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目 录 摘要 一、选题背景 1、功能要求 2、方案论证 3、基本设计任务 4、发挥设计任务 5、电路特点 二、电路设计 1、 总体方框图 2 、总体工作原理 3各主要电路及部件工作原理 3.2 循环控制部分（JK触发器、74LS138） 3.3 两个74LS160控制4个数列简要说明 3.4 上电复位电路 4 原理总 5 元器件清单 6 调试过程及测试数据（或者仿真结果） 6.1 各主要功能块的单独调试（按焊接步骤） 6.1.1 74ls48与数码管的调试 6.1.2 555与降频器的调试 循环部分和非门的调试 两个74LS160的调试 触发器和74LS138的联合调试 组合电源调试 6.2 调试总结果分析 参考文献
摘要 彩灯控制器的设计课题是为强化我们所学的电子技术，结合书本理论知识，结合实际操作。这是一个理论结合实践的过程。这次我们采用2片74ls160作为主要元件，通过这个元器件的工作特点，控制彩灯的各种序列的变换。通过结合触发器的选择，对时钟进行分频和使用555产生的时钟频率，从而改变数字的显示时间间隔的时间。
一、选题背景 数字电子技术在我们生活中的应用非常之广泛，不论是在各个方面都会涉及到它，小到家用电器的自动控制，大到神舟九号和天空一号航天器的设计，都无可避免的要运用它。并且鉴于以理论推动实践及理论实践相结合为指导思想，特此用我们所学的理论知识来实践这次课程设计。 1、功能要求以74LS160为主要器件，加之以循环电路、脉冲电路、显示电路、复位电路等，即可实现题目所述的功能（打开电源时，控制器可自动清零，从接通电源时刻起，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）。并且需要保证每个数字显示的时间基本相等，这个时间在0.5~2秒内可调。 2、方案论证 方案一：可以用74LS153、74LS160及NE555加以必要的电路来实现。此电路的特点在于：虽然电路简单、器件使用少、但是理解思路不是很好，但是控制不易。而且不易处理音乐数列。 方案二，用74ls190和74LS191，译码器，三态门及必要门电路亦可实现，这种方案使用器件很少，但是时钟脉冲是由190的进位端接191的时钟脉冲端。不能实现各个数字显示时间一样。 方案三：以JK触发器作为循环控制部分构成四进制（00-01-10-11），74ls138构成循环控制部分，加必要的门电路，结合74LS160便可实现。此方法较为普通。 在设计过程中，由于先设计出的是第二种方案，考虑其简单易行、思路清晰，方便调试，综合考虑，采用方案三。 3、基本设计任务用NE555、74LS160、JK触发器、74ls48数码管以及必要的门电路设计一个控制电路使其在开机时能够实现如下功能：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），0、2、4、6、8（偶数列）和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）。 4、发挥设计任务5、电路特点用较为简单的思路实现课题功能，运用2个74LS160显示4组数列，其中奇偶数列共同使用一片，自然数列和音乐数列在一起共用一片74ls160，再有就是设计了4个状态指示LED。
二、电路设计1、 总体方框图
图2-1 总体方框图
2 、总体工作原理本系统重要部分为循环控制部分，循环控制部分中的JK触发器会产生一个四进制循环状态，通过74LS138译码后会产生4个控制状态，这4个控制状态将分别控制74LS160的工作状态并用二极管的亮灭表示出来，选中不同的74LS160工作在不同的状态，在脉冲的作用下经7448译码后便可以显示出4组数字。 3各主要电路及部件工作原理3.1 2Hz脉冲及降频（555、JK触发器）
图3-1-1 NE555多谐振荡器电路 图3-1-2JK触发器降频电路 多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。多谐振荡器没有稳态，所以又称为无稳电路。在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，其“触发”信号是由电路内部电容充（放）电提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。多谐振荡器的周期可以用公式: t=（R1+2R2）Cln2 计算，即上图3-1多谐振荡器的周期约为0.5s。 降频电路是由一个JK触发器构成，当J端和K端接成高电平时就是一个T型触发器。T触发器在一个脉冲的下降沿Q端的状态会变化一次，由这个原理便可以做成0.5倍频降频器。 参数计算： 因为需要一个0.5~2秒的可调脉冲，因此根据上述公式，C=47uf可以计算得出R=R1+2R2, 得出R=15K~~61K。R1取47K的滑动变阻器和5K，R2取5K。 当滑动变阻器的阻值为0的时候，即产生0.5S的脉冲，当滑动变阻器滑到最大值的时候，产生2S的脉冲。 3.2 循环控制部分（JK触发器、74LS138）图3-2-1 JK触发器构成的四进制计数器电路 图3-2-2 K触发器及74LS138构成的循环控制电路 如图3-2-1 JK触发器构成的四进制计数器电路，当开机时，复位信号会使其输出高低位为00，在接下来的脉冲下输出会以00—01—10—11—00—01……循环。 JK触发器构成的四进制计数器电路的设计过程： （详见附件）
状态转换表如下： 图3-2-3状态转换表 据表中次态对应Q高*、Q低*，画出卡诺图化简。 次态卡诺图如下： 图3-2-4 Q高* 图3-2-5 Q低* 由图3-2-4、图3-2-5可得： Q高*= Q高· Q低’+ Q高’·Q低， Q低*= Q低’。 由JK触发器的状态方程 Q*=J·Q’+K’·Q , 便可得J、K的关系，其连线便如上电路图。
3.3 两个74LS160控制4个数列简要说明由于要显示4组数字，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1、2、3、4、5、6、7（音乐符号数列），分析每组的特点，音乐数列和自然数列都是按顺序来，而奇偶数列则是间隔了一个数，因此可以归为两组；音乐数列和自然数列、奇偶数列。以这样的思路就可以用2个74LS160来计数。 音乐数列和自然数列的74LS160： 图3-3-1 74LS160A 自然数列是从0开始的，因此运用起来较简单。自然数列直接用就可以,；对于音乐数列则到了7的的时候就要复位到0，解决方法如下：在要消除异步复位时的闪烁的前提下，可以用同步置位，即在输出端口到达0111时把其低3位处理成职位信号，再考虑别的控制因素的情况下，电路便可如上图方法设计。 并且由于音乐数列是1~7所以我们才有一些门电路实现在偶数列结束之后，应当将74ls160从1开始计数，但是经过实践，发现1显示的时间有点短（这是因为当使能从0变到1的时候基本上clk时钟信号就会有作用沿，所以显示的时间根本就没有持续一个周期就从1变到2了）。所以我们采用门电路结合音乐输入使能信号实现把0变成1。 奇偶数列的74LS160： 图3-3-2 74LS160B
对于奇偶数列的处理，可以从输出四位二进制看出解决问题的方法，奇数列：0001,0011,0101,0111,1001。偶数列：0000,0010,0100,0110,1000。假如显示部分不接四位二进制输出的最低位，最低位接0，则可以得到偶数列的输出；反之，显示部分不接四位二进制输出的最低位，最低位接1，则可以得到奇数列的输出。对于这个奇偶数列的74LS160，假如和音乐数列、自然数列的74LS160接同一个脉冲，则会出现两类数字的跳动周期不一样，那么就可以用0.5倍频降频器来实现。 3.4 上电复位电路图3-4-1 复位电路 复位电路用于两个74LS160和JK触发器的清零，使得在一开机的情况下全部从零开始。因为在一上电的过程中电阻上的电压变为高电平，而所有的触发器的RD清理端都需要低电平，所以中间必须接入反向器。
4 原理总
5 元器件清单6 调试过程及测试数据（或者仿真结果）6.1 各主要功能块的单独调试（按焊接步骤）6.1.1 74ls48与数码管的调试焊接时最先做74ls48与数码管的连接。连接好后通上电源，首先测试数码管的全部点亮。把74ls48的测试端LT’接地，可以看到数码管显示8字，说明数码管是好的。接着，把74ls48的LE端接地、BI’和LT’接高电平，此时在输入端A、B、C、D接相应的信号使数码管显示0-9各个字符。通过以上的测试便能得知此电路的好坏。 通过以上的测试方法，本电路没有问题、可以使用。 6.1.2 555与降频器的调试通过把555_VIRTUAL接成多谢振荡电路便可以输出方波，通过公式t=（R1+2R2）Cln2的计算可得方波周期。本电路用R1=R2=24kΩ、C=10uF，则t=0.5s，再通过接0.5倍频的JK触发器便得到1s方波。这两个方波脉冲分别给两个74LS160提供信号。 调试：照电路图接好线路后，给电路通上电。通过测试555_VIRTUAL的out端和JK触发器的Q端，看其是否为0.5Hz和1Hz。同时可以依据555的3脚接出的脉冲接到发光二极管上。观看等的亮灭情况。 在仿真软件上得到的结果如下图： 图6-1-2-1 复位电路
循环部分和非门的调试此部分由一个JK触发器、一个74LS138和4个非门构成，可以分别输出4个高电平用以控制两个74LS160的工作。 测试：焊接好电路后，上电。给JK触发器一个低频脉冲，用示波器测量4个非门的输出端，若每个非门会分别输出高电平，则此电路是好的。 两个74LS160的调试两个74LS160和一些必要的门电路便可以构成4个数列的循环输出。如图6-1-4-1即为自然数列和音乐数列的组合，如图图6-1-4-2即为奇、偶数列的组合。
图6-1-4-1 74LS160A自然数列和音乐数列的组合 图6-1-4-2 74LS160B奇、偶数列的组合 把上图两个电路的输出端通过或门按主图纸接好线后，再把Y0、Y1、Y2、Y3接4个非门输出端，联合以上6.1.2、6.1.3便可以测试。 测试：接通总电源，把两个74LS160及JK触发器均复位一下，观察数码管的显示。如果出现0-9、1-9、0-8、1-7这样的显示情况，则电路没有问题。若出现不显示则是复位没有成功，以后连上复位电路后便会没有问题。 触发器和74LS138的联合调试当控制输出触发器的输出端D0和D1，就能间接控制发光二极管的亮灭，当D0和D1同时为0的时候亮的是第一盏灯。只需要控制输入就行，在通过理论计算，如果和理论值是一样的，那电路就基本没有问题。 组合电源调试当接好所有的线之后，使用万用表的短路端来测试所有的电源线是否接触良好，各块芯片的电源连接是否正常，以及电源线有没有短路情况。这个步骤是在接好线路之后通电前的必做的一步，他直接影响到是否整快板子的好坏。是保护芯片的重要一步。 6.2 调试总结果分析以上的每个主要的小功能部分调试是很容易成功的，在调试过程中也遇到一些问题，比如：在没有接上电复位电路的时候，容易出现数码管不显示，这个问题的原因是其中的一个74LS160没有被复位，其输出端全为高电平，则74ls48不能译出，即会出现数码管不显示，这个问题的解决方法便是接上上电复位电路。 还有就是在一些参数计算也是很重要的，例如由于我们的奇偶数在同一快74ls160上显示，所以需要在是奇数是通过偶数加一实现，但是我们没有选择加法器，而是采用显示奇数的使能端再接上或门，但是使能端又连接了一个发光二极管，由于发光二极管的显示特性，需要有一定的电流才能点亮，电阻不能取太大，但是又不能取得太小，太小和发光二极管的压降都会改变电平。当初我由于选择了一个压降大的发光二极管，使得电平从高电平变成模糊电平。从而使得显示不正常。所以在参数的设计和元件的选择方面今后还是要更加慎重。 在接线没有错误的情况下，以上的调试应该是没有问题的，实践证明，通过每一个小部分的各自调试可以把系统化小，使得解决问题的效率提高，整个系统的成功率增大。
参考文献
【1】数字电子技术基础/阎石主编. -5版.-北京：高等教育出版社，2006.5 【2】模拟电子技术基础/童诗白，华成英主编. -4版.-北京：高等教育出版社，2006.5 【3】电子线路设计·实验·测试/罗杰，谢自美主编.---4版.北京：电子工业出版社，2008.4 【4】数字电子技术/高海生主编 裴亚男副主编 江西：江西科技出版社，2009.8
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不错的资料参考，谢谢楼主
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