电灯控制器

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1、电子课程设计电灯控制器学院：电子信息工程学院专业班级：姓名：学号：指导老师：李晓松2013年12月22日目录设计任务与要求2总体框图2选择器件4五、功能模块12总体设计电路图16电灯控制器一、设计任务与要求试设计电灯控制器，按钮k按下后（低电平有效），电灯亮10s后灭；若按 钮在灯亮10s期间，再按下按钮k,则灯长亮不灭；若这时按下按钮k,则灯灭。二、总体框图如图2-1所示：P图2-1总体框图图中k是低电平有效的按钮信号，kd是按钮信号k的下降沿微分信号，tdlO 是10秒定时器定时时间到信号（高电平有效），deng是电灯控制信号（高电平 有效），t10是10秒定时器启动信号（高电平有效）。1

2、、微分电路该状态机的按钮信号K经过微分电路再输入状态机，使其低电平持续时间 小于状态机的时钟周期，保证按钮按下一次，状态机只转移一个状态。因此为了 使系统的稳定性增高，可以用两个D触发器组成微分电路对k信号进行微分。所以需要在K输入状态机前设计微分电路。2、状态机根据电灯控制的要求，可以得到该电灯控制开关的状态图如图2-2所示：根据题意可得电灯控制只需要3个工作状态，可使用两个D触发器，两个D 上电时，状态机能够有效地进入工作状态实现自启动，在状态图上画出了多余的 状态A3,在任何输入条件下，都可以从该状态自动进入初始状态A0。触发器有Q、0错误！未找到引用源。0、Q错误！未找到引用源。1四个

3、状态，多余一个状态，为了在3、10s定时器定时器有两种状态回路。第一种是在按钮按下一次后，定时器开始倒计时, 经10ms后，定时器熄灭。第二种是按钮按下两次（包括前一次）后，定时器失 去作用。选择单时钟十进制加减计数器74LS190,即可实现10s定时器的设计;在状 态端接上共阳四位数码管，可更直观的观察。所以定时器选择74LS190和共阳四 位数码管即可实现。注意：在此设计电路图需要两个CP触发脉冲，状态机需要1k赫兹的CP脉 冲，定时器需要100赫兹的CP脉冲。可以由555定时器组成的多谐振荡器产生 1k赫兹的CP脉冲，然后经过1000分频电路产生100赫兹的CP脉冲。分频电路 可采用1个

4、74LS160实现。4、脉冲产生模块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器件，它性能 优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器 和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成555定时被 广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。5、计时器模块计时器由74LS160和74LS190构成。74LS160是同步可预置数4位十进制加法计数器，当置数端二清除端=1时， 电路工作在计数状态。74LS190是可预置数可逆（加减）十进制计数器，当控制端=0，加减控制端 =1时，电路在减计数工作状态。6、数码显示管所谓的八段就是指数码管里有

5、八个小LED发光二极管，通过控制不同的LED 的亮灭来显示出不同的字形。数码管又分为共阴极和共阳极两种类型，其实共阴 极就是将八个LED的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个LED的另一端高 电平，它便能点亮。而共阳极就是将八个LED的阳极连在一起。三、选择器件课程设计所需器件如下:器件数量74LS74D4个74LS03D1个74LS04D5个74LS11D3个74LS08D2个74LS21D1个74LS27D1个74LS32D1个74LS160D1个74LS190D1个LM555CM1个数码管1个器件功能如下：1、74LS74： 具有异步置位和复位端的边沿触发双D触发器74LS74的逻辑图

6、如图3-1所示：图3-174LS74的逻辑图触发器输入端D称为同步输入信号，因为它们是在CLK的有效时钟沿才能起 作用，传输到输出。除此之外，触发器还有异步输入端，异步输入端直接影响触 发器输出而与CLK脉冲没有关系，通常异步输入端是置位端和复位端，在有效电 平时，使触发器异步置位或是复位。74LS74的管脚图如图3-2所示：图3-274LS74的管脚图Sd D CP Rd74LS74触发器的特性表如表3-1所示:表3-1输入输出说明気RdCLKDQH+101XX1预置110XX0预置000XX1不允许11个00置011个11置1110XQq保持2、74LS03D :四2输入与非门引入端符号1

7、A-4A输入端1B4B输入端1Y-4Y输出端74LS03D的逻辑图如图3-3所示:%n|u13A4124&it3A10JV?9Sd5Ap=上X卜1AlB21图331从-3744ZELS03D52Y的逻辑;FZ GN：图74LS03D的功能表如表3-2所示:表3-2Y = ABInputsOutputA5LLHLHHHLHHHLH= HIGH Logic Level L = LOW Logic Lewd3、74LS04D:非门74LS04真值表如表3-3所示:表3-374LS04功能表如表3-4所示:输入输出AYLHHL74LS04D管脚图如图3-4所示:SN74LS04(TOP VIEW)1A

8、1U14VCC12136A2A3126Y2Y4115A3A5105Y3Y6g4AGND784YD DBpNRNS PACKAGE图3-4 74LS04D管脚图74LS04引脚功能如图3-5所示：VfY&A5v&A4Il 4-IJ12JIIB9B-0rl1Jt46 FAlri盟VJA3CMC图3-574LS04引脚功能4、74LS11D：三输入与门74LS11D管脚图如图3-6所示:抵iric?ejfiiVi|l41jil3*Lil1*3fih LXiJf T7mjo百AlnA2船即BND蕊列直插封装图3-674LS11D管脚图图中A、B、C为输入端，Y为输出端。5、74LS160：同步十进制计

9、数器74LS160结构和功能：160为十进制计数器，直接清零。简要说明：160为可预置的十进制计数器，共有54/74160和54/74LS160两 种。下面是74LS160的主要电器特性：异步清零端/MR1为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成 清零能。74LS160是同步置数，异步清零，并且超前进位功能。74LS160外部引脚图如图3-7所示:74LS160逻辑图如图3-8所示:Vcc TC Qo Qj 匹 迈 GET PE161514 1S 121110974LS160Pl P2 P3 CEP GNC图3-774LS160引脚图VCCPIN16图3-8 7餵丫60逻辑图引出端符

10、号:TCCEPQ0-Q3CETCP/MR/PE进位输出端计数控制端输出端计数控制端时钟输入端（上升沿有效）异步清除输入端（低电平有效）同步并行输入置数端（低电平有效）74LS160内部电路图如图3-9所示:74LS160功能表如表3-5所示：表3-574LS160功能表籀入铸出CLRLOADENTENPCP0XXXX异步清除10XXT同步预亚1111个计数110XX隰持11X0X煤持6、74LS190:可预置数同步可逆（加减）十进制计数器74LS190的引脚图如图3-10所示:VCC Po CP RC TC PL P2 P3图3-10 C74LS190的引脚图皿74LS190的逻辑图如图3-1

11、1所示:-PL Pn 円 P2 P3“5U/DRC斗QCE14CPTCQo Q3II111511093 2671312异步置数 加减控制端 计数控制端级联输出端图3-1174LS190的逻辑图引出端符号：LOADD/UCTENRCO 和 MAX/MIN74LS190的功能表如表3-6所示：表3-6输入输出CTENLOADD/UD C B ACFXDXd e b aX异步復置010Tio计数011个减计敷11X保持74LS190的内部电路图如图3-12所示:图3-1274LS190的内部电路图7、555定时器国产双极型定时器CB555电路结构图。它是由比较器C和C，基本RS触发1 2器和集电极开

12、路的放电三极管T三部分组成。D555定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当阻容元件，就可以 方便地构成脉冲产生和整形电路。555定时器内部结构图如图3-13所示:555定时器管脚图如图3-13所示:8 4736 555251555定时器内部结构图 3-13555定时器逻辑符号图 3-14555定时器功能表如表3-7所示:表3-7输入输出,阈值输*触发输入（讥;）J复位內2输出（5放电管TPX卫导通卫応%导通卩%2不变1由内部结构图图可知，当5脚悬空时，比较器C和C比较电压分别为2/3V12CC和 1/3VC当v 2/3V，v 1/3V时，比较器C输出低电平，比较器C输出高电平基I1CC

13、 I2CC12本RS触发器被置0,放电三极管T导通，输出端v为低电平。O当v 2/3V，v 1/3V时，比较器C输出高电平，比较器C输出低电平，基I1CC I2CC12本RS触发器被置1,放电三极管T截止，输出端v为高电平。O当v 1/3V时，基本RS触发器R =1、S =1,触发器状态不变，电路I1CC I2CC亦保持原状态不变。四、功能模块此设计包括四大模块，分别为：微分电路、状态机、IOS定时器、CP脉冲的 产生。以下对各大模块进行说明：1、微分电路：仿真图如4-1所示： &AF4LS鈕；：S74DVCC4R1-+J5DAAA-2UQ1%-KFG1图4-1微分电路仿真图微分电路图为图4-

14、1,因为状态机时钟周期很短，而按钮按下的时间相对于 状态机时钟周期很长，按下按钮期间，有多个有效状态机时钟沿触发状态机，如 果按钮满足状态机的转移条件，则会发生多状态转移现象。例如按钮按下时，持 续时间是300ms,若状态机时钟是1ms,则在按钮按下期间状态机的状态会发生 多次A0-A1-A2-A0的转移。因此该状态机的按钮信号K,经过微分电路再输入状 态机，使其低电平持续时间小于状态机的时钟周期，保证按钮按下一次，状态机 只转移一个状态。2、状态机：此状态机用来实现图2-2的三种状态，进而控制灯和10S定时器，使其达到 要求的结果，即刚开始开关打开，t10=0，deng=0；开关按下一次时，

15、tlO由0 变为1, deng由0变为1,此时t10=1, deng=l；开关按下两次时（包括前一次）, t10由1变为0,灯仍然为1,此时t10=0, deng=1；开关按下三次时，t10仍为 0,灯由1变为0,此时t10=0, deng=0。仿真图如4-2所示:图4-2状态机仿真图3、10S定时器：仿真图如4-3所示：用十进制计数器74LS190减法计数即可实现10S定时器，此模块用来实现设计要 求中灯10S后熄灭，将状态端Q Q Q Q分别接到逻辑分析仪的1、2、3、4管A B C D脚进行观察，观察其10S计数，验证该设计的正确。逻辑分析图如图4-4所示：Time (S)026000m

16、40.000m 砂.000m80000m100000mTjF33Tani224Team 435Terai 北Tenn gTeraag1Terall TeraillTenn 13Tam 1斗Tad 15Teran ll5 CtockJiLt Ctodc_Qua Tiigg QuaCkwkTriggerSet.O.CXMs 95.133 ms 95 .138 msCbcks,Div |7Set | External I Qualifier r rLogic Analyzer-XILAlprrrrrrrrrrrrStopResetReverseT2-T1XXCOMQualifier r图4-4逻辑分

17、析图4、CP脉冲的产生：CP脉冲的产生分为两种：一是产生1K赫兹的脉冲；一是产生100赫兹的脉 冲。该模块用来给其它三个模块提供CP脉冲(1)、1K赫兹脉冲的产生仿真图如图4-51K赫兹脉冲通过555定时器组成的多谐振荡器产生，一般常取C=0.01uF,令2C=0.01uF,占空比q=2/3,由题可得周期T=1mS，所以由公式1T=0.69(R+2R)C=1mS1 2 1q=T /T=(R +R )/( R+2R )=2/31 1 2 1 2可得R=R=48KQ , 48KQ不是标准电阻，可用47KQ串1KQ，如图4-5所示：1 25V小U12LM55%杷WVVvViWV图4-5 IK赫兹脉冲

18、的产生仿真图将输出信号接入示波器端口 A,通过示波器进行观察，验证该设计的正确。示波器图如图4-6Osdlloscope-XSClP5TTime Channel_ACJtartnel_B525.232 ms5.000 V631.232 ms0.000 VT2-T1 I5.000 rrts-5.000 VReverseGNDC图4-6由图可得q=2/3，所以此设计正确。(2)、100赫兹的脉冲的产生仿真图如图4-7：以二门Lj 二二 11u AIXUCJ4曰淸74LS160D 图4-7100赫兹的脉冲的产生仿真图lKHz经过10分频（1个74LS160通过同步级联的方法来实现10分频）可产 生1

19、00Hz的脉冲。五、总设计电路图总体设计电路图如图5-1。总体电路图说明：将四大模块电路连接到一起，构成总体电路，在Multism仿真电路里进行仿 真，观察其结果，符合设计要求。各要求仿真图如下：1、按钮按下1次，灯亮，同时10S定时器开始工作，电灯亮10S钟以后灭。 仿真图如图5-2。2、按钮按下2次（包括前一次），10S定时器不工作，电灯长亮不灭，仿真 图如图5-3。3、按钮按下3次后，电灯灭，仿真图如图5-4。vccSVvccccSVvcccr .-nyr ftU1ALJ3A T4LSO4DU4AT4LS27DT4.ST4DX1 2.5 V11DJ UEA74LSQ4DLm7-ILS03

20、D74-74lUHD1XT41LST4.DU13DCD_HEX_DIK5_REDU3D74LS44DIU10 74L319DDVCC5V=ppHU11Si *74LS.14QD贰mo，丫 -UIL1DnFC2IF伽fnHn总体设计电路图.S74DX1*74LS04-DU7BT4LS11EUflB 74LSnBlD inAATLS04DT4L3 11DUSA4 34L；U3C 74L504DLmJ |7LS03ELTAD-VA-2flQU13DCD_HEX_DIK5_RED1-GHD1-3D74LS44DU1fl T+L319DDVCC*1*1 Ivcc5VE：IkQ WUNlkflU11 ML

21、韶罚DVCCIL1lnFC2IF伽fnHH图5-2 按钮按下1次倒计时到4s时VCCVCCcr .-nyr ftLJ3AU1AT4.ST4D74LS04DU4AT4LS27D口774 .S74D11DJ UEA74LSQ4DLm7-ILS03DX U2A74-74lUNDU13DCD_HEX_DIK5_REDU3D74LS44DU10 T+L319DDVCC5Vvcc5VnHn2次灯长亮VCCT4.ST4DJvcc删IE：巩吕CNQ4 34L；_li74DU1fl T+L319DDU11 沁S仙DUflB 74LSDBIDU3D-74LS44DLEA inAATLS04DLmJ 74LS03EnHn74LS04-D.S7DDCD HEX DliG IREJDU7BT4LS11E-VA-2flQ图5-4按钮按下3次灯灭