电子技术课程设计---彩灯控制器

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1、 模拟、数字电子技术 课程设计说明书题目：题目： 彩灯控制器 学生姓名：学生姓名： 孙 柳 学学 号：号： 4 4 院院 （系）：（系）： 电气与信息工程学院 专专 业：业： 电子科学与技术 064 目 录 1选题背景 111 设计要求 112 指导思想 12方案论证 121 方案说明 122 方案原理 13电路的设计与分析 231 电路的总体设计 232 电路的原理框图 333 单元电路的设计与分析 3331 多谐震荡电路的设计与分析3332 译码显示电路的设计与分析4333 计数电路的设计与分析74电路的调试与分析 841 调试使用的仪器842 电路的调试 85总结 951 设计体会 95

2、2 改进意见 9附录 1 元器件清单 10附录 2 电路的仿真原理图 11附录 3 电路的原理图 12参考文献 11 选题背景1.1 设计要求(a) 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。（b）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。1.2 指导思想本

3、设计将采用几个基本的数字集成的 74 系列（74LS48,74LS153,555）芯片来完成所需要的数字逻辑显示功能（在七段数码管上按规律显示特定的数字） 。本设计具有逻辑清晰、设计巧妙的特点，能很好的符合课程设计的要求。每逢节日晚上都能看到街道旁都挂起五彩缤纷彩灯，给人一种节日的气氛。然而，彩灯作为我们生活中的一部分，我们既要知道其然，还要知其之所以然。因此，我们有必要去研究彩灯的工作原理。2 方案论证21 方案说明该设计的关键是对 74LS153 的输入端的强制置数的处理，设计要求产生奇数，实际上就是将第一个 74LS153 的 1C1 强制置 1；要求产生偶数，实际上就是把第一个 74L

4、S153的 1C2 强制置 0；要求产生 0-7 的音乐符号，实际就是把第二个 74LS153 的 2C3 强制置0；也就是说产生十进制的的计数一直是不变的，它内部的技术依然是 0-9 的计数，我们只是在外部改变了它的输出而已，因此我们这个方案采用一个最简易的方案：一个74LS160 一个 74LS161 和两个 74LS153，一个 555 作脉冲产生之用，一片 74LS48 译码，一个七段数码管作显示。 2.2 方案原理首先，用一个 555 构成多谐振荡器产生大约 1HZ 的脉冲，脉冲可以使 74LS160 正常工作循环产生 09 的十进制数作为 74LS153 的输入，用 74LS161

5、 的低两位输出作为两个74LS153 的地址输入控制其输出。74LS160 每循环 09 一次就会产生进位输出为 74LS161提供一个脉冲，使其计数一次，74LS161 在此处做为一个四进制的计数器。在脉冲作用下，74LS161 的低两位循环产生 00、01、10、11 从而使 74LS153 输出相应的十进制数再经74LS48 译码最终使数码管按要求依次显示出数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然2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

6、列如此周而复始，不断循环。经以上的论证我们可知，这个方案在理论上分析是完全可行的，经我们仿真之后验证，此方案是完全可行的。 3 电路的设计与分析31 电路的总体设计由设计要求依次显示自然数列 1、2、3、4、5、6、7、8、9.奇数列 1、3、5、7、9.偶数列 0、2、4、6、8.音乐数列 1、2、3、4、5、6、7、0、1.列出下列关系：自然数列 奇数列 偶数列 音乐数列00000001 0000 00000001 0011 001000010010 0101 0100 0010 0011 0111 0110 00110100 1001 1000 01000101 01010110 011

7、00111 01111000 00001001 0001通过上面的数列可发现如下规律：奇数列最末位都为 1；偶数列最末位都为 0,音乐数列的最高位都为 0.因此该设计的关键是对 74LS153 的输入端的强制置数的处理，设计要求产生奇数，实际上就是将第一个 74LS153 的 1C1 强制置 1；要求产生偶数，实际上就是把第一个 74LS153 的 1C2 强制置 0；要求产生 0-7 的音乐符号，实际就是把第二个74LS153 的 2C3 强制置 0；也就是说产生十进制的的计数一直是不变的，它内部的技术依然是 0-9 的计数，我们只是在外部改变了它的输出而已。用一个 555 构成多谐振荡器产

8、生大约 1HZ 的脉冲，脉冲可以使 74LS160 正常工作循环产生 09 的十进制数作为 74LS153 的输入，用 74LS161 的低两位输出作为两个74LS153 的地址输入控制其输出。74LS160 每循环 09 一次就会产生进位输出为 74LS161提供一个脉冲，使其计数一次，74LS161 在此处做为一个四进制的计数器。在脉冲作用下，74LS161 的低两位循环产生 00、01、10、11 从而使 74LS153 输出相应的十进制数再经74LS48 译码最终使数码管按要求依次显示出数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列） ，1、3、5、7、9（奇数列） ，0、2、

9、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、3偶数列和音乐符号数列如此周而复始，不断循环。3.2 电路的原理框图555 脉冲 电路计数 器计数 器数据选 择器数据选 择器译码 电路数 码 管33 元电路的设计与分析3.3.1 多谐震荡电路的设计与分析555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输

10、出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压 VCC /3 和 2VCC /3 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输

11、入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为 VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于 VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于 VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。555 定时器主要是与电阻电容构成充放电电路，并由两个比较器来4检测电容上的电压以确定输出电压的高低 和放电开关管的通断，可构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产 生电路。时钟信号的产生方式很多，本电路设计使用 5

12、55 定时器，555 定种双极型中规模集成电路，只要在外部配上几个适当的阻容。元件和适当的电路连接，就可构成多谐振荡器。该器件的电源电压为 4.5V-18V，驱动电流也较大，并能提供与 ttl, MOS 电路相兼容的逻辑电平。555 定时器可以构成多谐振荡器。自激多谐振荡器用于产生连续的脉冲信号图 3-1 所示为自激多谐振荡器电路和波形图。 。电路采用电阻、电容组成 RC 定时电路，用于设定脉冲的周期和宽度。调节 RW 或电容 C，得到不同的时间常数；还可产生周期和脉宽可变的方波输出。脉冲宽度计算公式：Tw0.7 (R1+RW+R2) C 振荡周期计算公式：T0.7 (R1+RW+2R2) C

13、经过计算可知 R1 为 720k ， R2 为 360 k。332 译码显示电路的设计与分析 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示） ；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极 COM 接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地线 GND