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1、数字电子技术基础课程设计（论文）辽 宁 工 业 大 学 数字电子技术基础课程设计（论文）题目： 彩灯控制器 院（系）：电子与信息工程学院专业班级： 通信101班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 王景利 教师职称：_ 副教授 起止时间：2012.12.292013.1.11 I课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室：电子信息工程学 号学生姓名专业班级通信101课程设计（论文）题目彩灯控制器课程设计（论文）任务设计参数：1有十只LED，L0L9 2显示方式 先奇数灯依次灭 再偶数灯依次灭 再由L0到L9依次灭 3显示间隔0.5S，1S可调。设计要求：1 .分析设计要求，明
2、确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。指导教师评语及成绩平时成绩（20%）： 论文成绩（60%）： 答辩成绩（20%）： 总成绩 ： 成绩： 指导教师签字： 年 月 日摘 要该文中设计的彩灯控制器电路由
3、555定时器改装成多谐振荡器产生时钟脉冲电路部分、74LS161构成的23进制计数器电路部分、74LS138译码器构成的译码电路部分和逻辑门组成的输出控制电路部分等组成，能实现控制10个LED灯先奇数灯依次灭，然后偶数灯依次灭，最后所有的灯依次灭，并且能实现自动循环变化。通过555定时器构成的多谐振荡器为74LS161提供时钟脉冲信号构成的23进制计数器，计数器输出对应彩灯变化的23种状态，再通过译码电路和输出控制电路就可以实现课题所要求的彩灯工作方式。关键词：彩灯控制器；74LS161；74LS138译码器；控制电路；目录第1章 绪论11.1 彩灯控制器应用的意义11.2 课题设计的参数及要
4、求11.2.1 设计参数11.2.2 设计要求11.3课题分析及方案论证21.3.1课题要求分析21.3.2 方案论证21.4 整体设计方案的框图及分析3第2章 各单元电路的设计42.1 时钟脉冲信号源的设计42.2 23进制计数器的实现52.3 5线-32线译码器62.4 控制电路的实现7第3章 设计的整体电路工作原理及仿真测试103.1 总体完整电路图的设计103.2 仿真测试113.2.1 奇数灯依次灭113.2.2 偶数灯依次灭113.2.3 所有的LED灯按顺序依次灭11第4章 课程设计的总结15参考文献16附录17第1章 绪论1.1 彩灯控制器应用的意义随着科学技术的发展及人民生活
5、水平的提高，在生活中使用彩灯作为一种装饰越来越流行，彩灯既可以增强人们的视觉效果，又可以增添节日气氛，为人们的生活增添了亮丽色彩。现代数字电子技术的发展逐渐趋向于小型化、快速化、精确化、大容量、控制使用简易方便的方向发展。因为电子技术应用覆盖的领域面广，抽象能力强，在实际中应用得越来越广泛。在数字电子技术广泛应用的阶段，人们开始追求贯彻整个系统的自动化设计，整个过程通过集成块完成自动控制，提高了设计的质量和效率，大大降低了故障产生的机会。本课题所设计的彩灯控制器，就是数字电子技术在实际生活中应用的一个很好体现。1.2 课题设计的参数及要求 1.2.1 设计参数1 有十只LED，L0L9 2 显
6、示方式 先奇数灯依次灭 再偶数灯依次灭 再由L0到L9依次灭 3显示间隔0.5S，1S可调。1.2.2 设计要求1分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。1.3课题分析及方案论证1.3.1课题要求分
7、析根据课题设计的要求分析易知，需要实现控制彩灯的23 种状态（即开始灯全部亮1种状态，奇数的灯依次灭5种状态，然后所有的灯再全部亮1种，偶数的灯依次灭5种，然后所有的灯全部亮1种，然后所有的灯按照序号从L0到L9依次灭10种状态，总共23种），因此此处可以用一个23 进制的计数器实现循环控制，用计数器从0 到22的23种状态对应来控制10个LED彩灯显示的23 种状态（0000010110），然后将计数器输出的十六进制数用5线32线译码器译成十进制数输出，可以实现高低电平的控制。 再通过画出这23 种状态转换表和计数器数字对应的真值表，列出逻辑表达式，然后用适当的与非门、或门及非门等器件，按照
8、得到的逻辑表达式搭建逻辑组合电路，便可实现题目所要求的彩灯控制结果。1.3.2 方案论证方案一 ：分析列出彩灯控制的所有23种状态，再设计一个对应的23进制计数器，利用计数器的每种输出来控制彩灯的变化，计数器和彩灯之间利用逻辑门器件设计适当的控制电路即可实现设计要求。由于列出输出状态的真值表、写出对应状态转换的表达式，思路明确简单，控制产生的现象明显、稳定，易于实现。方案二：利用两片十进制计数器74160设计一个40进制计数器，再用个位的0-9十种输出状态与十位的0-3四种输出状态通过逻辑器件构成LED灯的控制电路，实现彩灯的亮灭控制。前十种状态所有LED灯都一直亮，下十种状态为奇数灯依次灭，
9、再下十种状态为偶数灯依次灭，最后十种状态为所有灯依次灭。该方案能实现LED的控制要求，但是LED灯开始亮的时间是灭的时间的10倍，等待时间比较长，而且对10个LED灯的控制电路比较复杂，逻辑门器件容易出现延迟、竞争冒险风险，从而影响对LED灯的控制结果。综上分析比较，经过各方面的衡量考虑，最后选定方案一。其易于实现，控制原理简单，而且整体性能稳定，实现的效果较好。1.4 整体设计方案的框图及分析总体设计方案的框图如下所示：5线32线译码电路23进制计数器产生时钟脉冲信号 电路 逻辑门 控制电路10个LED彩灯图1.1 整体设计方案的框图由上框图分析可知需要实现控制彩灯的23 种状态，此处可以用
10、一个23 进制的计数器实现循环控制，用计数器从0 到22的23种状态对应来控制10个LED彩灯显示的23 种状态（0000010110），然后将计数器输出的十六进制数用5线32线译码器译成十进制数输出，可以实现高低电平的控制。 再通过画出这23 种状态转换表和计数器数字对应的真值表，列出逻辑表达式，然后用适当的与非门、或门及非门等器件，按照得到的逻辑表达式搭建逻辑组合电路，便可实现题目所要求的彩灯控制结果。第2章 各单元电路的设计2.1 时钟脉冲信号源的设计本设计中计数器芯片74LS161的时钟脉冲信号是由555定时器组成的多谐振荡器产生的，其中再加上外接元件R1、R2和电容C。 将R1改用滑
11、动变阻器，就可以根据需要随时改变时钟信号的脉冲宽度，从而调整脉冲周期来改变计数的快慢，进而调节控制彩灯变化的时间间隔。555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路，它由分压器、比较器、基本R-S触发器和放电三极管等部分组成。分压器由三个5的等值电阻串联而成。分压器为比较器、提供参考电压，比较器的参考电压为2/3Vcc，加在同相输入端，比较器的参考电压为1/3Vcc，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放、组成。高电平触发信号加在的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R-S触发器端的输入信号；低电平触发信号加在的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，
12、其结果作为基本RS触发器端的输入信号。基本R-S触发器的输出状态受比较器的输出端控制。由555定时器组成的多谐振荡器如下图示： 图2.1 多谐振荡器产生时钟脉冲信号电路2.2 23进制计数器的实现23进制计数器是由两个16进制计数器构成，并且将23进制计数器的每个状态输出，令其对应LED的每一种状态。23 进制计数器：用2 片74LS161（具有异步清零，同步置数的功能）扩展成23进制计数器，采用并行进位方式、整体置数法。因为计数器需要23种状态（00000-10110），所以先用两片74161连接成256（16*16）进制计数器，然后在输出为10110（22）时，用与非门来控制两计数器的LD
13、N端预置数到零，完成一次完整的循环计数。23进制计数器的设计电路如下图示： 图2.2 采用十六进制计数的23进制计数器2.3 5线-32线译码器5线-32线译码器是由5片74LS138译码器实现，它的扩展原理同用2片74LS138进行4线16线扩展类似。正常的5线-32线译码器应该需要5片74LS138译码器来扩展实现，但由于本设计中要求控制彩灯变化的状态只有23种，故只需要用4片74LS138即可实现5线-24线的译码功能，左边的一片74LS138芯片用于控制选择右边的三片74LS138芯片的工作或者锁定状态，右边的三片74LS138芯片每片都可控制八种输出状态，共可控制输出二十四种状态，而题目要求为二十三种，所以能满足题目的要求。当接通时，先通过左边的芯片控制右边芯片的使能端来控制其是否工作，然后右边的芯片再进行移位变化控制终端LED彩灯的状态，从而实现二十三种状态的循环。5线-32线译码实现电路如下图示： 图2.3 5线32线译码电路图2.4 控制电路的实现由23进制计数器输出一个五位二进制数（0000010110），对应于彩灯所输出的23种状态（1表示灯亮，0表示灯灭），相应的真值表如下表所示：表2.1 10个LED灯的真值表L0L1L2L3L4L5L6L7L8L901111111111110111111112101011111131010101111410101010
