求，音乐数字彩灯要实现三个数列的循环：自然序列、奇偶数列和音 乐数列。自然序列：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9的实现简洁想到用十进制计数器来实 现，然后通过译码显示电路即可显示。奇偶序列：1、3、5、7、9、0、2、4、6、8刚好十 个数，也可以用十进制计数器来实现，不过要通过译码器和与非门来实现，把它转换成自 然二进制，然后通过译码显示电路即可显示。音乐序列：0、1、2、3、4、5、6、7、0、1 刚好也是十个数，也可以用十进制来实现，通过十进制计数器和门电

9、路来实现其功能，易 于实现。明显上述单元电路，独立的实现各自功能是很简洁的。现在我们要实现自然序列、奇 偶数列、音乐数列的循环。于是想到了用十进制计数器设计一个三十进制的计数器来实现 循环。三十进制oooooo-ooiiii实现自然序列的显示，oioooo-oiun实现奇偶数列的显 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、音乐数列显示的变化为00、01、10,采用高两位的 变化状况，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

10、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掌握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掌握音乐序列单元电路的工作与停止。 明显00时，只有自然序列单元电路有CP脉冲输入，01时只有奇偶数列单元电路有CP脉 冲输入，I。时只有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、音乐数列单元电路，其中一个工作的时候，此外两个单元电路 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

11、译码显示。平常做试验的时候，CP脉冲都是试验直接有现成的用，所以最终才想到还要设计CP脉 冲产生电路。CP脉冲产生电路，通过555定时器简洁实现，通过计算选择合适参数即可。 此外清零/复位，暂停功能的实现，在实际设计过程中逐步实现。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，原理简洁易于实现。第一部分是信

12、号发生器，由555构成1Hz脉冲信号源。555定时器可以通过选定肯定参 数的电容和电阻来产生肯定频率的脉冲来实现试验所需的肯定频率的信号。555定时器具 有原理简洁，设计便利等优点。用来作为脉冲信号源，能够稳定地产生连续的脉冲信号。其次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，其次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，刚好三十秒一个循环，实现了循环选择自然序列、奇偶数列、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

13、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，其组成的原理与依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方案二（小组设计方案）依据题目要求，我们各自设计了自己的方案，在各自设计出自己的方案后，我们共同争论， 各自阐述自己的设计思路。经争论，最终在我们组中选出一个思路独特、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

14、时器、74LS153、74LS16K JK触发器，以及一些门电路组成，接 线简洁明白，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馈，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74LS161输出 各不同分别是00、01、10、11,所以采用各自的这点不同以及各个序列显示的特点，通过 肯定的门电路可

15、以实现各自的显示。例如需要显示奇序列时，选择二分频CP信号，同时 要想方法把最低位恒置成1;需要显示偶序列时，同样选择二分频CP信号，同时要想方法 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。明显要实现上述要求，采用选择自然序列、奇序列、偶序列、音乐序列 时四进制计数器输出的不同，通过奇妙的采用门电路即可实现。仿真电路如图2-3所示： 图2-3方案二仿真电路图2. 3方案比较方案一优点是思路清楚简洁，缺点是使用芯片、门电路较多，接线也较为简单。不过 电路还是很简洁实现的，只要接线的时候细心，但是假如接线不够急躁认真，电路功能易 消失紊乱，实现

16、不了要求的功能，实物电路查错不简洁查出来。方案二的优点是思路独特、使用芯片和门电路都比较少。连线较少，易于实现，使用 的都是简洁常用的芯片，消失问题易于查找，总体上说来，明显优于方案一。不过方案二， 思路独特，不简洁想到，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，为了达到各个数显示的时间相同，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

17、奇、偶序列时选择二分频信号输入。在方案的 设计过程中熬炼了独立思索与运用学问的力量，在确定小组方案的过程中培育了团队精神。 通过比较方案一和方案二，懂得了团队的力气能造就最佳的方案，思路清楚的方案不肯定 是最佳的方案。3.部分电路设计信号脉冲产生电路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 结构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较陡的提升沿和下降沿。 从电路的连接来讲，也是将555定时器接成施密特触发器的结构，即将2、6端并联，再 与RC构成的充放电电路的串联点连接，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

18、生电路555定时器规律功能表如表1所示表1 555定时器的规律功能表输入输出Vil (6 端)Vi2 (2 端)复位（Rd）输出（Vo）放电管TXX00导通(2/3)VCc(2/3)VCc(1/3) Vcc10导通(1/3) Vcc1不变不变当电路与电源接通瞬间，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，即消失6端输入电压小于2/3Vcc, 2端输入电压小于l/3Vcc的状况，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，消失6端输入电压大于2/3Vcc,2端输入大于l/3Vcc的状况，输出信号Vo为低电平

19、。 此后又重新回到上述充电过程，如此周而复始，形成振荡，产生矩形脉冲输出。分析，电容充电过程的初始状态为l/3Vcc,终止状态为2/3Vcc,稳定状态为Vcc,充电时 间常数为（R1+R2） C2电容放电过程中，放电时的初始状态为2/3Vcc,终止状态为，稳定 状态为l/3Vcc,充电时间常数为0。依据这些条件，结合电路原理的一些基本公式，简洁 计算出脉冲频率为f=1.43/ (2Ri+R2)C23.1 自然序列、奇偶数列、音乐数列单元电路的设计3.1.1 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Qo端接至CKB端，置零和置九端接地，即可组 成十进制计数器。74LS90

20、在计数过程中数列的挨次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，这样就可以削减芯片的使用量，简化了电路。 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 了实现掌握自然序列单元电路的工作与否，应将CP脉冲与译码输出的最低位接一个与门， 从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：图2-5自然序列单元电路表2 74LS90功能表复位输入置位输入时钟输出Ro

21、Ro（2）R9（1）Rg（2）CPQaQbQcQdHHLXXLLLLHHXLXLLLLXXHHXHLLHLXLX0至11计数LXXL0至打计数XLLX0至11计数XLXL0至也计数图2-6 74LS90的管脚图3. 2. 2奇偶数列单元电路的设计奇偶数列刚好十个数，于是想到先依据自然序列的思路设计一个十进制计数器，但是 要把自然二进制译成想要的奇偶数列，即要对自然二进制进行编码。列出真值表，把Qa、 Qb、Qc、Qd看成是函数变量，通过列出的真值表写出A、B、C、D各自的规律函数，通过译 码器和与非门即可实现。列出其真值表如表3所示：表3奇偶数列编码真值表QaQbQcQdABcD0000000

22、1由真值表可知 A=m4+m9 B=m2+m3+m7+m8 C=mi+m3+m6+ms D=mo+mi+m2+m3+m000100110010010100110111010010010101000001100010011101001000011010011000奇偶序列单元电路如图2-7所示图2-7奇偶序列单元电路图2. 2. 3音乐数列单元电路的设计音乐数列单元电路的设计可以用与奇偶数列单元电路相同的方法，最初想到的也是 这样的方法。但是依据上述相同的方法明显芯片和门电路用的比较多且接线多，电路 较为简单。考虑到音乐数列为0、1、2、3、4、5、6、7、0、1,其前面八个数可以直 接用十进制

23、计数器，现在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。明显想方法把最高位1变成0的话就会 变成0000和0001即0与1。这很简洁实现，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。明显虽然实现的是相同的功能但是电路要 简洁的多，可见在设计过程中思维不要定死，要勤于思索，选择最佳的方法。音乐序 列单元电路如图2-8所示：U8141OCKAOCKB列单元电路工 如此循环。简 000000 到 001 为100000到/I% rnl. r1, /IX 0 0 9 9 R R R R74LS90名TEXTQOQ1

24、Q2Q3129811fND7408 kTEKTU10：A，个十秒选择奇偶数 X列单元电路工作, 第一个十秒期间为 在第三个十秒期间 化电路，可以仅用3.3 门电路实现掌握。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掌握自然序 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Q。直接与CP 脉冲通过一个与门即可实现掌握奇偶数列单元电路的工作，高位Qi直接与CP脉冲通过一 个与门即可实现掌握音乐数列单元电路的工作。明显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

25、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，此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 调试中故障及解决方法1）自然序列工作时数码管显示为1、3、5、7、9分析电路，发觉奇偶数列不工作时，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

26、管的最低位，这导致最低位始终为1,所以当显示自然序列 时会显示为1、3、5、7、9,且每个数显示时间为两秒，其也必定影响音乐数列的显示。 分析电路结构，当选择音乐数列工作时，三十进制计数器的高位Q。为1,当音乐数列不工 作的时候其为0,可以通过Qo来掌握显示，当Qo为1时的确把0000编码成0001.但是当 Qo为0时，还是把0000编码成0000,这就要在电路中做点微调。明显可以把与音乐数列 单元电路的最低位输出与Q。通过一个与门或者先把Q。接一个非门再与译码器74HC42的最 低位端通过一个或门连接一起再接到原先的与非门电路上，即可实现电路的正常工作。 2）数码管显示紊乱，没有规律性分析电

27、路结构，估量可能是数码管的管脚接线接错了，误把最低位当成了最高位。 将数码管重现正确接线，发觉自然序列工作时数码管显示正常，但是显示奇偶数列的时候 又消失紊乱，分析缘由，很有可能是奇偶序列单元电路有问题，于是在奇偶序列单元电路 外单独接一个数码管，观看其显示是否正常。结果果真不正常，于是检查奇偶单元电路, 发觉是门电路与译码管之间的接线有问题，排查后，正确连接，电路正常工作。3）实现清零功能时，清零后不重新开头清零操作只把自然序列、奇偶序列、音乐序列单元电路的74LS90芯片端接到了一 起，实现三个单元电路的清零，但是三十进制计数器没有清零所以实现清零功能后不重新 开头。将电路中用到的五片74

28、LS90芯片的清零端接到一起，正常工作时接地，清零工作 时接高电平即可实现清零功能。但是留意到三十进制的高位芯片是采用反馈清零法实现一 个三进制计数，因此，为了不影响原来的功能，应将清零与反馈的信号通过一个或门送到 74LS90的清零端。依据上述修改电路的思路修改电路后，电路实现要求的清零功能。3. 2调试与运行结果电路消失了几个小问题，经调试分析后，都找出了问题并且解决了问题。在调试与运 行的过程中，也在不断的思索自己的电路，刚开头使用芯片比较多，门电路也特别多。经 过认真的思索、改进、调试，肯定程度上简化了电路，削减了芯片和门电路的使用。在调 试与改进的过程中，学问得到了强化，也获得了小小

29、的成就感，熬炼了自己独立思索的力 量。经过多次调试后，电路运行正常，循环显示自然序列、奇偶序列、音乐序列，并且实 现了清零/复位、暂停功能。4. 仿真操作步骤及使用说明仿真所要用到的开关器件主要有暂停键、复位/清零键。1）暂停键是通过一个单刀双掷开关来掌握脉冲信号发生器的CP脉冲是否送到后面电路来 实现暂停功能。当单刀双掷开关闭合时，电路正常运行，当单刀双掷开关断开时，由 于CP脉冲信号中断，后续电路停止计数功能，即实现电路暂停功能。2）复位/清零键是通过一个双刀双掷开关来掌握各个芯片的清零端，从而实现复位/清零功 能。当双刀双掷开关掷向地端时，由于各芯片均为高电平清零，所以电路正常计数工 作。当双刀双掷开关掷向高电平端时，由于各芯片均为高电平清零，这样使各个芯片 输出均为零，即实现了清零功能。当双刀双掷开关再掷向地端时，由于前面已经对各 个芯片都清零了，所以再掷向地端时，电路重新开头计数，即重新开头自然序列、奇 偶序列、音乐序列的循环显示。结束语为期两周的课程设计已经接近了尾声。通过这次课程设计，实实在在的体会到了理论学问