数字电子技术课程设计-彩灯控制器的设计.doc

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 彩灯循环显示控制电路组成方框图如上图所示,脉冲时钟信号输出高低电平,通过四个计数器依次计数,再由译码器译码,通过数码管显示出自然序列、奇数列、偶数列、音乐序列，序列循环的显示由计数器来控制,每一个序列循环完毕后,计数器会产生一个进位信号,该信号通过计数器进而使序列循环起来。奇数列和偶数列的循环为自然序列和音乐序列的二分频，这样能做到每一次显示的时间相同。 要让四个数列依次循环则采用一个2线—4线译码器和一个四进制计数器。用译码器的输出依次去控制芯片清零端,再通过一个四进制计数器去控制译码器输入,使其在四个输出间不断循环,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输出来控制。电路如图 这个部分主要用到的芯片是74HC390计数器和74HC139译码管,他们的功能表和引脚图分别如下图和表所示。 74HC390功能表 74HC139的功能表 74HC390的引脚图 74HC139的引脚图 三、单元电路设计与参数计算 数列显示部分 这个部分是利用74LS160D计数器来实现的。根据数列不同的特点来连接电路的。电路图如图（以自然序列为例） 数列显示电路原理图 其中主要使用的是74LS160D来实现的，其功能以及引脚图如下图所示。 74HC160引脚图 74HC139的功能表 脉冲信号的产生 选用多谐振荡器，它是一种在接通电源后，就能产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器，常作为脉冲信号源。而选用的电路是555定时器构成的，因为555定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，用它组成的多谐振荡器的震荡频率收电源电压和温度变化的影响很小，这样使产生的矩形波更稳定。电路如图 脉冲信号产生电路图 数列循环电路的设计 在这个部分主要是应用了一个四进制的计数器和一个译码器，这个部分的作用是为了使自然序列，奇数序列，偶数序列，音乐序列的循环显示。其中四个74LS160计数器的进位端与74HC390的CPA相接，这样就可以通过进位端状态由0变为1的瞬间给它一个脉冲触发，而另一个脉冲端则是与其输出端QA相接的，这样的接法是为了使74HC390实现8421BCD码十进制计数的功能。然后再让74HC390的输出端QA，QB分别与译码器74HC194相接，这样可以用译码器来控制计数器的动作状态，它可以决定由哪个74LS160计数器来工作。当QA，QB为“0”，“0”时，这时译码器的输出端就只有Yo为0，接一个反相器然后再接产生自然序列的计数器的清零端；这样就可以实现只有自然序列输出的功能，同理当QA，QB为“0”，“1”时，这时译码器的输出端就只有Y1为0，接一个反相器然后再接产生奇数序列的计数器的清零端，这样就可以实现只有奇数序列输出的功能；当QA，QB为“1”，“0”时，这是译码器的输出端就只有Y2为0，接一个反相器然后再接产生偶数序列的计数器的清零端，这样就可以实现只有偶数序列输出的功能；当QA，QB为“1”，“1”时，这是译码器的输出端就只有Y3为0，接一个反相器然后再接产生音乐序列的计数器的清零端，这样就可以实现只有音乐序列输出的功能。其产生序列的功能就是这样实现的。其电路图如图 用译码器实现的循环电路 序列显示电路的设计 十进制自然序列的显示电路 由于74HC160本身就是一个十进制技术的芯片，因此对于这个部分就需要按其功能表来接电路就可以实现十进制自然序列输出了。在脉冲信号的触发下，计数器的输出端的状态依次为0000→0001→0011→0100→0101→0110→0111→1000→1001，然后再将计数器的输出端和数码管的输入端口相接就可以在数码管上面看到依次显示从0到9了。其序列显示电路图如图 自然数列的显示电路图 奇数序列显示电路 将奇数1，3，5，7，9用8421BCD码分别表示为：“0001”，“0011”，“0101”，“0111”，“1001”，可以发现最后一位都为1，因此可以在上述十进制自然序列的基础上将数码管的最低位接高电平就可以实现奇数序列了。虽然在每个脉冲触发的作用下，芯片实现的仍然是十进制，但是用于数码管最低位接高电平，在数码管现实的则是奇数列，但是显示的时间间隔是正常自然序列的2倍，