1、電子課程設計電燈控制開關學院：電子信息工程學院專業、班級：通信141501姓名：陳雪峰學號：201415030103指導教師：康琳2016年12月電燈控制開關目錄一、設計任務與要求 3二、總體框圖31 、總體框圖32 、微分電路33 、狀態機44 、10秒定時器 6三、選擇器件71 、可預置數同步可逆（加減）十進制計數器74LS190 82 、具有異步置位和復位端的邊沿觸發雙 D觸發器74LS7493 、四2輸入與非門74LS03D 114 、非門 74LS04D 125 、三輸入與門74LS11 12四、功能模塊131 、微分電路132 、狀態機143 、10秒定時器 15五、總體設計電路圖

2、 15六、硬件調試結果20七、課程設計心得21電燈控制開關一、設計任務與要求一個電燈控制開關，該開關有一個按鈕，當按鈕按下1次，則電燈亮10秒鐘后滅；當按鈕按下2次（包括前一次），貝皿燈常亮不滅；當再按一次，則電 燈滅。二、總體框圖1、總體框圖由題意可以得到該開關的設計原理框圖如圖1所示，圖中k是低電平有效的按鈕信號，kd是按鈕信號k的下降沿微分信號，td10是10秒定時器定時時間到信號（高電平有效），deng是電燈控制信號（高電平有效），t10是10秒定時器啟動信號（咼電平有效）。按鈕徴分電脛CP狀態機tdlO<10CP* de ng圖1總體框圖2、微分電路該狀態機的按鈕信號K,經過微

3、分電路再輸入狀態機，使其低電平持續時間 小于狀態機的時鐘周期，保證按鈕按下一次，狀態機只轉移一個狀態。因此為了 使系統的穩定性增高，可以用兩個 D觸發器組成微分電路對k信號進行微分。5所以需要在K輸入狀態機前設計微分電路。3、狀態機根據電燈控制的要求，可以得到該電燈控制開關的狀態圖如圖2所示：根據題意可得電燈控制只需要3個工作狀態，可使用兩個D觸發器，兩個 觸發器有Q、 錯誤！未找到引用源。0、 Q、 錯誤！未找到引用源。 1四個狀態，多余一個狀態，為了在 上電時，狀態機能夠有效地進入工作狀態實現自啟動， 在狀態圖上畫出了多余的 狀態A3,在任何輸入條件下，都可以從該狀態自動進入初始狀態 A由

4、圖2狀態圖可的表2-1的狀態表。在表中將狀態轉移條件中不出現的輸入信 號用任意值表示。狀態表又可轉換成圖3所示的次態卡諾圖。構造次態卡諾圖時，需要首先根據狀態表填寫次態卡諾圖，然后將剩余空格填 寫現態到現態的轉移，相當于狀態不轉移的情況。表2-17圖3次態卡諾圖圖4次態卡諾圖采用BCD編碼將圖3可寫為圖4。將編碼次態卡諾圖分解為圖5所示的Q和Q的卡諾圖。將Q和Q的卡諾圖如圖五化簡可得到各個觸發器的次態方程：Q1“1=錯誤！未找到引用源。i Qo錯誤！未找到引用源。 + Q i QokQl"1=錯誤！未找到引用源。1 錯誤！未找到引用源。+ Qi Qok + Qok錯誤！未找到引用源。

5、QiQq.k, tdlO00000111100111100000CD00000(11)0000圖5觸發器Q和Q的次態卡諾圖由于該電路是摩爾時序電路，輸出只與現在狀態有關，因此根據狀態表可以 直接寫出輸出方程：t10在Ai時態時為1,所以t10= 錯誤！未找到引用源。1 Qo ； deng在A和A狀態時為1， 所以deng=錯誤！未找到引用源。1 Qo + Q 1 Qo= Qo。根據上面得出的輸出方程和各個觸發器的次態方程即可以的到狀態機的電 路圖，即可完成狀態機的設計。4、10S定時器:定時器有兩種狀態回路。第一種是在按鈕按下一次后，定時器開始倒計時， 經10s后，定時器熄滅。第二種是按鈕按下

6、兩次(包括前一次)后，定時器失去 作用。選擇單時鐘十進制加減計數器 74LS190,即可實現10s定時器的設計；在狀 態端接上共陽四位數碼管，可更直觀的觀察。所以定時器選擇74LS190和共陽四位數碼管即可實現。5、脈沖產生模塊：1kHZ脈沖，10HZ脈沖6數碼顯示管：所謂的八段就是指數碼管里有八個小 LED發光二極管，通過控制不同的LED 的亮滅來顯示出不同的字形。數碼管又分為共陰極和共陽極兩種類型， 其實共陰 極就是將八個LED的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個LED的另一端高 電平，它便能點亮。而共陽極就是將八個 LED的陽極連在一起。其原理圖如下。a f COM a bde d

7、COM c gp引腳圖KI-s a<1-w ba CK1-d、e<1-q fKI-=g取共陰極a eoc KI廿Khe ©f°<1g <斷o將+5V共陽極其中引腳圖的兩個COMS連在一起，是公共端，共陰數碼管要將其接地，共陽 數碼管將其接正5伏電源。一個八段數碼管稱為一位，多個數碼管并列在一起可 構成多位數碼管，它們的段選線(即 a,b,c,d,e,f,g,dp)連在一起，而各自的公共端稱為位選線。顯示時，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個位選線，那個數碼管便會被點亮。數碼管的8段，對應一個字節的8位，a對應最低位，dp 對應最高位。所以如果想讓數碼

8、管顯示數字0,那么共陰數碼管的字符編碼為00111111，即0x3f ;共陽數碼管的字符編碼為11000000,即OxcO。可以看出兩 個編碼的各位正好相反。如下圖。共陰扱共陽極9#三、選擇器件該課程設計需要以下器材：4 個 74LS74D 4 個 74LS04D、3 個 74LS11D、2 個 74LS08D、1 個 74LS21D 1個74LS190D、1個數碼管、1個OR3 1個OR2 1個74LS03D 1個20Q電阻、1個開關、1個2.5V綠燈等。器件介紹如下1、可預置數同步可逆（加減）十進制計數器74LS19074LS190的引腳圖74LS190的邏輯符號#11151109PL 巴

9、vi rio6Vcc Po CP RC TC161514131212345618Pj Q1GE WD Q2GND14U/DRCCECPTCPL P0 P2 P3Qo Qi Q2 °3o1312圖6 74LS190的引腳圖圖7 74LS190的邏輯符號#引出端符號:LOADCPI® I®I®PlpTC1nc rcCLOCK K0 0CLOCK K0®rOiCLOCK K*J CLUCK KPREffiTOE0異步置數D/U加減控制端CTEN計數控制端RCO和MAX/MIN級聯輸出端74LS19 0的功能表表3-1A»出CTEN1.0.W

10、D/UD C B ACPr x0Xd c b aX異步訊010個加計數01I個睡計數1IXX74LS19 0的內部電路圖11圖8 74LS190的內部電路圖2、具有異步置位和復位端的邊沿觸發雙 D觸發器74LS74ISd2D2CPID1CPVcc2Rd#圖9 74LS74的管腳圖圖10 74LS74的邏輯符號引出端符號:表3-274LS74胛號引代碼譏 e摩也ft胃ft-牡ft19.10/4.32DI融發館號TUI3(KI時鐘信號4PR1控制5Q同柑悅輸出171/3.001諫電賤塊為146Q1反相世./628燦1毬 籃電爵：14腳為+5.00V7GNR地8Q2反軸位螢出s心U工歆位：1B腳9Q

11、2網雕出171/3 JOO4.上要用堆t熾D10PR2控制0.21 0.2|JICLK2時肄柑號12D2融建信號O33/O3SBCLJC2爭O/4J814%O.2t/D.2l觸發器輸入端D稱為同步輸入信號，因為它們是在 CLK的有效時鐘沿才能起作用，傳輸到輸出。除此之外，觸發器還有異步輸入端，異步輸入端直接影響 觸發器輸出而與CLK脈沖沒有關系，通常異步輸入端是置位端和復位端，在有效 電平時，使觸發器異步置位或是復位。74LS74觸發器的特性表表3-3輸入輸出說明S eRpCLKDQn+101XX1預置1110XX0預置000XX1不允許11個00置011個11W111QXQ。保持13#圖11

12、 74LS74內部電路圖3、四2輸入與非門74LS03D74LS03D的功能表74LS03D的邏輯圖#1312It1019上AJ=E10InputsOutputABYLLHLHHHLHHH 1L表3-4Y = ABH = HIGH Logic Level L=LOW Logic Level#圖12 74LS03D的邏輯圖圖12 74LS03D的邏輯圖引出端符號IA-4A1B-4BIY-4Y輸入端輸入端輸出端4、非門 74LS04D 74LS04 真值表 表3-574LS04功能表表3-6輸入輸出AYLHHLXT011074LS04D1 腳圖74LS04引腳功能SN74LS04(TOP VIEW

13、)1A1U14VCC1Y2136A2A312j 6Y2Y4115A3A5105Y3Y694AGND784YD, DB, N( OR NS PACKAGE乍*|«iA1Z$T1194HD4r*sIrt>4>>!34I1 I741YlA?*2A3TflCHC圖14 74LS04引腳功能圖13 74LS04D管腳圖5、三輸入與門74LS1174LS11邏輯符號圖14 74LS04引腳功能圖14 74LS04引腳功能C o圖14 74LS04引腳功能圖14 74LS04引腳功能tiJ4scpaitijoCivi ohd雙列匿插封裝圖15 74LS11邏輯符號圖16 74LS

14、11邏輯圖其中A、B C為輸入端，丫為輸出端表3-7 74LS11功能表V 二 ABCInput*OutputABCYXXLLXLXLLXXLHHHH7、倆個脈沖：1kHZ脈沖和10HZ脈沖四、功能模塊此設計包括四大模塊，分別為：微分電路、狀態機、10S定時器 以下對各大模塊進行說明：1、微分電路仿真圖如圖17：VCC2Q.OOhm “U1A>1CLK IQ12-IQID*1CLR圖17微分電路仿真圖微分電路圖為圖17,因為狀態機時鐘周期很短，而按鈕按下的時間相對于狀 態機時鐘周期很長，按下按鈕期間，有多個有效狀態機時鐘沿觸發狀態機，如果按鈕滿足狀態機的轉移條件，則會發生多狀態轉移現象。

15、例如按鈕按下時，持續 時間是300ms若狀態機時鐘是1ms則在按鈕按下期間狀態機的狀態會發生多 次A0-A1-A2-A0的轉移。因此該狀態機的按鈕信號 K,經過微分電路再輸入狀態 機，使其低電平持續時間小于狀態機的時鐘周期，保證按鈕按下一次，狀態機只轉移一個狀態。2、狀態機仿真圖如圖18：圖18狀態機仿真圖剛開始開關打開，t10=0 , deng=C。；開關按下一次時，t10由0變為1, deng 由 0 變為 1,此時 t10=1 , deng=1。開關按下兩次時（包括前一次），t10由1變為0,燈仍然為1,此時t10=0， den g=1。開關按下三次時，t10仍為0，燈由1變為0，此時t

16、10=0，deng=0。3、10S定時器仿真圖如圖20：圖19 10S定時器仿真圖用十進制計數器74LS190減法計數即可實現10S定時器，此模塊用來實現設計要 求中燈10S后熄滅，將狀態端QA QB QC Qd分別接到數碼管的1、2、3、4管腳進 行觀察，觀察其10S計數，驗證該設計的正確，如圖 21硬件測試圖五、總體設計電路圖總體設計電路圖如圖20總體電路圖說明：將四大模塊電路連接到一起，構成總體電路，在Multism仿真電路里進行仿 真，觀察其結果，符合設計要求。各要求仿真圖如下：1、 按鈕按下1次，燈亮，同時10S定時器開始工作，電燈亮10S鐘以后滅。仿 真圖如圖21。2、按鈕按下2次

17、（包括前一次），10S定時器不工作，電燈長亮不滅，仿真圖如 圖22。3、按鈕按下3次后，電燈滅，仿真圖如圖23。21*£圖20總體設計電路圖#圖21按鈕按下1次倒計時到623圖22按鈕按下2次燈長亮計時器不工作#圖23按鈕按下3次燈滅25六、硬件調試結果圖27十進制減法計時器計數到6秒七、課程設計心得通過本次課程設計我感觸很深，這是我做的第一次課程設計，從開始到結束 是在匆匆忙忙的生活中度過的，在這兩個星期的日子里，可以說是苦多于甜，但 是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固以前所學過的知識， 而且學到了 很多在書本上所沒有學到過的知識。 通過這次設計，進一步加深了對數字電子以

18、及各種器件的了解，讓我對它有了更加濃厚的興趣。在設計電路過程中我遇到很 多問題，所以慢慢的平時很少討論問題的我跟同學對設計的交流成了家常便飯， 在整個過程中付出了很多的努力，但當看到顯示屏上自己設計的電路仿真結果實 現時，我覺得任何困難都值得，一種成就感油然而生。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論， 才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 在設計 的過程中難免會遇到各種各樣的問題，同時在設計的過程中發現了自己的不足之 處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。本次課程設計為我們提供了一個可以在知識的天空里自由翱翔的空間；提供了一個可以在知識的海洋里揚帆遠行的