楼梯灯控制装置

1、 电子课程设计 楼梯灯控制装置 学院：电子信息工程学院 姓名： 班级： 学号： 指导老师： 2014年12月 楼梯灯控制系统 一 设计任务与要求 控制要求：只用一个按钮k控制，当按一次按钮k时，楼梯灯亮一分钟后自动熄灭；当第二次按按钮k时（在1min内），灯亮4min后灭；若在4min内，再按下按钮k时，灯熄灭。二 总体框图 状态机 cptd1min定时信号 由题意可以得到该开关的设计原理框图如图1所示，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，td10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

2、效）。总体框图如图2-1所示。1min定时器微分电路开关灯4min定时器 Td4min信号 图2-1总体框图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。3、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：因为四变量状态机相对六变量状态机更容易得到，所以采用四变量状态机实现第一次按按键灯亮一分，第二次按按键灯亮（灯亮4min用其他门电路实现），第三次按按键灯熄灭

3、。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触发器有Q0、0、Q1、1四个状态，多余一个状态，为了在上电时， 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。 由图2-2状态图可得表2-3的状态表。在表中将状态入信号用任意值表示。状态表又可转换成图2-4所示的次态卡诺图。构造次态卡诺图时，需要首先根据状态表填写次态卡诺图，然后将剩余空格填写现态到现态的转移，相当于状态不转移的情况。状态图如图2-2所示，状态表如图2-3所示。 A2T1min=0 deng=1 A1T1min=0 deng=0

4、 A0T1min=0 deng=0 K=0 k=0 k=0 A3 T1min=0 deng=0 图2-2 电灯延时开关状态图 输入信号，现态，次态，输出如状态表2-3。输入信号现态次态输出ktd10QQn+1t10deng0A0A10011A1A01100A1A2110×A2A001××A3A000 表2-3 状态表根据状态表列写卡诺图次态卡诺图如图2-4和2-5所示。 图2-4次态卡诺图 图2-5次态卡诺图 采用BCD编码将图2-3可写为图2-4。将编码次态卡诺图分解为图2-5所示的Q1和Q0的卡诺图。将Q1和Q0的卡诺图如图五化简可得到各个触发器的次态方程：

5、Q1n+1= 1 Q0 + Q1 Q0k Q1n+1= 1 + Q1 Q0k + Q0k 图2-6触发器Q1和Q0的次态卡诺图由于该电路是摩尔时序电路，输出只与现在状态有关，因此根据状态表可以直接写出输出方程： T10在A1时态时为1，所以t10=1 Q0 ； deng在A1和A2状态时为1，所以deng=1 Q0 + Q1 Q0= Q0 。根据上面得出的输出方程和各个触发器的次态方程即可以的到状态机的电路图，即可完成状态机的设计。4. 1min与4min定时电路定时器有两种状态回路。第一种是在按钮按下一次后，定时器开始计时，经1min后，定时器发出定时时间到信号td1min，灯熄灭。第二种是

6、按钮按下两次（包括前一次）后，定时器定时4min，灯亮4min，在4min内，再按一下按钮，灯熄灭。选择十进制计数器74LS160，即可实现4min定时器的设计;在状态端接上数码管，可更直观的观察。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50赫兹的CP脉冲。三选择器件该课程设计需要以下器件：4个数码管，2个74ls160,2个74ls161，4个D触发器，1个2.5v电灯，其他门电路。1、 同步十进制计数器74LS160 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/

7、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，如图74ls160外部引脚图2-7所示。 图2-7 74LS160外部引脚图 74ls160内部原理图如图2-8。 图2-8 74ls内部原理图74ls160功能表如表2-9。 图2-9 74ls160 功能表 2、 具有异步置位和复位端的边沿触发双D触发器74LS74，如图2-9。 图2-9 74LS74的管脚图 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。

8、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触发器的特性表如表2-10。 表2-10 74ls74特性表 .与非门组成的SR锁存器 内部结构如图2-11。 图2-11 SR锁存器的真值表与原理图 1) .当R端无效(0)，S端有效时(1)，则Q=0,Q非=1,触发器置,0。2) .当R端有效(1)、S端无效时(0)，则Q=1,Q非=0触发器置1。3) .当RS端均有效时，触发器状态保持不变。 4) .当RS端均无效时，触发器状态不确定。 四功能模块 此设计包括三大模块。

9、分别为: 状态机、1min，4min定时器、SR锁存电路。 1.各大模块说明 状态机 此状态机来实现图二的三种状态，进而控制定时器，使其达到要求的结果。4min定时器用门电路实现，4变量状态机相对6变量状态机容易得到，所以采用四变量状态机，状态机只实现第一次按按钮灯亮一分，第二次按按钮灯亮（4定时器用门电路实现），第三次按按钮灯熄灭。 图3-1 状态机仿真图对t1min，td1min，td4min的仿真波形图如下。第一次按按钮之前，t1min为低电平，按下按钮，t1min变高，定时结束t1min变低。如图3-2所示： 图3-2 t1min波形变化 Td1min在定时时间到之前为低电平，定时时间

10、到时，为高电平，之后为低电平。如图3-3所示。 图3-3 td1min波形变化 Td4min在定时时间到之前为高电平，定时时间到时为高电平，之后为低电平。 如图3-4所示。 图3-4 td4min波形变化 2.定时器模块 如下图3-5所示为定时器模块。用俩个160芯片连成异步60进制计数器。构成1分钟定时器，用俩片161芯片连成同步240进制计数器，构成4分钟定时器。工作时，第一次按下按键，1分钟定时器定时1分钟，在此期间灯常亮，若第二次按下按键1分钟定时器停止计数，4分钟定时器开始计数，灯亮4分钟。 图3-5 1min定时器模块 图3-6 4min定时器模块 图3-4 为1min定时器，用两

11、片74ls160连成异步60进制计数器，图3-5 为4min定时器，用两片74ls161连接成同步240进制计数器，计时器均接数码管显示时间。Cp脉冲以实验时为准。5 总体设计电路图 1.总体电路图 图5-1 总体电路图2. 仿真结果 第一次按下按按键仿真结果如图5-2，灯亮一分钟后熄灭。 图5-2 第一次按下按键仿真结果 第二次按下按键仿真结果如图5-3，灯亮四分钟后熄灭。 图5-3 第二次按下按键仿真结果第三次按下按键仿真结果如图5-4，按下按键后，灯熄灭 。 图5-4 第三次按下按键仿真结果3. 硬件仿真结果设计题目是楼梯灯控制系统，硬件仿真试验，动手做了状态及部分，并取得成功，状态机能有效控制要求的三种状态即按一次按键灯亮1分，第二次按按键灯亮4分，第三次按按键灯熄灭。六心得体会通过这次课程设计,我对74LS160、74LS161和555定时器等元件的逻辑功能有了更加深入的了解和认识,对Multisim软件应用的更加熟练。在课程设计中,遇到了一些问题，解决问题时，我想到了用555定时器对信号进行分析和利用，既能得到合适的脉冲，又使误差得以减小，达到了很好的效果，为后面的设计打下了坚实的基础。在选择计数器时，我选用了常用的74LS160和74LS161计数器，从而达到实