彩灯控制器的设计计算机计算机原理计算机计算机原理.pdf

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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、打开电源时，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 三个部分。第一部分就是自然、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。第二部分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。最后还有一个部分就是循环电路。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 了实现这个循环输出的功能，可以用

3、移位寄存器或者是译码器的输出端来 控制四个数列电路控制四个计数器的工作情况，可以让四个计数器依次工 作，就可以达到要求的依次循环输出数列。方案一、利用移位寄存器来实现循环电路 电路图如下 图1用74LS194实现的循环电路 U1 DO QC D1 Q1 D2 02 D3 Q3 15 4 5 r&2 2-SR SL CLK SL 半1 f 11 9 I 1”SW1 SVSPDT EATERY rdFS_2 74LS194 TFT =-I CAI 数列偶数列和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打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

4、自然数列的再显示出然后按上述规律变化二方案设计与论环总电路主要可以分成三个部分第一部分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定时产生节拍脉冲以及其他时序信号运用计数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部分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 幵关SW1拨至与电源相接，就是接入高电平，这样移位寄存器有了脉冲信 号之后就

5、可以实现置数的功能，四个输出端为1000,再将幵关SW1拨至与 地相接也就是接入低电平，这时寄存器就可以实现移位的操作了，然后通 过脉冲信号的触发下，寄存器的输出就可以从 1000 0100 0010 0001,这样依次循环了。然后四个输出端用来控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移位寄存器，通过 74LS194移位寄存器的 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 S1 S0 右移 左移 0 X X X X X 0 1 0 0 X X

6、 X 保持 1 0 1 0(1)X 右移 数列偶数列和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打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再显示出然后按上述规律变化二方案设计与论环总电路主要可以分成三个部分第一部分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定时产生节拍脉冲以及其他时序信号运用计数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部分就是循环电路设计内容要求按照先自然序列

7、然后到奇数序列再到偶数序列最后是音乐序列这样的顺1 1 0 X 0(1)左移 1 1 1 X X 置数 要让四个数列依次循环则采用一个 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则可通过 每个芯片的进位端经过一四输入或门输出来控制。这个部分主要用到的是 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 R)1 R02 S91 S92 CPA CP Q Q Q Q 1 1 0 X X X 0 0 0 0 1 1 X 0

8、 X X 0 0 0 0 0 1 1 X X 1 0 0 1 数列偶数列和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打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再显示出然后按上述规律变化二方案设计与论环总电路主要可以分成三个部分第一部分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定时产生节拍脉冲以及其他时序信号运用计数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部分就是循环电路设计内

9、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 0 1 1 X X 1 0 0 1 RD1 R)2=0 S9l S 92=0 CP 0 二进制计数 0 CP 五进制计数 CP QA 8421码十进制计数 Q CP 5421码十进制计数 表3 74HC139的功能表 输入 输出 G B A 丫3 丫0 1 X X 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 数列偶数列和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打开电源时控制器可自动清零从接通电源时刻起

10、数码管最先显示出自然数列的再显示出然后按上述规律变化二方案设计与论环总电路主要可以分成三个部分第一部分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定时产生节拍脉冲以及其他时序信号运用计数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部分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 U1 工 10 3 DC QD I M I电 Q2 I 2 Q2 Rc._ ENP ENT CLK I 三、单元电路设计与参数计

11、算 1、自然序列 由于74HC160本身就是一个十进制计数的芯片，因此对于这个部分就只需 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 0001T 0010 T 0011T 0100 01010110 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 电路图如下图 3 14 12 11 数列偶数列和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打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

12、再显示出然后按上述规律变化二方案设计与论环总电路主要可以分成三个部分第一部分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定时产生节拍脉冲以及其他时序信号运用计数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部分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 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

13、后一位都为 1,因此可以在上述十进制 自然序列的基础上将数码管的最低位接高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，在数码管显示的则是奇数列 3、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基础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接高电平，在数码管显示的则是偶数列 4 U1 RCC T=?JI

14、1.m%I-JO zl 口 0 D1 D2 ENT i-CLK LOAj 5-I:-数列偶数列和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打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再显示出然后按上述规律变化二方案设计与论环总电路主要可以分成三个部分第一部分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定时产生节拍脉冲以及其他时序信号运用计数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

15、部分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 4、音乐序列 音乐序列的特点是从0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”。这样数码管的显示就又变成 0和1 了。FLT ENP ENT CLK LOAD jdieo F-TFrT RJ 料 E&BCDGR 科|?Tik BAHEm-zG1 Q2 03 ihFiir INFUT

16、 uurrui lEllDldR 宀-BUS U1 B1 5W 14 数列偶数列和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打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再显示出然后按上述规律变化二方案设计与论环总电路主要可以分成三个部分第一部分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定时产生节拍脉冲以及其他时序信号运用计数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部分就是循环电

17、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四、总电路工作原理及元器件清单 1总原理图 2.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。当打幵电路的幵关后，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

18、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 3J 问IL5伯3 F4：51M5 RL51T11 75E3-Tl3ri 7 JSH3 7415139：4LS 333 JIP7 叫 t 数列偶数列和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打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再显示出然后按上述规律变化二方案设计与论环总电路主要可以分成三个部分第一部分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

19、仅可以用于对脉冲进行计数还可用于分定时产生节拍脉冲以及其他时序信号运用计数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部分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幵始工作即幵始计数，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幵始工作，它从0变至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

20、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 元件序号 型号 主要参数 数 量 备注 U1U4 74160 Q0Q1Q2Q3CLK 4 计数 器 U5 74LS113 J K Q 1 触发 器 U6 7448 ABCD 1 数码 管 数列偶数列和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打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再显示出然后按上述规律变化二方案设计与论环总电路主要可以分成三个部分第一部分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

21、以用于对脉冲进行计数还可用于分定时产生节拍脉冲以及其他时序信号运用计数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部分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U8 74LS139 Y0Y1Y2Y3 1 译码 器 U7 74LS390 Q0Q1Q2Q3 1 计数 器 U9 7404 Y 4 非门 U1AU2B 4072 Y 5 或门 CLOCK 1 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机会，让我们能够充分利用所学过 的理论知识还有自己的想象的能力，

22、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 数列偶数列和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打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再显示出然后按

23、上述规律变化二方案设计与论环总电路主要可以分成三个部分第一部分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定时产生节拍脉冲以及其他时序信号运用计数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部分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学习兴趣，这样有利用今后更好地学习。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们，而 且还学

24、会了它们更多的功能，发现它们的功能远比功能表里面说的多很 多，可以利用不同的接法设计出各种各样不同的电路出来。另外在分析比 较设计循环电路的环节中，我还考虑过利用移位寄存器来设计循环，可是 发现移位寄存器的脉冲不好控制。不过我还是学会了移位寄存器的很多功 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，通过这次的设计我巩固了对这些理论性的知识的理解。最后我觉得我自己

25、也学到了一些方法，比如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，这样一方面激发了我们自主学习的兴趣，另一方面 也巩固了学习到的理论知识，可以从实践中积累实际的经验，而不是老停 留在理论学习的阶段。当然这次的设计学到的不仅仅是知识，还有如何去 查阅资料，如何去完成一份报告书等等。总之我觉得这样的实践对我们现在的学习以及以后的工作都是很大 的帮助，而且对我分析问题的方法也有很大的帮助,更全面。使我考虑问题更周到,数列偶数列和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打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再显示出然后按上述规律变化二方案设计与论环总电路主要可以分成三个部分第一部分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定时产生节拍脉冲以及其他时序信号运用计数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部分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