彩灯控制电路论文设计Word文档下载推荐.docx
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2.关键字
循环彩灯、时钟信号CP电路、花型控制电路、花型演示电路、节拍控制电路。
3.设计背景
3.1了解数字电路系统的定义及组成
数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。
输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号,其形式包括各种输入接口电路。
比如数字频率计中,通过输入电路对微弱信号进行放大、整形,得到数字电路可以处理的数字信号。
模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再进行处理。
在设计输入电路时,必须首先了解输入信号的性质,接口的条件,以设计合适的输入接口电路。
3.2掌握时钟电路的作用及基本构成
时钟电路是数字电路系统中的灵魂,它属于一种控制电路,整个系统都在它的控制下按一定的规律工作。
时钟电路包括主时钟振荡电路及经分频后形成各种时钟脉冲的电路。
比如多路可编程控制器中的555多谐振荡电路,数字频率计中的基准时间形成电路等都属于时钟电路。
设计时钟电路,应根据系统的要求首先确定主时钟的频率,并注意与其他控制信号结合产生系统所需的各种时钟脉冲。
4.设计方案的选择
针对题目设计要求,经过分析与思考,拟定以下二种方案:
方案一:
总体电路共分三大块。
第一块实现花型的演示;
第二块实现花型的控制;
第三块实现时钟信号的产生。
主体框图如下:
方案二:
在方案一的基础上将整体电路分为四块。
第三块实现节拍控制;
第四块实现时钟信号的产生。
并在部分电路的设计上与方案一采用了完全不同的方法,如花型的控制。
根据所提供的实验器材各模块总体思路如下:
时钟信号CP电路:
参见高等教育出版社王淑银主编的《数字电路与逻辑设计》课本P404图10-3-6(a);
花型控制电路:
由1614位二进制同步计数器完成;
花型演示电路:
由195双向移位寄存器完成(可左移右移完成花型变化);
节拍控制电路:
节拍变化由151八选一数据选择器完成,节拍的快慢变化可有74双上升沿D触发器完成,它可实现二分频。
总体方案的选择
方案一与方案二最大的不同就在,方案一是基于基本要求而设计的,方案二加入了节拍的变化,花型控制电路和花型演示电路的CP都是节拍控制之后的CP。
两种方案的基本思路相同,将整个设计电路的功能模块化,设计思想比较简单。
元件种类使用少,且都较熟悉易于组装电路。
这么设计的出发点是:
电路设计模块化,易于检查电路,对后面的电路组装及电路调试都很方便。
。
花型控制电路简单,花型也比较简单。
由于在设计的构想时期,已经确定将电路模块化,设计的过程中又已经将节拍控制电路设计出来,通过仿真软件也实现了设计要求——分频。
方案二同时完成了选做的要求,只要确保每一模块实现其功能方案二并不难也不复杂,为了确保短时间内完成课程设计和高效率,我选择了方案二。
5.单元电路的设计
5.1花型控制电路
由二片移位寄存器194实现。
其八个输出信号端连接八个发光二极管,用其输出信号控制发光二级管的亮灭实现花型演示。
而花型之间的变化通过花型控制电路的输出即161级联的计数器输出控制(它们由同一个CP脉冲控制)。
三种花型变换样式
花型1:
8路灯分两半。
从左至右渐亮,全亮后,再分两半从左至右渐灭。
循环两次;
花型2:
从中间到两边对称地逐次渐亮,全亮后仍由中间到两边逐次渐灭。
花型3:
从左至右顺次渐亮。
全亮后逆序渐灭。
循环两次。
移存器输出状态编码表
节拍序号
花型1
花型2
花型3
1
00000000
2
10001000
00011000
10000000
3
11001100
00111100
11000000
4
11101110
01111110
11100000
5
11111111
11110000
6
01110111
11100111
11111000
7
00110011
11000011
11111100
8
00010001
10000001
11111110
9
10
01111111
11
00111111
12
00011111
13
00001111
14
00000111
15
00000011
16
00000001
我的设计是每种花型完整显示两遍,所以三种花型完全显示一遍需要的总结拍数为64,即1~16显示第一个花型,17~32显示第二个花型,33~64显示第三个花型。
要用194实现三个花型的连续显示必须对两片194的S1、S0和SL、SR一句节拍的变化进行相应的改变,通过161的输出反馈来控制经过观察每16个CP低位片输出Q1—Q4变化比较频繁,根据变化的花型频率选用高位片的Q5—Q6去控制194的SL、SR、S1、S0的变化从而实现滑行的变化。
现将两片194分为低位片1和高位片2,再将其输出端从低位到高位记为L1~L8。
列出各花型和其对应的194的S1、S0、SL、SR的输入信号及节拍控制信号列表如下:
(用^Li表示Li的取非)
花型
低位片
节拍控制信号
SL
SR
S1
S0
QEQF
X
^L8
00
L4
01
x
列出卡诺图分析
194低位片
QE
QF
0
1
X
0
SL=^L8S1=QE.^QF
^L8
1
SR=^L8SL=^(QE.^QF)
194高位片
L4
XL4
SL=XSR=^QF.^L8+QF.L4
S1=0S0=1
由上图分析可以得到控制194高、低位片的左移右移变化控制端S1、S0以及串行输入端的由161的输出端QE、QF和本身输出端L4和^L8控制。
用去QA—QH表示161从低位到高位的个输出端。
控制结果表达式如下:
S1=QE.^QF
S1=0
S0=^S1
S0=1
SL=^L8
SL=X
SR=^L8
SR=QF.L4+^QF.^L8
电路图如下:
5.2花型演示电路
由二片161级联的模128(三种花型节拍每种显示两遍,再总体重复一遍的总节拍数)计数器。
161的级联用的是同步,并用^QH清零。
当三种花型全新显示一遍后(总共64拍)161的输出变为00000100所以将161高位片的Q2(即QG)信号输给节拍控制电路的151的A来通过节拍控制电路改变第二遍花型显示的频率。
161的CP脉冲来自节拍控制电路中74的输出端Y。
电路图如下:
5.3节拍控制电路
由一片151和一片74级联实现。
整体上实现脉冲频率的变换,即交替产生快慢节拍。
令74的Vcc,CLR,PR都接高电平,将^Q的输出接到D端,Q端的输出接到151的D1端。
令151的B,C,G’,GND接低电平,Vcc接高电平,D0接时钟信号的CP脉冲,A端接由花型控制电路的QG输出。
所以Y端的输出就为:
Y=CP·
^A+Q·
A
(Q是74D触发器的输出端)由D触发器具有记忆功能,记录上一个状态,所以在每一个CP脉冲的上升沿,Q输出为上一次的记录(即一个脉冲)。
也就比时钟信号电路的CP脉冲慢了一拍。
所以通过A为0或1选择Y端输出的脉冲的频率。
A端接的是161的高位片的QG即当到达第64拍时QG为1接下来的65~128拍为变慢后的脉冲输出。
电路图如下:
5.4时钟信号电路
由一片555加上适当电容及电阻实现。
电容取:
4.7μf0.01μf
电阻取:
150kΩ4.7kΩ
6.总体电路图
注:
由于仿真画图时芯片复杂,CP产生电路产生用电源代替(已试验,可以等效)。
7.各个单元电路输入输出波形
1.基本CP脉冲产生电路波形图与分频电路波形图
2.测试波形:
(列依次为CP脉冲,低位片194A,B,C,D,高位片194A,B,C,D即QA---QH)
花型一:
花型二:
花型三:
试验心得
这次课程设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识,在整个实习过程中,都离不开对数字电路课程知识的再学习。
我在最开始,就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回顾了一遍(这也是对这门课的复习,给以后的复习备考减少了很多负担),这样的回顾让我对知识的理解更加透彻,对后来的快速设计起了很好的铺垫作用。
而且还参考了数字电路实验指导书,关于芯片的管脚,里面有清晰的描述。
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