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1、电子课程设计 喷泉控制器设计 学 院：电子信息工程学院 专 业：电气工程及其自动化 班 级：电 气 888888 班 姓 名： 学 号：888888888888888888 指导教师： 2012 年 12 月 27 号 太原科技大学 电子课程设计 - 1 - 目录 一、设计任务与要求第 02 页 二、总体框图第 02 页 1、总体框图第 02 页 2、各模块功能第 03 页 3、具体设计思路第 03 页 三、器件选择第 04 页 1、设计所需的器件第 04 页 2、器件的逻辑框图第 05 页 3、器件的逻辑符号第 06 页 4、器件的逻辑功能表及内部原理图第 07 页 四、功能模块第 11 页
2、 1、各模块的电路原理图、逻辑功能及器件的连接关系第 11 页 2、Multism 的仿真结果第 14 页 3、数字试验箱的验证结果第 14 页 五、总体设计电路图第 15 页 1、总体电路原理图第 15 页 2、电路的整体工作情况第 16 页 3、模块之间的连接关系第 16 页 4、硬件的实验结果第 16 页 六、实习心得第 16 页 太原科技大学 电子课程设计 - 2 - 喷泉控制器 喷泉是一种将水或其他液体经过一定压力通过喷头喷洒出来具有特定形状的组合体。 喷泉原是一种自然景观，是承压水的地面露头。现在广泛运用于生活各处。如园林中的喷泉，是为了造景的需要，人工建造的具有装饰性的喷水装置。
3、喷泉可以湿润周围空气，减少尘埃，降低气温，除此之外，喷泉的细小水珠同空气分子撞击，能产生大量的负氧离子。因此，喷泉有益于改善城市面貌和增进居民身心健康。 喷泉景观概括来说可以分为两大类：一是因地制宜，根据现场地形结构，仿照天然水景制作而成，如：壁泉、涌泉、雾泉、管流、溪流、瀑布、水帘、跌水、水涛、漩涡等。二是完全依靠喷泉设备人工造景，这类水景近年来在建筑领域广泛应用，发展速度很快，种类繁多，有音乐喷泉、程控喷泉、摆动喷泉、跑动喷泉、光亮喷泉、游乐喷泉、超高喷泉、激光水幕电影等。但无论是哪一种形式的喷泉， 都离不开一个控制电路， 控制电路设计的越完美， 就越能出现唯美的喷泉，带来视觉、甚至听觉上
4、的享受。 一、设计任务与要求 设计任务：设计一个喷泉控制器。 设计要求：喷泉有 A、B、C 三组喷头，按下1K启动后，A 组先喷 5s，然后 B、C 同时喷，5s 后 B 停，再 5s 后 C 停，而 A、B 又喷，在 2s 后 C 也喷，持续 5s后全部停，再过 3s 重复上述过程。 按钮 K2 可以随时停止所有喷头喷水 （2K控制器输出信号控制电磁水阀门开启与关闭，也就控制了喷泉是否喷水） 。 太原科技大学 电子课程设计 - 3 - 二、总体框图 1、总体设计框图： 图 1 总体设计框图 2、各模块功能： （1）秒脉冲信号发生器：产生一个信号脉冲作为计数器的脉冲。 （2）二十五进制计数器：
5、通过两个十进制计数器组成一个二十五进制计数器，用来计数灯的工作时间状态，即喷泉的工作时间状态。 （3）控制电路：利用非门和与非门的组合使之分别在 24s、4s、9s、14s、16s、21s 输出一个低电平，然后再通过与非门把信号传给 JK 触发器，使 JK 触发器实现保持和翻转功能，从而使指示灯出现亮或灭的状态，即喷泉的喷水或暂停。 （4）四段数码管时间显示器：显示时间计数，以确定喷泉的起喷和暂停时间。 （5）LED 灯显示：仿真中用灯代替喷泉，通过灯的亮灭来看喷泉是否喷水。 3、设计思路：通过对设计题目的分析可知，喷泉的工作时间是固定的。以A 组为例：当按下 K1 启动后，A 组先喷 5s，
6、然后接下来的 10s A 组都是停止的，再往后 A 组又喷 7s，然后停 3s，接下来就是以此重复的。 由此可看出，整个喷泉是以 25s 循环的，所以我用两个 74LS160N 设计了一个二十五进制计数器，每 25s 置零一次，由此来实现它的循环过程。另外分析它的工作状态，无论是 A 组还是 B 组还是 C 组，其工作状态只有两种，要么工作，要么不工作。 因此我想到了选择 T 触发器(把 JK 触发器的 J 端和 K 端相连即构成T 触发器)，当给它一个低电平时，它实现保持功能，给它一个高电平时，它实秒脉冲信号发生器 二十五进制计数器 控制电路 LED 灯显示 四段数码管时间显示器 验证 太原
7、科技大学 电子课程设计 - 4 - 现翻转功能。正好和喷泉的工作状态一致，要么保持喷，要么保持不喷，从喷到不喷只需要翻转就能实现。 而如何在需要的时间给 T 触发器一个需要的电平。再分析 A 组，按下 K1 启动后，A 组喷水，5s 后 A 组停止，然后过 10s A 组又喷以此类推，即可发现A 组需在第 24s、4s、14s、21s 翻转，而要翻转则需要在 24s、4s、14s、21s 这四个时间点给 T 触发器输入一个高电平，由此我想到了用与非门来实现。 再对设计做整体分析，可知不同的组在 24s、4s、9s、14s、16s、21s 这六个时间点中的部分时间点都需要翻转， 所以我用了 6
8、个八输入与非门使之在这六个时间点时输出一个低电平，其他点都输出高电平，再根据不同的组选择各自需要的翻转时间点，然后再通过一个与非门连接到 T 触发器，从而也就实现了在需要的时间点给 T 触发器一个需要的电平。也就实现了对喷泉的控制。 三、选择器件 1、器件名称：如下表 1 所示 表 1 器件列表 序号 器件名称 器件型号 器件个数 1 三输入与非门 74LS10N 1 件 2 四输入与非门 NAND4 1 件 3 五输入与非门 NAND5 2 件 4 八输入与非门 7430N 6 件 5 非门 74LS04N 8 件 6 十进制同步计数器 74LS160N 2 件 7 JK 触发器 74LS7
9、3N 3 件 8 四段数码显示管 DCD_HEX 2 件 9 控制开关 J 5 件 10 +5V 电压 VCC 1 件 11 秒脉冲信号发生器 CLOCK_VOLTAGE 1 件 12 蓝、红、橙指示灯 21 件 太原科技大学 电子课程设计 - 5 - 2、逻辑框图：如下表 2 所示 表 2 器件的逻辑框图 器件名称 逻辑框图 非门 与非门 十进制同步计数器 74ls160 JK 触发器 太原科技大学 电子课程设计 - 6 - 3、逻辑符号：如下表 3 所示 表 3 器件的逻辑符号 器件名称 逻辑符号 三输入与非门 四输入与非门 五输入与非门 八输入与非门 非门 十进制同步计数器 太原科技大学
10、 电子课程设计 - 7 - JK 触发器 四段数码显示管 控制开关 +5V 电压 秒脉冲信号发生器 蓝、红、橙指示灯 4、器件的逻辑功能表及内部原理图： （1）非门： 太原科技大学 电子课程设计 - 8 - 非门又称为反相器，是实现逻辑非运算的逻辑电路，其逻辑表达式为： Y=A A 为输入端，Y 为输出端 其功能如表 4 所示： 表 4 非门真值表 A Y 0 1 1 0 （2）与非门： 由于用到的与非门较多，但原理一样，所以这里以四输入与非门为例： 与非门可实现与门和非门的复合运算， 其输出与输入之间的逻辑关系用逻辑表达式表示为： Y=DCBA A，B，C，D 分别为输入端，Y 为输出端 其
11、功能如表 5 所示： 表 5 四输入与非门真值表 A B C D Y 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 （3）74LS160： 74LS160 是同步十进制计数器，它具有异步清除和同步置数等功能，其逻辑太原科技大学 电子课程设计 - 9 - 框图及逻辑符号如表 2、表 3 所示： 逻辑符号中,LOAD为置数端,C
12、LR为清零端，ENTENP 为使能端。CLK 为脉冲输入端。A、B、C、D 为计数器输入端，AQ、BQ、CQ、DQ为数据输出端，其功能表如表 6 所示： 表 6 74ls160 的逻辑功能表 其内部原理图如下图 2 所示： 图 2 74ls160 的内部原理图 太原科技大学 电子课程设计 - 10 - （4）JK 触发器： JK 触发器是数字电路触发器中的一种电路单元。JK 触发器具有置0、置1、保持和翻转功能，在各类集成触发器中，JK 触发器的功能最为齐全。在实际应用中，它不仅有很强的通用性，而且能灵活地转换其他类型的触发器。由 JK 触发器可以构成 D 触发器和 T 触发器。 工作原理：如
13、上表 2 中所示：当 CP=0 时，触发器处于一个稳态，G3、G4 被封锁，不论 J、K 为何种状态，Q3、Q4 均为 1。另一方面，G12、G22 也被 CP 封锁，因而由与或非门组成的触发器处于一个稳定状态，使输出 Q、Q 状态不变。 当 CP 由 0 变 1 时，触发器不翻转，为接收输入信号作准备。设触发器原状态为 Q=0，Q=1。当 CP 由 0 变 1 时，有两个信号通道影响触发器的输出状态，一个是 G12 和 G22 打开，直接影响触发器的输出，另一个是 G4 和 G3 打开，再经G13 和 G23 影响触发器的状态。前一个通道只经一级与门，而后一个通道则要经一级与非门和一级与门，显然 CP 的
