网络工程课程设计彩灯循环控制器

1、课课 程程 设设 计计 课程名称_电子技术综合设计与实训 题目名称_ 彩灯循环控制器_ 学生学院_ 自动化学院_ _ _ 专业班级_网络 _ 学 号_ _ 学生姓名_ _ _ 指导教师_ _ 20 年 10 月 30 日 广东工业大学课程设计任务书 题目名称 彩灯循环控制器 学生学院 自动化学院 专业班级 网络工程 姓 名 学 号 一、课程设计的内容 完成彩灯循环控制器的设计任务。 二、课程设计的要求与数据 设计要求包括： 1. 10 路彩灯分别用 10 个发光二极管模拟，编号依次为 0，1，9。10 个数码管依次显示 数字 0、1、2.9，1、3、.9，0、2、4.8，不断循环，相应的 10

2、 路彩灯能够自动循环点亮，每 个数字显示时间相等； 2. 该控制电路应有启动、停止和复位按钮。按下复位按钮，自动清零显示数字“0” ；按下启动按钮， 彩灯按上述规律变化。按下停止按钮，彩灯停止显示。 三、课程设计应完成的工作 1. 利用各种电子器件设计彩灯循环控制器； 2. 利用 de2 板对所设计的电路进行验证； 3. 总结电路设计结果，撰写课程设计报告。 四、课程设计进程安排 序号设计各阶段内容地点起止日期 1 选择课程设计题目，分析题目要求及熟悉实验 软件。 实验 2 号楼 214 星期一 2 查阅资料，提出设计方案并讨论，设计电路。 实验 2 号楼 214 星期二 3 进行原理图输入并

3、调试电路 实验 2 号楼 214 星期三 4 调试电路、改进 实验 2 号楼 214 星期四 5 下载并检查 实验 2 号楼 214 星期五 发出任务书日期：20 年 10 月 23 日 指导教师签名： 计划完成日期： 20 年 10 月 30 日 基层教学单位责任人签章： 主管院长签章： 摘 要 这次的课程设计主要是用计数器来实现的，这个彩灯循环控制电路的实质就是要产生一 系列有规律的数列，然后通过一个七段数码管将数字显示出来。这里使用的主要就是计数器， 计数器在时序电路中应用的很广泛，它不仅可以用于对脉冲进行计数，还可用于分频，定时， 产生节拍脉冲以及其他时序信号。运用计数器的不同的功能和

4、不同的接发就可以实现不同的 序列输出了。 而这次的内容还包括分电路图的整合，使这个彩灯循环显示器能够按照要求那个依次输 出自然序列，奇数序列，偶数序列为了实现这个循环输出的功能，在设计的时候还用到了一 个移位寄存器，可以利用它的输出端来控制三个计数器的工作情况，可以让三个计数器依次 工作，就可以达到要求的依次循环输出数列。 本次实验需要两个频率 cp1 和 cp2，且 cp2=2cp1，所以要用到分频电路，本实验中主要 也是用计数器来实现分频功能。 关键词：循环彩灯，计数器，移位器，分频 目 录 1 1 设计任务及要求设计任务及要求.1 1.1 主要任务.1 1.2 技术要求.1 2 2 设计

5、方案设计方案.1 2.1 基本组成方框图.1 3 3 方案的实现方案的实现.2 3.1 数字循环模块的设计.2 3.2 控制模块的设计.3 3.3 二分频模块的设计.4 4 4 测试步骤及实验结果测试步骤及实验结果.5 5 5 结论与问题讨论结论与问题讨论.5 5.1 设计所遇到的问题.5 5.1 心得体会.5 参考文献参考文献.6 附录附录 （总电路图）（总电路图）.7 1 1 设计任务及要求设计任务及要求 1.1 主要任务主要任务 以 led 数码管作为控制器的显示元件，它能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）和 0、2、

6、4、6、8（偶数列） ，然后由依次显示出自然数列、奇数列、偶数序列. 如此周而复始，不断循环。 1.2 技术要求技术要求 电路要实现停止、启动、复位清零 3 个按键的功能。 每个数字的一次显示时间基本相等。 2 2 设计方案设计方案 2.1 基本组成方框图基本组成方框图 l le ed d数数码码管管循循环环彩彩灯灯 自自然然数数列列奇奇数数数数列列偶偶数数数数列列 脉脉冲冲信信号号 控控制制模模块块 c cp p2 2 c cp p1 1 c cp p1 1 图 1 基本方框图 设计的基本思想：由控制模块（由计数器和译码器实现）分别控制自然数 列、奇数数列和偶数数列三大块的循环，而自然数列、

7、奇数数列和偶数数列的 设计基本上是一样的，再用脉冲信号来控制数字的显示时间都相等。 3 3 方案的实现方案的实现 3.1 数字循环模块的设计数字循环模块的设计 3.10 自然数、奇数、偶数数列的循环 在这一个模块，主要是用 3 个 74192 来分别实现自然数、奇数、偶数数列 的循环， （如图 2(a)、(b)、(c)）所示 counter d c a b clr up dn ldn qb bon con qa qc qd 74192 inst18 vcc 制 制 制 a1 b1 c1 d1 cp2 counter d c a b clr up dn ldn qb bon con qa qc

8、qd 74192 inst25 or2 inst27 not inst28 vcc a2 c2 d2 b2 制 制 制 cp1 图 2(a)：自然数列 图 2(b)：奇数数列 counter d c a b clr up dn ldn qb bon con qa qc qd 74192 inst24 and2 inst50 gndvcc 制 制 制 a3 b3 c3 d3 cp1 图 2(c)：偶数数列 设计的基本思想： 图 2（a）所示的自然数列是用一个模十计数器 74192 来完成的，其中 up 端接 cp1 脉冲，clr（高电平清零）由控制模块来控制实现在图 2（a） 、 （b）和 （c

9、）之间的循环，a1、b1、c1、d1 则是作为输出的十个彩灯的 bcd 码，要 接到 led 数码管和小彩灯上面去（见 3.11 彩灯和数码管显示模块） ； 图 2（b）则奇数数列循环的模块，它也是由 74192 来实现的，考虑到奇数 数列的一个特点，0001、0011、0101、0111、1001，其最低位（则 a 端）始终 为 1，所以在 qa 处接一个或门，或门的另一端接控制端（低电平有效），所以 在奇数数列模块有效期间，a 端输出始终为 1。 图 2（c）是偶数数列，其原理跟图 2（b）是一样的，与上一个 0，是 a 端 输出始终为 0。 3.11 彩灯和数码管显示模块 0 outpu

10、t 1 output 2 output 3 output 4 output 5 output 6 output 7 output 8 output 9 output a6 output b7 output c8 output d9 output e10 output f11 output g12 output bcd to dec d b c a o7n o8n o9n o0n o3n o2n o1n o6n o5n o4n 7442 inst13 not inst50 not inst51 not inst52 not inst53 not inst54 not inst55 not ins

11、t56 not inst57 not inst58 not inst59 bcd to 7seg ltn b c d rbin bin a ob oc oe od of og oa rbon 7447 inst5 or3 inst60 or3 inst61 or3 inst62 or3 inst63 a1 a1 a2 a3 b1 b2 b3 c1 c2 c3 d1 d2 d3 图 3：彩灯和数码管显示模块 这个模块是比较简单的，在 3.10 中自然数、奇数、偶数模块每次都只有一 个模块是有效的，其它模块的 a、b、c、d 输出全为 0，所以用或门把 3 个 bcd 码或成一个 bcd 码，用二

12、-十进制译码器 7442 把 bcd 码翻译成十进制接 到彩灯上，用数码管译码器 7447 把 bcd 码在 led 显示管上显示 3.2 控制模块的设计控制模块的设计 控制模块是整个电路设置的关键，这一块要实现的功能是：当数字循环模 块中的自然数数列循环一圈后，控制模块控制它跳到奇数数列，奇数数列循环 一圈后，控制模块控制它跳到偶数数列，当偶数数列循环一圈后，控制模块控 制它跳到自然数数列，这样一直循环下去，则实现课程设置的要求。 如图 4 所示，可以用计数器 74193 来实现模三计数，产生 0000，0001，0010 三种状态，通过二-四译码器 74139 来产生 clr1、clr2、

13、clr3 三个控制端（低电平有效） ，分别控制自然数列、奇数数 列和偶数数列的运行。在这里要给 74193 的 up 端一个脉冲，二这个脉冲是来 之三个 74192 的 d 端的或非，其原理如下：在电路中只能有一个 74192 是有效 的，其它两个的 a、b、c、d 端输出都为 0，有效的那个 74192 的 d 端的输出 的规律是 0000000011-0，它与其它两个 d 端的或非是 1111111100-1，则当 d 端的输出从 0 变到 1 时（刚好走完一个模式的计数） ，就给控制模块的 74193 一 个上升沿脉冲，使 74193 计一次数，从而是计数循环模块跳转使另外一个 7419

14、2 有效，这样就可以实现整个计数模块的块间循环。 在图 4 中有一个 replace 的按钮，它是一个复位键，每按一次，就会产生一 个 0 脉冲，使 74193 清零，从而使彩灯循环回到自然数列循环，则是回到循环 的初始状态。 counter d c b a clr up dn ldn qb qa con qd qc bon 74193 inst5 vcc and2 inst25 or2 inst9 and2 inst10 2:4 decoder a1 a2 b1 b2 g1n g2n y10n y20n y13n y12n y11n y21n y22n y23n 74139 inst13 n

15、or3 inst14 clr1 clr2 clr3 vcc replace input not inst18 d1 d2 d3 图 4：控制模块 3.3 二分频模块的设计二分频模块的设计 在图 2 中，我们需要两个脉冲 cp1 和 cp2，其中要使 cp1=2cp2，原因是： 自然数列接 cp2 脉冲，做模十计算，每计数一次，彩灯亮一下，时间间隔是 t1=1/cp2；奇数和偶数数列接 cp1 脉冲，由于奇数和偶数数列也是做模十计算， 每计两次数，彩灯才亮一下，时间间隔是 t2=2/cp1，要使 t1=t2，则要使 cp1=2cp2。 and2 inst52 counter d c a b cl

16、r up dn ldn qb bon con qa qc qd 74192 inst29 up counter clock q23.0 cout lpm_counter0 inst30 cp1 vcc cp2 vcc open input vcc clk input 图 5：分频模块 分频模块的设计是用 74192 计数器来实现，如图 5 所示。clk 接外部频率， 这里是接 27mhz 的频率，所以要用一个 lpm_counter 来进行 24 分频，使 cp1 的 频率约为 1.68hz，结果是使彩灯大概每秒亮一次。open 接一个开关与外部脉冲 相与，起到停止和启动的作用，当 open

17、拨到低电平时，整个电路没有脉冲，因 而停止运行。 4 4 测试步骤及实验结果测试步骤及实验结果 经上机测试，证明该电路是可行的，实现了彩灯对自然数列、奇数数列、 偶数数列的循环，并且实现了复位，启动和停止功能的按钮。 5 5 结论与问题讨论结论与问题讨论 5.1 设计所遇到的问题 5.1 心得体会 这次的课程设计是一次难得的锻炼机会，让我们能够充分利用所学过的理 论知识还有自己的想象的能力，另外还让我们学习查找资料的方法，以及自己 处理分析电路，设计电路的能力。 总之我觉得这样的实践对我们现在的学习以及以后的工作都是很大的帮助， 而且对我分析问题的方法也有很大的帮助，使我考虑问题更周到，更全面

18、。 参考文献参考文献 1 电子线路设计实验测试第三版，谢自美 主编，华中科技大学出版 社 2 数字逻辑第三版，欧阳星明 主编，华中科技大学出版社 附录附录 （总电路图）（总电路图） vcc clk32 input vcc open33 input vcc replace input and2 inst53 counter d c a b clr up dn ldn qb bon con qa qc qd 74192 inst32 vcc counter d c a b clr up dn ldn qb bon con qa qc qd 74192 inst55 counter d c a b clr up dn ldn qb bon con qa qc qd 74192 inst56 or2 inst57 counter d c a b clr up dn ldn qb bon con qa qc qd 74192 inst58 and2 inst59 gnd or3 inst61 or3 inst62 or3 inst63 o