彩灯控制器课程设计报告

姓  名：  李星村       

学  号：2013040203027  

选课号：    33         

一、设计题目及要求

设计题目：彩灯控制器一

要求：

1．有四只数码管，L0……L3

2．显示方式

①先奇数灯依次灭

②再偶数灯依次灭

③再由L0到L3依次灭

3.显示间隔0.5S，1S可调

二、设计过程及内容(包括：设计方案、器件选型、电路图)

  1.总体设计思路：

    将该过程分为10个状态，前5个状态为全亮→奇数灯L1、L3依次灭→偶灯L0、L2依次灭，后5个状态为所有彩灯亮→L0-L5依次灭。

该电路主要由三部分组成，即分频器、计数器以及彩灯控制器组成。其中，分频器中用控制端M控制频率的高低，分别用183进制与T触发器以及相应的组合电路对732hz分频，实现显示时间的变换，产生时间信号T信号；计数器中，采用一个5进制计数器；在彩灯控制器中，通过计数器进位控制的T触发器，控制两片3-8线译码器交替工作，进而使得奇偶灯亮灭和所有灯亮灭的交替。

→→

  2.具体步骤：

（1）分频器

 用183进制计数器对输入信号频率为732hz分频，可以得到4hz的频率，在进位输出端加一个T触发器T1，不仅是频率降为原来的一半，而且也调整了占空比。得到2hz的频率信号。

电路图如下：

注释：由于器件和实际中没有T触发器原件，故采用74LS74，D触发器搭建的T触发器。

再用控制端M控制频率时，当M=1时，上面所得输出端与T触发器T2如下图连接，频率变为上次频率的一半，即1hz，显示时间间隔为1s；当M=0时，可直接利用，即它的频率为2hz,显示时间间隔为0.5s。

电路图如下：

   总的分频器电路如图所示：

  仿真波形：

  当M=1时：

所得分频T信号频率为1hz,即显示时间为1s。

当M=0时：

所得分频T信号频率为2hz，即显示时间为0.5s。

  （2）计数器

我所采用的计数器是一个5进制的计数器，其中通过计数器的进位输出控制T触发器是否工作进而实现译码器转化。所以计数器采用74LS163的4bite计数器，用置数法计1011-1111五个状态。具体方法是：在计数器进位输出端后加一个T触发器，使得计数器计数时T触发器输出Q=0，计数器记完第5个数时，T触发器输出端翻转，Q为1。利用T触发器的交替工作，实现对后面的彩灯控制器的控制。

注释：由于器件和实际中没有T触发器原件，故采用74LS74，D触发器搭建的T触发器。

其电路原理图如下：

其仿真波形如下：

注释：上面信号为分频器产生时间信号T信号；下面为T触发器输出端Q信号。

  （3）彩灯控制器

彩灯控制器是由两片74LS138，3－8线译码器组成的。由于译码器输出均是低电平有效，通过计数器输出到译码器时产生的有效位为Y3、Y4、Y5、Y6、Y7有效。

该电路的工作原理是：通过计数器输出端C来控制T触发器，触发器输出Q控制译码器的工作。当C＝1（Q=0）时，第一片译码器工作，实现从全亮到奇数灯依次灭再偶数灯依次灭的过程；当C＝0(Q=1)时，第二片译码器工作，实现所有灯按顺序依次灭的过程。

故其中Y3有效代表全亮状态，第一个译码器工作时Y4有效代表L1灭，Y5有效代表L3灭，Y6有效代表L0灭，Y7有效则是L2灭；第二个译码器，Y4有效代表L0灭，Y5有效代表L1灭，Y6有效代表L2灭，Y7有效则是L3灭。

  ①令第一片译码器的Y3、Y4、Y5输出端用与非门后，输出与第二个译码器Y3输出端反相后相或，输出接入控制L0亮灭。

 ②令第一片译码器的Y3输出端反相后，输出与第二个译码器Y3、Y4输出端与非后相或，输出接入控制L1亮灭。

 ③令第一片译码器的Y3、Y4、Y5、Y6输出端与非后，输出与第二个译码器Y3、Y4、Y5输出端与非后相或，输出接入控制L2亮灭。

 ④令第一片译码器的Y3、Y4输出端与非后，输出与第二个译码器Y3、Y4、Y5、Y6输出端与非后相或，输出接入控制L3亮灭。

电路图如下：

其仿真波形如下：

3.总电路

  将以上各部分组合起来即可得  如下：

当M=1时，即T信号频率为1HZ，周期为1s仿真波形为：

当M＝0时，即T信号频率为2HZ，周期为0.5s仿真波形为：

三、设计结论

  1.结果分析：

 当计数器电路和彩灯控制电路接入分频器产生时间信号T信号时，首先不会立即进入奇偶灯亮灭和全部灯一次亮灭的循环中，经过一段短暂时间，出现奇偶亮灭后再全灭，之后才会进入课设要求循环。

原因是：由于设计计数器计数循环为1011-1111循环，当计数器刚开始工作时将会从0000开始计数，0011-0111时，会出现一次奇偶灯亮灭的现象，这是一个自校正过程，之后才会进入1011-1111计数循环之中，出现奇偶灯亮灭和全部灯依次亮灭的循环。一旦计数出现错误均可通过自校正回到正常状态。

  2.设计心得和体会

在这次课程设计中，看到题目时不知从何下手，对题目进行认真仔细分析之后，将其细分为几个模块，然后再对每一个模块进行分析，构建电路，在构建计数器和彩灯控制器的时候，采用了Mutisim仿真软件用芯片直接搭建电路实现，在构建彩灯控制器时候，一开始，想的是用移位寄存器构建一个状态机来实现状态转移，来控制彩灯的10种状态，可是由于其中有两种状态相同，即全亮的时候，这个时候不满足其互斥性原理，故放弃了采用移位寄存器构建状态机，采用了译码器控制不同的状态。将10个状态分为5和5，通过转化译码器来控制其亮灭，设计出来后正好能够实现其功能。不过整体电路设计思路简单，如果要实际运用的话，可能还需要将电路进一步的简化。

通过这次课程设计，加深了对数字电路设计的了解，运用74x163，74x138，74x74芯片和非门、与非门、或门等组合电路元件，更加熟悉搭建时序电路的方法，通过自己的思考分析，实现出来颇有一种成就感，这次设计也学习到了分模块构建电路的思维方式，同时在设计过程中，使用了Multisim仿真软件搭建电路，也更加熟悉了这个软件的使用，对今后的电路设计有很大的帮助。