多路可编程控制器设计与制作

1、三、多路可编程控制器设计与制作一、问题的引入：在实际应用中，常常需要一种能同时控制多组开关按一定的方式闭合与断开的 装置，比如显示图样不断变化的各种霓虹灯或彩灯的电源控制系统。本节设计与制 作的多路可编程控制器就具有这种功能。二、设计目的：通过这一课程设计，读者可以在如下方面得到锻炼。(1 )基本了解设计数字系统的一般方法。(2 )进一步熟悉常用数字器件的使用方法。(3 )基本掌握通过逻辑分析查找数字电路故障的方法。(4 )熟悉并学会使用用于读写EPROM的常用软件，掌握固化与擦除EPROM的方法。三、设计要求：设计并制作出一种用于控制霓虹灯的控制器，它具有如下功能：(1 )可以控制每段霓虹灯

2、的点亮或熄灭。(2 )每段霓虹灯的点亮与熄灭可以通过68编程来实现。(3 )每间隔一段时间，霓虹灯的图样变化一次。(4 )图样变化的间隔时间可以调节。四、所需仪器设备与器件示波器，稳压电源，EPROM读写软、硬件， EPROM擦除器。五、设计内容、方法与步骤：1、设计内容1) 霓虹灯受控显示的基本原理我们以背景霓虹灯的一种显示效果为例，介绍控制霓虹灯显示的基本原理。设 有一排n段水平排列的霓虹灯， 某种显示方式为从左到右每间隔0.2秒逐个点亮。其控制过程如下：若以“ 1 ”代表霓虹灯点亮，以“ 0 ”代表霓虹灯熄灭，则开始时刻， n段 霓虹灯的控制信号均为“ 0 ”，随后，控制器将一帧 n个数

3、据送至n段霓虹灯的 控制端，其中，最左边的一段霓虹灯对应的控制数据为“1 ”，其余的数据均为零，即1000 , 000。当n个数据送完以后，控制器停止送数，保留这种状态(定时) 0.2秒，此时，第1段霓虹灯被点亮，其余霓虹灯熄灭。随后，控制器又在极短的 时间内将数据1100 , 000送至霓虹灯的控制端，并定时 0.2秒，这段时间，前两段霓虹灯被点亮。由于送数过程很快，我们观测到的效果是第一段霓虹灯被点亮 0.2秒后，第2段霓虹灯接着被点亮，即每隔0.2 秒显示一帧图样。如此下去，最后控制器将数据 1111 , 111送至n段霓虹灯的控制端， 则n段霓虹灯被全部 点品。只要改变送至每段霓虹灯的

4、数据，即可改变霓虹灯的显示方式，显然，我们可 以通过合理地组合数据（编程）来得到霓虹灯的不同显示方式。2）系统框图根据设计要求，确定如图 8.1所示系统框图。8-1系统方框图框图中，右边的 D 0 -D n 为n个发光二极管，它们与 n段霓虹灯相对应， 二极管亮，则霓虹灯亮。下面介绍框图中各部分的功能与实现方法。（1）移位寄存器移位寄存器用于寄存控制发光二极管亮、灭的数据，对应 n个发光二极管，移 位寄存器有n位输出。移位寄存器的输入信号取自存储器输出的8位并行数据，为使电路简单，可以采用8位并入并出的移位寄存器，也可以采用并入串出的移位寄存器。（2）只读存储器只读存储器内部通过编程已写入控制

5、霓虹灯显示方式的数据，控制器每间隔一 段时间（显示定时）将 n位数据送移位寄存器，所送的数据内容由存储器的地址信 号确定。存储器的容量由霓虹灯的段数、显示方式及显示方式的种类确定。n段霓虹灯,m种显示方式，要求存储器的容量为n=n x n x m ( bit )只读存储器可以采用常用的EPROM,如2764、27128、27256、27512 等。(3)地址计数器地址计数器产生由低到高连续变化的只读存储器的地址，存储器内对应地址的数据被送至寄存器。地址计数器输出的位数由存储器的大小决定。64Kbyt容量的0000H开始计数。74161 、162 等。存储器对应的地址线为 16根，因此要求16位

6、计数器。其余可依次类推。地址计 数器给出存储器的全部地址以后自动复位，重新从地址计数器可以采用一般的二进制计数器，如(4 )控制门与定时器控制门的控制信号来自定时器,控制门用于控制计数脉冲是否到达地址计数器。定时器启动时，控制门被关闭，地址计数器停止计数，寄存器的数据被锁存。此段 时间发光二极管发光。达到定时值时，定时器反相，计数器重新开始计数。控制门可以用一般的与门或或门，定时器可以采用单稳态电路来实现，也可以 用计数器实现。(5)长度计数器长度计数器与地址计数器对应同一个计数脉冲。长度计数器工作时，地址计数 器也在工作。计数器工作期间，存储器对应地址的数据被逐级移位至对应的寄存器。 长度计

7、数器的计数长度为n/8,该长度恰好保证一帧图样(n位)的数据从存储器中读出送寄存器锁存。长度计数器达到长度值时自动清零，同时启动定时器工作。定时器启动期间，长度计数器与地址计数器的计数脉冲均被封闭。长度计数器电路可视计数的具体长度来确定。当计数长度较短时，可以采用移 位寄存器来实现。3) 实用电路根据上面的分析，设计出如图8.2所示的实用电路。实用电路可以控制 32段霓虹灯，用32个发光二极管代替霓虹灯。实际电路 中，霓虹灯是由开关变压器提供的电源点亮的，开关变压器通过光耦进行强、弱电 隔离，从寄存器输出的点亮发光二极管的驱动信号完全可以驱动开关变压器工作。电路中的移位寄存器采用74LS374

8、,当与11脚相连的移位脉冲产生上升沿突变时，8位数据从上至下从一个寄存器移位至另一个寄存器，构成 8位并行移位 电路。显然，出现在 11脚的移位脉冲，一次只能有4个。1U111 TILS OSrT引顷4 ULZUw 了*l 皿 n皿宜4匹村1O-Qilr Fma:T41SMD-Illp 11 K SAT H-& D_DD& 0图8.2霓虹灯显示控制器实用电路电路中的存储器采用具有8K地址的EPROM2764,电路中2764的最后两根地址线A11、A12接地。因此，实际只用到了前面2K地址的存储单元。由于只控制32段霓虹灯，它仍可以保证有足够多的显示方式。如有必要，可以通过接插的

9、 方式改变A11、A12的电平，选择其他 6K地址对应的图样。电路中的地址计数器由 3块74LS161组成，它产生11位地址数据，计数输 出直接与存储器的地址线相连。定时器采用555组成的单稳态触发器来实现，改变可变电阻VR的数值。可以改变定时器的时间，即每帧画面显示的时间。显示时间一般定在0.11S之间。振荡电路采用555组成多谐振荡器来实现，其振荡频率可以在1KHz1MHz之间取值。2、方法与步骤1) 器件检测与每次实训一样，首先对所用器件进行检测。保证器件完好，可以减少因器件 不良带来的各种麻烦。2) 电路安装在印刷电路板上安装好全部器件。所需电路板可以在电子 CAD课程作为课程设计内容

10、完成，也可委托电路板厂加工。如无现成的印刷电路板，也可在万能板上安 装。由于电路连线较多，不宜在面包板上安装。3) 检测电路(1) 检测由555组成的时钟振荡器的输出波形，正常情况应能在U5的第3 脚观测到频率为几十 KHz的矩形波。如不能观测到输出波形，则应检测 555的工 作状态，找到故障所在。(2) 将定时器电位器 VR调至最小值，用示波器观测计数脉冲的波形，如电路正常，可以得到波形。如没有波形或波形为连续矩形波，则检测定时器555输出端第三脚的电平。正常时可以观测到输出电平以短于1S的时间周期跳变，如果不出现跳变，则定时器没有工作，应检测定时器与长度计数器的工作状态。通过检测各 引脚电

11、平或波形，根据电路的逻辑关系进行分析，排除故障。(3) 检测存储器各地址线的电平，在低地址端应能观测到电平的跳变。如地址线电平不发生变化，则应检测由4个74LS161构成的地址计数器工作是否正常，通过检测各IC的引脚或波形，排除故障。(4) 检测寄存器74LS374各引脚电平，各电平值应与电路确定的值一致，出 现异常则应找出故障所在，予以排除。3) 排列发光二极管将32个发光二极管按你喜欢的方式排列成一定的图形或字符。4) 确定显示方式根据排列的图形，确定发光二极管的显示方式。5) 确定存储器各地址对应的数据显示方式确定之后，则可确定存储器各地址对应的数据。为加深读者的认识， 设发光二极管水平

12、排列，显示方式为从左至右一个一个点亮。这种情况下，各地址 对应的数据如表8.1所示。表中，每行第一个16进制数为存储器的一个起始地址， 其余16个数为该地址及与该地址相连的其他15个地址的数据，也用 16进制数表8.1 一种显示方式各地址对应的数据0000H 00H 00H 00H 01H 00H 00H 00H 03H 00H 00H 00H 07H 00H 00H 00H 0FH 0010H 00H 00H 00H 1FH 00H 00H 00H 3FH 00H 00H 00H 7FH 00H 00H 00H FFH0020H 00H 00H 01H FFH 00H 00H 03H FFH

13、 00H 00H 07H FFH 00H 00H 0FH FFH0030H 00H 00H 1FH FFH 00H 00H 3FH FFH 00H 00H 7FH FFH 00H 00H FFH FFH 0040H 00H 01H FFH FFH 00H 03H FFH FFH 00H 07H FFH FFH 00H 0FH FFh FFH 0050H OOH 1FH FFH FFH 00H 3FH FFH FFH 00H 7FH FFH FFH 00H FFH FFH FFH 0060H 01H FFh FFH FFH 03H FFH FFH FFH 07H FFH FFH FFH 0FH FFH FFH FFH0070H 1FH FFH FFH FFH FFH 3FH FFH FFH 7FH FFH FFH FFH FFH FFH FFH FFH 读者读懂表8.1的内容以后，就可以自己编辑显示方式了。6）输入数据读者可以利用任何读写EOROM的软件及相关附件将编辑好的内容固化在 EPRO&quo