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LED控制
陕西科技大学
电子技术课程设计报告
题目:
LED控制器的设计(B)
学院:
电气与信息工程学院
专业:
自动化
班级:
102
姓名:
朱纳
学号:
201006070207
辅导老师:
辛登科
报告日期:
2012年12月1日
目录
目录1
第一章选题背景2
1.1设计概述2
1.2设计目的及要求2
1.3技术指标2
第二章方案论证3
第三章单元电路设计....................................................4
3.1脉冲发生电路设计4
3.2计数电路设计4
3.3输出显示电路设计5
3.3.174LS153工作原理介绍................................5
3.3.2CD4511驱动电路介绍................................6
3.3.3整体状态转换图................................6
第四章结果分析与调试5
4.1电路仿真8
4.2电路调试10
第五章总结与体会10
参考文献11
第一章选题背景
1.1设计概述
本文将介绍一个LED控制电路,能循环显示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),0,1,2,3,4,5,6,7(音乐符号)。
本电路由脉冲发生、计数电路、控制输出显示电路三部分组成.准确说就是555电路提供计数器74LS160的计数脉冲;第一片160的进位控制第二片160的计数使能端,即只有第一片160计十个脉冲之后第二片160才加1.从自然数列,奇数列,偶数列,音乐符号循环一轮中,第二片160输出端Q3Q2Q1Q依次从0000→0001→0010→0011变化一次,由于高两位Q3Q2的内容无变化故第二片160的高两位输出端不用与其它元器件相接。
在显示部分,CD4511的输入端的高两位D、C的高低电平无论是显示自然数列、奇数列、偶数列还是音乐符号都与第一片160的输出端Q3、Q2保持一致,故把第一片160的输出端高两位与CD4511的输入端高两位D、C相接。
其它的置数控制通过两片160的输出端加门电路完成。
1.2设计目的及要求
(1)熟悉并理解应用数字电路中计数器、数据选择器和脉冲发生电路,结合设计要求和各个集成电路完成全电路理论设计
(2)综合运用电子技术课程中所学的理论知识完成课程设计。
(3)通过查阅手册和文献资料,提高独立分析和解决实际问题的能力。
(4)熟悉常用电子器件的类型和特征,并掌握合理选用的原则。
(5)学会电子电路的焊接、安装与调试技能。
1.3技术指标
(1)采用一个半导体数码管作为控制器的显示器,能够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(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。
第二章方案论证
通过555电路给十进制计数器160提供计数脉冲,通过计数器和数据选择器共同给CD4511输入信号来控制数码管显示。
下图为整体电路图
第三章单元电路设计
3.1脉冲发生电路设计
此部分用555电路给两片74LS160提供计数脉
把555电路的脉冲信号输出端引脚3和两片160的脉冲输入端2脚相连,当160的工作状态控制端为低电平时就可以实现计数功能
振荡频率f=1/T=1/(R8+2R9)C㏑2=1/(3*470*10^3)*10*10^(-6)*㏑2≈1Hz
3.2计数电路设计
计数电路采用两块74LS160,下面为74ls160引脚图及功能图
74ls160为同步置数十进制计数器,EP,ET为计数使能端,只有EP,ET同为高电平时才能计数,RCO为输出端,当MR=LOAD=1且DQ3Q2Q1Q0为1001时,当下一个脉冲上升沿到时,计数器从零开始计数完成一次循环。
该设计中用了两片74LS160,其连接方式如下:
74LS08为与,引脚图如下:
74HC20为四脚输入与非门,引脚图如下:
1A1B1C1D为与非门的四个输入引脚,对应输出引脚为1Y;
2A2B2C2D为与非门的另外四个输入引脚,对应输出为Y2;
第一片160工作情况:
电源引脚16和8脚分别接“+5V”和“地”,EP=ET=0,工作在计数状态;脉冲输入端CLK和555的3脚相接,只要555和160都把VCC接上,160就有计数脉冲;MR清零端和一个单刀双掷开关开关相接,开关没有合上时MR接高电平没有清零功能,在计数过程中只要把开关和上MR端就为低电平,此时不需给脉冲就把160的输入端D3D2D1D置为0000;当13Q12Q11Q10=0111,Q23Q22Q21Q21=0011时(此时数码管显示的是音乐符号中的7)置数端load=0,160输入端D3D2D1D0被置为0000,开始下一次循环; ̄
第二片160工作情况:
四个输入端,脉冲输入端 ̄,置数端和清零端分别与第一片的同作用的引脚相连,不同的是第二片的计数使能端和第一片160的进位输出端相连,即第一片160每10变化次,第二片160才变化一次,这就保证了在一次循环中第二片160的输出只有四种状态(0000)→(0001)→(0010)→(0011),保证了从自然数列、奇数列、偶数列和音乐符再到自然数列之间的循环。
两片之间的各个计数状态将结合下面的显示部分给出状态转换图。
3.3输出显示电路设计
3.3.174LS153工作原理介绍
74LS153是内部含有两个4选一数据选择器的TTL数字集成电路,其内部电路图和引脚图如下:
S1,S2(即G1,G2)为使能控制端,起到信号选通作用,低电平有效;
Y1,Y2为数据输出端;
1C3-1C0,2C3-2C0为数据输入端;
A,B为数据选择端;
3.3.2CD4511及数码管显示工作原理
CD4511引脚图
共阴极七段数码管:
CD4511与共阴极数码管连接图:
图中用了7个阻值大小为330Ω的电阻,起到限流保护发光二极管的作用。
CD4511功能表:
当输入BCD码大于1001时消隐,即不显示数字。
该设计电路中CD4511的输入端与第一片74LS160和74LS153的几个输出端相连接,电路图如下:
CD4511输入端引脚连接如下所示:
D、C分别与第一块74LS160的Q13Q12相接;B、A分别与74LS153的Y2、Y1相连接;而74LS153的数据选择端A1、A0分别与第二片74LS160的输出端Q21Q20相连接,而在在一次完整的循环中,Q21、Q210只有(00)→(01)→(10)→(11),所以在一次循环中74LS153的输出端Y1、Y2分别对应X10→X11→X1→X13,X20→X21→X22→X23;在上图中X10、X13都与第一块160的Q0端相接,X11恒为高电平,X12恒为低电平,74LS153的第二组数据输入端X23=X22=X21=X20=Q11。
故在一次完整的的循环中有:
(1)当显示自然数列时第一片160Q13Q12Q11Q10CO从(0000)到(1000)变化时,RCO1恒为0,虽然当Q13Q12Q11Q10=1001时,EP2=ET2=RCO1=1,但是要等到下一个脉冲上升沿到来时,第一、二片74LS160的输出端才为(0000)、(0001),故第二片160片在这个过程中并不计数,输出端Q23Q22Q21Q2恒为(0000),则74LS153的数据选择端A1A0恒为00,数据输出端Y2Y1恒为X10X20,即恒为Q11Q10,则在显示自然数列0-9这一过程中CD4511的输入端DCBA=Q13Q12Q11Q10,Q13Q12Q11Q10从(0000)→(0001)→(0010)→(0011)→(0100)→(0101)→(0110)→(0111)→(1000)→(1001)变化过程中DABC也作相应变化,对应的数码管显示依次为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9;
(2)当第一片74LS160输出端Q13Q12Q11Q10=1001时,它的进位输出由0变为1,则第二片160的计数使能端EP=ET=1,当下一个脉冲上升沿到来时第一、二片160的输出分别为(0000)、(0001),此后再给两片160及脉冲信号,第一片的数据输出和进位输出重复上述过程,而第二片160的计数使能端也重复上述过程,故第二片160的输出恒为Q23Q22Q21Q2=0001,则74LS153数据选择端A1A0恒为(01)则74LS153的输出端Y1Y2恒为X11X21=1和Q11,则CD4511的数据输入端DCBA为(Q13Q12Q111),在第一片160从Q13Q12Q11Q10=0000到(1001)变化过程中,两片160的置数端LOAD恒为0,则DCBA也作相应变化,但由于A恒为1,故数码管只显示奇数;
(3)当第一片74LS160输出端Q13Q12Q11Q10=1001时,它的进位输出由0变为1,则第二片160的计数使能端EP=ET=1,当下一个脉冲上升沿到来时第一、二片160的输出分别为(0000)、(0010),此后再给两片160及脉冲信号,第一片的数据输出和进位输出重复上述过程,而第二片160的计数使能端也重复上述过程,故第二片160的输出恒为Q23Q22Q21Q2=0010,则74LS153数据选择端A1A0恒为(01)则74LS153的输出端Y1Y2恒为X12X22=0和Q11,则CD4511的数据输入端DCBA为(Q13Q12Q110),在第一片160从Q13Q12Q11Q10=0000到(1001)变化过程中,两片160的置数端LOAD恒为0,则DCBA也作相应变化,但由于A恒为0,故数码管只显示偶数;
(4)当第一片74LS160输出端Q13Q12Q11Q10=1001时,它的进位输出由0变为1,则第二片160的计数使能端EP=ET=1,当下一个脉冲上升沿到来时第一、二片160的输出分别为(0000)、(0011),此后再给两片160及脉冲信号,第一片的数据输出和进位输出重复上述过程,而第二片160的计数使能端也重复上述过程,故第二片160的输出恒为Q23Q22Q21Q2=0011,在第七个脉冲到来之后第八个脉冲还没到来之前,两片160的置数端LOAD=0,则74LS153数据选择端A1A0恒为(11)则74LS153的输出端Y1Y2恒为X12X22=Q10和Q11,则CD4511的数据输入端DCBA为(Q13Q12Q11Q10),在第一片160从Q13Q12Q11Q10=0000到(0001)连续变化过程中,DCBA也相应地从(0000)到(0111)变化,故数码管显示从0到7连续变化,当第八个脉冲到来之后,置数端LOAD由0变为1,则两片74LS160均被置数为D13D2D11D10=0000,D23D22D21D20=0000,至此之后,再给触发脉冲,则又开始一轮新的循环,重复
(1)、
(2)、(3)、(4)步的过程。
由于两片4LS160的清零端与一个单刀双掷开关相连,故在循环过程中任何时候只要合上开关在断开,循环从头开始。
3.3.3状态转换表
160
(1)
输出
160
(2)输出
A1A0
153
(1)
输入
153
(2)
输入
Y1Y2
DCBA
显示
数列
0000
0000
00
0010
0000
00
0000
0
自
然
数
列
0001
0000
00
1011
0000
10
0001
1
0010
0000
00
0010
1111
01
0010
2
0011
0000
00
1011
1111
11
0011
3
0100
0000
00
0010
0000
00
0100
4
0101
0000
00
1011
0000
10
0101
5
0110
0000
00
0010
1111
01
0110
6
0111
0000
00
1011
1111
11
0111
7
1000
0000
00
0010
0000
00
1000
8
1001
0000
00
1011
0000
10
1001
9
0000
0001
01
0010
0000
10
0001
1
奇
数
列
0001
0001
01
1011
0000
10
0001
1
0010
0001
01
0010
1111
11
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3
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1011
1111
11
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3
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5
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10
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5
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11
0111
7
0111
0001
01
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1111
11
0111
7
1000
0001
01
0010
0000
10
1001
9
1001
0001
01
1011
0000
10
1001
9
0000
0010
10
0010
0000
00
0000
0
偶
数
列
0001
0010
10
1011
0000
00
0000
0
0010
0010
10
0010
1111
01
0010
2
0011
0010
10
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0100
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10
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0000
00
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4
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00
1000
8
0000
0011
11
0010
0000
00
0000
0
音乐
符
0001
0011
11
1011
0000
10
0001
1
0010
0011
11
0010
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01
0010
2
0011
0011
11
1011
1111
11
0011
3
0100
0011
11
0010
0000
00
0100
4
0101
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0000
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01
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6
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0011
11
1011
1111
11
0111
7
第四章结果分析与调试
4.1电路仿真
打开仿真软件Proteus,绘制控制电路图如下图所示:
图4.1.1仿真前电路图
下图是仿真后的结果:
图4.1.2仿真电路
电路仿真后的结果和上图的状态转换表一致,说明电路设计没有问题。
4.2电路调试
电路的调试采用分模块的调试方式。
即按照原理方框图一一进行调试,然后再通调。
由于这个电路只涉及数字电路部分,故只要给芯片加上电源,看现象和理论分析是否一致,数字电路只要设计和接线正确,一般不会出现问题;如果显示不正确,应该是焊接方面存在问题,用万用表对照电路图检查之后没错误再调试
第五章总结与体会
通过本次课程设计,我进一步熟悉了数字逻辑电路技术的相关知识以及认识和使用各芯片的功能,使得对自己所学的理论知识有了跟具体的理解和应用,认识到了自己所学的专业知识的实用性和重要性,并且自己对Proteus的操作更加熟练,对今后的学习起了很大的作用。
在设计电路图过程中遇到了很多困难,比如参数的计算,芯片类型的选择以及对设计软件的操纵不熟练,但是在翻阅课本和查阅资料或和同学探讨之后,一定能找到问题的解决办法,在这个过程中,善于观察,善于思考和总结很重要,对自己在解决问题方面的提高很大。
所以这次课程设计,我尽自己的努力去完成,认识到了我的很多不足,学习了很多东西,最主要的明白了如何学以致用才是最重要的。
今后如果还有这样的课程设计机会我会好好完成,提高自己的动手能力。
参考文献
[1]《电路、电子技术试验与电子实训》党宏社电子工业出版社,2008.7
[2]《数字电子技术基础》阎石第五版高等教育出版社,2006.5
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- LED 控制