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1、 电子课程设计 -喷泉控制器 学院：电子信息工程学院 专业，班级： 姓名： 学号： 指导老师： 2014年12月 第 1 页 共 17 页 目录1、 设计任务与要求 第03页 2、 总体框图第03页 3、 器件选择第04页 4、 功能模块第11页 5、 总体设计电路图第15页 六、实习心得第 17 页 喷泉控制器1、 设计任务及要求设计任务： 设计一个喷泉控制器设计要求： 喷泉有A,B,C三组喷头。按下按钮k1启动后，A组先喷5秒，后B,C同时喷，5秒后B停；再5秒后C停；而A,B又喷，再2秒后C也喷；持续5秒后全部停；再过3秒重复上述过程。按钮K2可以停止所有喷水。二、总体框图 1，总体设计
2、框图 总体设计框图如图2-1所示。 四段数码管时间显示器二十五进制计数器LED显示控制电路秒脉冲发生器 图2-1 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：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
3、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，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
4、低电平时，它实现保持功能，给它一个高电平时，它实现翻转功能。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个八输入与非门使之在这六个时间点时输出一
5、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，实现翻转功能。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。三，选择器件1，选择器件型号选择器件型号，件数及逻辑符号如图表3-1所示，逻辑框图如表3-2 所示。 表3-1 器件列表序号器件名称器件型号逻辑符号件数1三输入与非门74LS10N12四输入与非门74LS20N33八输入与非门74LS30N64非门74LS04N85十进制计数器74LS160N26JK触发器74LS73
6、N37四段数码显示管DCD_HEX28控制开关J395V电压VCC110秒脉冲发生器CLOCK_ VOLTAGE111红，绿，橙信号灯3 表3-2 器件逻辑框图 器件名称 逻辑框图 非门 与非门 十进制计数器 74LS160 JK触发器 2，器件的逻辑功能表及内部原理图（1）四2输入非门74LS04 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： ，A为输入端，Y为输出端。 其功能如表3-3所示。表3-3 74LS04非门真值表 输入 输出 A Y 0 1 1 0 其内部原理图如图3-1所示。图3-1 74LS04管脚分布图 (2)二4输入与非门74LS2O 由于用到的与非门较
7、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： ,A、B、C、D 分别为输入端，Y为输出端。其功能如表3-4所示。表3-4 74LS2O与非门真值表ABCDY00001000110010100111010010101101101011 111000110011101011011111001110111110111110 其内部原理图如图3-2。图3-2 74LS20管脚分布图（3）同步十进制计数器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，其逻辑框图及逻辑符号如表3-2、表3-
8、3所示。 逻辑符号中,LOAD为置数端,CLR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3-5所示。表3-5 74LS160功能表 其内部结构图如图3-3所示。图3-3 74LS160内部结构图（4）JK触发器74LS73N 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：当CP=0时，触发器处于一个稳态
9、，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的跳变经前者影响输出比经后者要快得多。在CP由0变1时，G22的输出首先由0变1，这时无论G23为何种状态（即无论
10、J、K为何状态），都使Q仍为0。由于Q同时连接G12和G13的输入端，因此它们的输出均为0，使G11的输出Q=1，触发器的状态不变。CP由0变1后，打开G3和G4，为接收输入信号J、K作好准备。 当CP 由1变0时触发器翻转，设输入信号J=1、K=0，则Q3=0、Q4=1，G13和G23的输出均为0。 当CP 下降沿到来时,G22的输出由1变0,则有Q=1，使G13输出为1，Q=0，触发器翻转。虽然CP变0后，G3、G4、G12和G22封锁，Q3=Q4=1，但由于与非门的延迟时间比与门长（在制造工艺上予以保证）,因此Q3和Q4这一新状态的稳定是在触发器翻转之后。由此可知,该触发器在CP下降沿触
11、发翻转，CP一旦到0电平，则将触发器封锁，回到第一种情况。 总之，JK触发器在CP下降沿前接受信息，在下降沿触发翻转，在下降沿后触发器被封锁。其逻辑功能表如下表3-6所示。 表3-6 74LS73N JK触发器功能表 其内部原理图如图3-4所示。 图3-4 74LS73N JK触发器内部原理图 四、功能模块1、各模块的电路原理图、逻辑功能及器件的连接关系(1)秒脉冲信号发生器器件的连接关系：CLOCK_VOLTAGE正的一端接二十五进制计数器的CLK端，另一端接地 ，构成秒脉冲发生器如图4-1所示。逻辑功能：产生计一计数脉冲。 图4-1秒脉冲发生器（2） 二十五进制计数器 逻辑功能：实现计数功能。 器件的连
