王贺数电课设.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流王贺数电课设.精品文档.长 春 工 业 大 学 数字电子技术基础课程设计 课程：数字电子技术基础 题目：彩灯控制系统 专业：自动化 班级：100303 姓名：王贺 20100844 严超 20100851 陈强 20100824 丁力 20100826 指导教师：蒲春华 日期：2013年1月9日 彩灯控制系统一、 设计目的1、 学会将一个实际情况抽象为逻辑电路的逻辑状况的方法2、 掌握计数、译码、显示综合电路的设计与调试方法。3、 掌握实际输出电路不同要求的实现方法。二、 设计任务 四路彩灯显示系统，该系统实现以下功能：1. 四路彩灯从左向右

2、依次渐亮，间隔为1S.2. 四路彩灯从左向右依次渐灭，间隔为1S。 结构框图节拍程序执行器 显 示 电 路 脉 冲 源四 1、总体电路的设计方案： 该控制系统结构框图如上图所示。其中脉冲源采用秒脉冲发生器，用以提供频率为Hz的时钟信号，也可由555振荡电路提供，改变555的振荡频率，即可改变计数器的计数快慢；节拍控制器产生三个节拍循环的控制信号，可由计数器来完成：节拍程序执行器完成数据的左移、右移和送数和置零功能，可以使用扭环形计数器完成，也可用计数器控制译码器译码得到不同的输出信号，决定控制彩灯的循环变化；显示电路完成系统循环演示的指示，可以用发光二极管模拟。下图是一个四路彩灯循环显示的控制

3、电路一个设计方案，其中彩灯由发光二极管模拟替代，该电路由555定时器、74LS00 双D触发器和74LS74两输入四与非门组成，计数器的时钟信号由555振荡电路提供，振荡频率的改变可控制彩灯闪烁的快慢。2、单元电路的设计：（1）时钟脉冲产生电路：用NE555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为:T=0.7(R1+2R2)C(1)电路图：(2) 节拍控制电路执行单元：由两片74LS00两输入四与非门和两片74LS74双D触发器组成。 设计思想：首先我们定义逻辑变量Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7分别表示电路的八 种状态, Q0=0000,Q1=1000

4、,Q2=1100,Q3=1110,Q4=1111， Q5=0111；Q6=0011，Q7=0001，电路的状态转换图如下10001100111000001111011100110001我们选用74LS74双D触发器进行能够自启动的设计，只改变第一位触发器的输入，即只修改有效状态Q0的次态，使无效状态的次态进入循环的有效状态中。我们这里的Q*代表的是各个电路的次态，即将反馈逻辑取为D0=Q*，用于实现脉冲的顺序分配，则它的电路图及其状态转换表如下 若我们把D0=，即把D3的输出经一系列与非门反馈回D0的输入端则这个电路成为扭环形计数器，也成为约翰逊计数器，它的电路图及状态转换图如下:有效循环10

5、001100111000001111011100110001无效循环10101101011001001011010100101001由电路的驱动方程： D0=Q0* D1=Q0=Q1* D2=Q1=Q2* D3=Q2=Q3*则画出电路的Qn的次态与Q0 Q1 Q2 Q3的现态的卡诺图如下： Q2Q3Q0Q100011110 001000000000011001 011010001000111011 111110011001111111 101100010001011101 Qn的次态与Q0 Q1 Q2 Q3的状态转换卡诺图 下面为Q0的次态与Q0 Q1 Q2 Q3的状态转换卡诺图，并且把无效状

6、态改变第一位的输入使之进入有效循环状态，得下表 Q2Q3Q0Q100011110 001000 011000 111001 101001由卡诺图化简并将其化成两输入与非的形式得： Q*=(Q2Q3)(Q0Q3)我们选用两片74LS00和两片74LS74组成电路，总电路图如下五 元件清单2片74LS002片74LS742个1K电阻器1个NE555定时器2个47uF 电容3个实验线路板8个铜柱3节 干电池以及导线若干六、 实物仿真图片七、 实物连线图片八、 实物图片九、 实验总结通过本次课程设计使我加深了对555振荡电路，计数器，显示电路的理解；基本掌握了数字系统设计和调试的方法；增加了集成电路应

7、用知识；也提高了实际动手能力以及分析、解决问题的综合能力。在理论和实验教学基础上我们进一步巩固了已学基本理论及应用知识，增强了理论联系实际的能力。在做课程设计的过程中，我深深地感受到了自己所学到知识的有限，也充分认识到了自学的重要性,以及学以致用的道理。明白了只学好课本上的知识是不够的，还要通过图书馆和互联网等各种渠道来扩充自己的知识，同时还要将所学的知识与实际应用相结合。在小组的配合工作中我们还体会到了团队合作的重要性。十 附录555定时器 555定时器是一种集成电路芯片，常被用于定时器、脉冲发生器和振荡电路。555可被作为电路中的延时器件、触发器或起振元件。555定时器于1971年由西格尼

8、蒂克公司推出，由于其易用性、低廉的价格和良好的可靠性，直至今日仍被广泛应用于电子电路的设计中。许多厂家都生产555芯片，包括采用双极型晶体管的传统型号和采用CMOS设计的版本。555被认为是当前年产量最高的芯片之一，仅2003年，就有约10亿枚的产量设计 555定时器由Hans R. Camenzind于1971年为西格尼蒂克公司设计。西格尼蒂克公司后来被飞利浦公司所并购。不同的制造商生产的555芯片有不同的结构，标准的555芯片集成有25个晶体管，2个二极管和15个电阻并通过8个引脚引出(DIP-8封装)。555的派生型号包括556（集成了两个555的DIP-14芯片）和558与559。NE

9、555的工作温度范围为0-70C，军用级的SE555的工作温度范围为55到+125 C。555的封装分为高可靠性的金属封装（用T表示）和低成本的环氧树脂封装（用V表示），所以555的完整标号为NE555V、NE555T、SE555V和SE555T。一般认为555芯片名字的来源是其中的三枚5K电阻3，但Hans Camenzind否认这一说法并声称他是随意取的这三个数字。1555还有低功耗的版本，包括7555和使用CMOS电路的TLC555。47555的功耗比标准的555低，而且其生产商宣称7555的控制引脚并不像其他555芯片那样需要接地电容，同时供电与地之间也不需要消除毛刺的去耦电容。引脚

10、DIP封装的555芯片各引脚功能如下表所示： 用途 555定时器可工作在三种工作模式下：单稳态模式：在此模式下，555功能为单次触发。应用范围包括定时器，脉冲丢失检测，反弹跳开关，轻触开关，分频器，电容测量，脉冲宽度调制（PWM）等。无稳态模式：在此模式下，555以振荡器的方式工作。这一工作模式下的555芯片常被用于频闪灯、脉冲发生器、逻辑电路时钟、音调发生器、脉冲位置调制（PPM）等电路中。如果使用热敏电阻作为定时电阻，555可构成温度传感器，其输出信号的频率由温度决定。双稳态模式（或称施密特触发器模式：在DIS引脚空置且不外接电容的情况下，555的工作方式类似于一个RS触发器，可用于构成锁

11、存开关。衍生芯片 555定时器有许多不同公司生产的衍生型号，其中有引脚功能不同的型号，也有采用CMOS的设计。有的芯片中包括数个集成的555定时器。555芯片家族的其他一些型号如下：556双定时器在一块芯片中集成两个555定时器的型号为556，这种芯片包括14个引脚。558四定时器在一块芯片中集成四个555定时器的型号为558。这种芯片包括16个引脚，其中四个555定时器共用供电、接地和复位的引脚。放电引脚与阈值引脚被合为同一个引脚并被称为“定时”。同时触发引脚改为下降沿触发。74LS00芯片资料四2输入与非门简要说明00 为四组 2 输入端与非门（正逻辑），共有 54/7400、54/74H

12、00、54/74S00、54/74LS00四种线路结构形式，其主要电特性的典型值如下：型号t（PLH）t（PHL）P(D）5400/740011ns7ns40mW54H00/74H005.9ns6.2ns90mW54S00/74S003ns3ns75mW54LS00/74LS009ns10ns9mW引出端符号1A4A，1B4B 输入端1Y4Y 输出端逻辑图双列直插封装极限值电源电压.7V输入电压54/7400、54/74H00、54/74S00.5.5V54/74LS007VAB 间电压除 54/74LS00 外5.5V工作环境温度54XXX . -5512574XXX . 070存储温度 .

13、-65150功能表Y=(AB)非InputInputOutputABYLLHLHHHLHHHL74LS74芯片资料74LS74 芯片功能简介? Semiconductor Components Industries, LLC, 1999December, 1999 Rev. 61 Publication Order Number:SN74LS74A/DC0083C0078C0055C0052C0076C0083C0055C0052C0065C0068C0117C0097C0108 C0068C0045C0084C0121C0112C0101 C0080C0111C0115C0105C0116C

14、0105C0118C0101C0069C0100C0103C0101C0045C0084C0114C0105C0103C0103C0101C0114C0101C0100 C0070C0108C0105C0112C0045C0070C0108C0111C0112The SN74LS74A dual edge-triggered flip-flop utilizes SchottkyTTL circuitry to produce high speed D-type flip-flops. Each flip-flophas individual clear and set inputs, and

15、 also complementary Q and Qoutputs.Information at input D is transferred to the Q output on thepositive-going edge of the clock pulse. Clock triggering occurs at avoltage level of the clock pulse and is not directly related to thetransition time of the positive-going pulse. When the clock input is a

16、teither the HIGH or the LOW level, the D input signal has no effect.MODE SELECT TRUTH TABLEOPERATING MODEINPUTS OUTPUTSSDSDD Q QSetReset (Clear)*UndeterminedLoad “1” (Set)Load “0” (Reset)LHLHHHLLHHXXXhlHLHHLLHHLH* Both outputs will be HIGH while both SD and CD are LOW, but the outputstates are unpre

17、dictable if SD and CD go HIGH simultaneously. If the levelsat the set and clear are near VIL maximum then we cannot guarantee to meetthe minimum level for VOH.H, h = HIGH Voltage LevelL, I = LOW Voltage LevelX = Dont Carel, h (q) = Lower case letters indicate the state of the referenced inputi, h (q

18、) = (or output) one set-up time prior to the HIGH to LOW clock transition.GUARANTEED OPERATING RANGESSymbol Parameter Min Typ Max UnitVCCSupply Voltage 4.75 5.0 5.25 VTAOperating AmbientTemperature Range0 25 70 CIOHOutput Current High 0.4 mAIOLOutput Current Low 8.0 mALOWPOWERSCHOTTKYDevice Package ShippingORDERING INFORMATIONSN74LS74AN 14 Pin DIP 2000 Units/BoxSN74LS74AD 14 PinSOICD SUFFIXCASE 751A2500/Tape & ReelPLASTICN SUFFIXCASE 646141141十、参考文献【1】、数字电子技术课程设计指导书【2】、数字电子技术基础（第五版）高等教育出版社【3】、数字电子技术实验指导书 吉林大学出版社