数字电子技术课程设计 彩灯控制器的设计

课程设计说明书

课程名称： 数字电子技术课程设计

题 目： 彩灯控制器的设计

学生姓名： 专 业： 电子信息工程 班 级： 电信09-1 学 号： 指导教师： 李继凯 日 期： 2010 年 12 月 21日

课 程 设 计 任 务 书

一、 设计题目

彩灯控制器的设计

二、 主要内容及要求

（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。

三、 进度安排 1．老师给出选题内容，课程设计的相关要求，指导时间及任务完成期限。 2. 复习数子电子技术基础的内容，扎实基础。

3．去图书馆和网上查找相关资料，并且构思整个设计思路。

4．选择适当的芯片组合电路，设计各个部分的电路图，并用仿真软件设计，改善电路图。

5．根据电路的原理写出设计方案。

6．设计方案的检查，修正，改进，按要求打印方案。

四、 总评成绩

指导教师

学生签名

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

彩灯是一束束用导线连接起来的并联灯泡，当接通电源后，彩灯就会工作，但里面可能是由编程或非编程的电路控制灯泡的运作的，譬如实现音乐彩灯、闪烁、循环、时控等功能。

数列的产生可以通过计数器和逻辑门实现，而循环则需要用到时序电路控制，如触发器等，而最后可以用逻辑门把几个输出接到同一个数码管。 方案一:

选择用JK触发器构成两位二进制计数器控制四种循环

用十进制计数器产生序列，采用具有异步清零和异步置数功能的74192（双时钟十进制同步可逆计数器）来实现包括0-9的自然数列、1-9的奇数数列、0-8的偶数数列和音乐数列的二进制计数。

再通过逻辑门电路将序列输出，包括与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。 方案二：

异步二—五—十进制加法计数器的74LS160和74LS139来实现包括0-9的自然数列、1-9的奇数数列、0-8的偶数数列和音乐数列的二进制。

采用555定时器构成的多谐振荡器、七段数码管、电阻、75LS139、电容等来控制四种循环。 方案论证：

方案一用到的材料比较简单，而方案二思路简单易明。所以本人认为选择第二种方法较好。

三、单元电路设计与参数计算

1、彩灯控制器的构成

设计的总电路由循环控制电路、序列控制电路、输出电路三部分组成，其中序列控制电路又包括自然序列、奇偶序列和音乐序列控制电路。其工作流程是通过循环电路控制序列电路中序列的循环，再由输出电路输出序列。 其工作框图如图1所示。

时钟、控制电路序列控制电路输出电路 图1 电路工作总框图

2．彩灯控制器的工作原理

时钟脉冲由555时序电路产生。

要让四个序列依次完成循环显示则采用一个2线-4线译码器。用译码器的输出依次去控制芯片的清零端，再通过一个四进制计数器去控制译码器，使其在四个输出间不断的循环，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电路来控制。

控制电路电路图

自然序列:

自然序列的循环即十进制计数，而芯片74HC160恰巧为十进制计数器，则在信

号

脉

冲

下

其

状

态

转

换

为

：

0000-0001-0010-0011-0100-0101-0110-0111-1000-1001-0000，由此得自然序列电路图

奇数序列:

奇数序列为1,3,5,7,9，分析其状态转换为0001-0011-0101-0111-1001，发现去最低位都为1，当取出最低位后，其状态转换图为000-001-010-011-100，为自然系列的四进制加法器，由74HC160芯片连接的电路得

偶数序列:

偶数序列为0,2,4,6,8 ，分析其状态转换为0000-0010-0100-0110-1000，发现去最低位都为0，当取出最低位后，其状态转换图为000-001-010-011-100，为自然系列的四进制加法器，由74HC160芯片连接的电路图得

音乐序列： 音乐序列为

0,1,2,3,4,5,6,7,0,1， 分析其状态转换为

0000-0001-0010-0011-0100-0101-0110-0111-0000-0001，发现去最高位都为0，当

取

出

最

高

位

后

，

其

状

态

转

换

图

为

000-001-010-011-100-101-110-111-000-001，为自然系列的十进制加法器的后三位组合，则音乐序列最高位接0。由74HC160芯片连接的电路图得

四、总电路工作原理及元器件清单

总原理图

总体工作原理：

电路设计需要实现循环依次输出自然序列，奇数序列，偶数序列，音乐序列。电路中四个74LS160的输出端分别与四个与门连接，然后再将与门电路的输出端与数码管的输入端相接。

当打开电路的开关后，首先输出自然序列，这时自然序列芯片先工作，它的清零端接的是：“1”，这时其处于计数操作然后通过与或门相接再接至数码管的输入端，就可以一次显示从0到9，当自然序列计数器的输出从9变为0的瞬间，它的进位端的状态是“1”，恰好产生一个脉冲，给74HC390一个脉冲，40HC390在工作的时候产生的输出为译码器提供地址码，使得奇数序列开始工作，然后奇数序列计数完，再输出一个“1”，产生一个脉冲给74HC390，如此循环控制偶数序列，偶数序列控制音乐序列。 元件清单

元件序号 U1, U3, U4, U2 U9, U10, U11, U12 U7, U13, U14, U15, U16 U6 U5 A1 C1,C2 R1,R2

主要参数 74LS, 74LS160D 74LS, 74LS04N CMOS_5V, 4072BD_5V 74LS, 74LS390D 74LS, 74LS139N 555_VIRTUAL 1uF 2kΩ 型号 数量 4 4 5 1 1 1 2 2 五、仿真调试与分析

经测试之后，电路可以实现设计要求，可以实现从自然序列，奇数序列，偶数序列和音乐序列的循环显示。电路缺点是有仿真重新开始时，显示的序列有时有不确实性。

六、结论与心得

这次的课程设计是一个很好的锻炼的机会，让我们能够充分应用自己所学的理论知识和潜力去设计出一个简便的电路。同时也提高了我们查阅资料的方法，以及自己处理设计电路的能力。自己能明显的感觉到在设计个过程中自己的思路变的开阔，并对各新旧芯片的的连接和处理有了新的认识。

通过本次课设，了解到单独功能的电路设计比较简单，但要把若干个功能的电路、元件组合起来就比较困难，必须很好地了解各个电路间的关系，还要选用适当的元件来组合各电路。总的来说，这次课设对我们的现在以及将来的学习、工作都是有很大帮助的，而且使我学会了分析设计电路的思维模式，大大提高了动手实践能力。

七、参考文献

1、《电子线路设计·实验·测试》第二版 谢自美 华中理工大学出版社； 2、《数字电子技术基础》 阎石 清华大学出版社； 3、《数字逻辑电路》 杨文霞 科学出版社；