音樂彩燈控制器課程設(shè)計說明書

1、<p>　學(xué) 號： </p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　題 目: 音樂數(shù)字彩燈控制器設(shè)計 </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　運用所學(xué)的模

2、擬電路和數(shù)字電路等知識；</p><p>　　用到的元件：實驗板、電源、連接導(dǎo)線、74系列芯片、555芯片或微處理器等。</p><p>　　要求完成的主要任務(wù):</p><p>　　數(shù)碼管自動依次顯示數(shù)字隊列0，1，2，3，4，5，6，7，8，9（自然數(shù)列）；1，3，5，7，9（奇數(shù)列）；0，2，4，6，8（偶數(shù)列）；0，1，2，3，4，5，6，7，0，1（音樂數(shù)

3、列）。然后又依次顯示同上數(shù)列，不斷循環(huán)；</p><p>　　打開電源開關(guān)，自動清零，即通電后最先顯示出自然數(shù)列的0，再顯示出1，然后按上述規(guī)律變化；</p><p>　　每個數(shù)字的一次顯示時間（從數(shù)碼管顯示之時起到消失之時止）基本相等。</p><p>　　嚴(yán)格按照課程設(shè)計說明書要求撰寫課程設(shè)計說明書。</p><p><b>　

4、　時間安排：</b></p><p>　　第1天 下達(dá)課程設(shè)計任務(wù)書，根據(jù)任務(wù)書查找資料；</p><p>　　第2～4天 進行方案論證，軟件模擬仿真并確定設(shè)計方案；</p><p>　　第5天 提交電路圖，經(jīng)審查后領(lǐng)取元器件；</p><p>　　第6～8天 組裝電路并調(diào)試，檢查錯誤并提出問題；</p>&

5、lt;p>　　第9～11天 結(jié)果分析整理，撰寫課程設(shè)計報告，驗收調(diào)試結(jié)果；</p><p>　　第12～14天 補充完成課程設(shè)計報告和答辯。</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 2013年 6月24日</p><p>　　系主任（或責(zé)任教師）簽名： 2013年 6月24日</p>

6、;<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　1設(shè)計意義及要求2</p><p><b>　　1.1設(shè)計意義2</b></p><p><b>　　1.2設(shè)計要求2</b>&l

7、t;/p><p><b>　　2方案設(shè)計3</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計思路3</b></p><p><b>　　2.2設(shè)計方案3</b></p><p>　　2.2.1方案一（個人設(shè)計方案）3</p><p>　　2.2.2方案

8、二（小組設(shè)計方案）4</p><p><b>　　2.3方案比較5</b></p><p><b>　　3部分電路設(shè)計6</b></p><p>　　3.1脈沖產(chǎn)生電路6</p><p>　　3.2自然數(shù)列、奇偶數(shù)列、音樂數(shù)列產(chǎn)生電路7</p><p>　　3.2.

9、1自然數(shù)列的產(chǎn)生7</p><p>　　3.2.2奇偶數(shù)列的產(chǎn)生8</p><p>　　3.2.3音樂數(shù)列的產(chǎn)生9</p><p>　　3.3選通電路的實現(xiàn)10</p><p>　　3.4數(shù)碼顯示電路12</p><p><b>　　4調(diào)試與檢測13</b></p>&l

10、t;p>　　4.1調(diào)試中故障及解決辦法13</p><p>　　4.2調(diào)試與運行結(jié)果13</p><p>　　5仿真操作步驟及使用說明14</p><p><b>　　6體會與總結(jié)15</b></p><p><b>　　參考文獻16</b></p><p>

11、<b>　　引言</b></p><p>　　隨著基礎(chǔ)理論課程的結(jié)束，課程設(shè)計也即將開始。作為當(dāng)代大學(xué)生，我們不能只埋頭于書本，更應(yīng)加強自身的動手能力，將理論應(yīng)用于實際生活中去。在設(shè)計過程中，我們能運用好所學(xué)到的知識，并在過程中熟悉所用到的芯片的功能和使用方法，以及了解其他同類的芯片的功能。音樂數(shù)字彩燈則是我們專業(yè)理論應(yīng)用于實際的最為典型的例子之一，現(xiàn)在多功能彩燈在裝飾方面的運用很廣泛能實現(xiàn)

12、彩燈多花樣的電路會更加有利地占據(jù)市場。通過這次的課程設(shè)計，可以初步了解學(xué)習(xí)到如何將我們所學(xué)習(xí)到的基本專業(yè)知識運用到實際生活中，如何發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，如何有效地合作地完成任務(wù)。在整個過程中，我們還可以鍛煉到其他方面的能力，例如如何寫好論文，如何將整個過程展現(xiàn)給別人看。通過理論和實踐的結(jié)合，我們能體會到學(xué)習(xí)的樂趣和進一步完善自己學(xué)習(xí)的方法。</p><p><b>　　1設(shè)計意義及要求</b>

13、</p><p><b>　　1.1設(shè)計意義</b></p><p>　　電子技術(shù)是一門實踐性很強的課程，需要我們親自動手去做，才能真正地掌握。而音樂數(shù)字彩燈又是實用性很強的一門技術(shù)，在社會中應(yīng)用廣泛，與我們的專業(yè)密切相關(guān)。通過音樂數(shù)字彩燈控制器的設(shè)計與制作，我們既可以鞏固我們所學(xué)習(xí)到的理論知識，又可以鍛煉我們自身的動手能力，還可以為以后的畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)，一舉多得。

14、</p><p><b>　　1.2設(shè)計要求</b></p><p>　　1） 數(shù)碼管自動依次顯示數(shù)字隊列0，1，2，3，4，5，6，7，8，9（自然數(shù)列）； 1，3，5，7，9（奇數(shù)列）；0，2，4，6，8（偶數(shù)列）；0，1，2，3，4，5，6，7，0，1（音樂數(shù)列）。然后又依次顯示同上數(shù)列，不斷循環(huán)；</

15、p><p>　　2） 打開電源開關(guān)，自動清零，即通電后最先顯示出自然數(shù)列的0，再顯示出1，然后按上述規(guī)律變化；</p><p>　　3） 每個數(shù)字的一次顯示時間（從數(shù)碼管顯示之時起到消失之時止）基本相等。</p><p>　　4） 嚴(yán)格按照課程設(shè)計說明書要求撰寫課程設(shè)計說明書。</p><p><b>　　2方案設(shè)計</b>

16、</p><p><b>　　2.1設(shè)計思路</b></p><p>　　時鐘信號發(fā)生器用555芯片以及合適的電容、電阻構(gòu)成1Hz信號源。</p><p>　　主體部分是四個數(shù)列的循環(huán)顯示，設(shè)計分為三個部分：自然數(shù)列、奇偶數(shù)列、音樂數(shù)列。通過三個十進制計數(shù)器再加上三個四線十線譯碼器并配合使用相應(yīng)的門電路就可以完成此功能了。</p>

17、<p>　　顯示部分選用七段顯示管，將前一部分的輸出經(jīng)過門電路在接到數(shù)碼管的輸入就可以實現(xiàn)循環(huán)顯示了。</p><p>　　電源控制開關(guān)通過控制信號源來實現(xiàn)，以實現(xiàn)控制功能。</p><p><b>　　2.2設(shè)計方案</b></p><p>　　2.2.1方案一（個人設(shè)計方案）</p><p>　　本方案所

18、用的元件為74LS90、555芯片、74LS139、74HC42以及一些門電路。</p><p>　　方案一方案圖如圖2-1所示，電路仿真圖見附錄圖1。</p><p>　　圖2-1 方案一原理圖</p><p>　　本方案主要有三個部分構(gòu)成，第一部分是信號發(fā)生器由555構(gòu)成1Hz脈沖信號源。555定時器可以通過選定一定參數(shù)的電容和電阻來產(chǎn)生一定頻率的脈沖來實現(xiàn)實驗

19、所需的一定頻率的信號。555定時器具有原理簡單，設(shè)計方便等優(yōu)點，用來作為脈沖信號源，能夠穩(wěn)定的產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號。</p><p>　　第二部分是三個數(shù)列的循環(huán)電路，這一部分主要由74LS139及由74LS90構(gòu)成的30進制計數(shù)器組成的選通電路。選通電路的功能是在第一個10秒將信號送給自然數(shù)列，在第二個10秒將信號送給奇偶數(shù)列，在第三個10秒將信號送給音樂數(shù)列。而這三個分開的部分是分別由十進制和譯碼器構(gòu)成的數(shù)列，

20、在選通電路的控制下就可以實現(xiàn)設(shè)計要求的電路。三個獨立的部分各自在不同的時間段獨立的完成相應(yīng)數(shù)列的顯示。</p><p>　　第三部分是顯示電路，由七段數(shù)碼管組成。前面一級的輸出信號作為顯像管的輸入信號，實現(xiàn)信號的顯示。</p><p>　　2.2.2方案二（小組設(shè)計方案）</p><p>　　利用555定時器產(chǎn)生連續(xù)秒脈沖，利用一片74LS90和一片74LS161來

21、分別實現(xiàn)一個10進制計數(shù)器和一個二分頻電路，利用一片74LS153和一片74LS161來分別實現(xiàn)選擇頻率和強制置數(shù)端的電平。方案二原理圖如圖2-2所示，仿真圖見附錄圖2。</p><p>　　圖2-2 方案二原理圖</p><p>　　由555定時器產(chǎn)生一個2HZ的脈沖信號，通過一個74LS161實現(xiàn)二分頻功能(2進制計數(shù))，從而產(chǎn)生一個1HZ的信號，再通過74LS153對不同數(shù)組時的頻率

22、和強制置數(shù)電位加以選擇，Q1，Q0分別接兩塊74LS153的B，A接口。當(dāng)B，A為01時，選擇頻率為1HZ，所有置數(shù)無效，實現(xiàn)自然數(shù)列顯示；當(dāng)B，A為10時，選擇頻率為2HZ，74LS153的1C2置數(shù)為1，其余置數(shù)無效，實現(xiàn)奇數(shù)列顯示；當(dāng)B，A為11時，選擇頻率為2HZ，74LS153的1C3置數(shù)為0，其余置數(shù)無效，實現(xiàn)偶數(shù)列顯示；當(dāng)B，A為00時，選擇頻率為1HZ，74LS153的2C0置數(shù)為0，其余置數(shù)無效，實現(xiàn)音樂數(shù)列顯示。最終

23、將第二塊74LS90的Q2，Q1和74LS153的2Y和1Y輸出接至七段數(shù)碼顯示器，完成功能。當(dāng)每一組數(shù)列計數(shù)結(jié)束后，第二塊74LS90的Q3產(chǎn)生的低跳變使得第一塊74LS90的CKB促發(fā)，又因為第二塊74LS161為4進制計數(shù)器，使得Q2Q1(BA)逐數(shù)組由01到00循環(huán)，最終使數(shù)組循環(huán)。</p><p><b>　　2.3方案比較</b></p><p>　　方案

24、一是我自己的設(shè)計方案，實驗原理簡單，易于想到，看電路圖也較為容易理解。但所用芯片較多，在制作實物時較為復(fù)雜，實用性較差。</p><p>　　方案二是我們小組的設(shè)計方案，該方案結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，在做實物時較為簡單，實用性較強。但難以想到，也較難理解。</p><p><b>　　3部分電路設(shè)計</b></p><p><b>　　3

25、.1脈沖產(chǎn)生電路</b></p><p>　　脈沖產(chǎn)生電路可以由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器通過調(diào)節(jié)R1、R2和C1的大小來調(diào)節(jié)振蕩頻率以達(dá)到1Hz的脈沖連續(xù)信號。通過555定時器的工作原理我們知道T=0.7C(R1+2R2)，有這個公式，在確定了C1的情況下可以由所需的脈沖的頻率來決定所需的電阻的大小。由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器可以很穩(wěn)定的連續(xù)。由555構(gòu)成的多諧振蕩電路圖如圖3-1所示<

26、/p><p>　　‘圖3-1 多諧振蕩電路圖</p><p>　　根據(jù)555定時器的功能表可知道由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器接通電源后電容C被充電當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時，觸發(fā)器被復(fù)位同時發(fā)電BJTT導(dǎo)通，此時Vo為低電壓電容C通過R2和T放電，使Vc下降。當(dāng)Vc下降到1/3Vcc時，觸發(fā)器又被置位，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容C放電所需的時間為：</p><p>　　t

27、PL=R2CLln2可近似看成tPL=0.7R2C</p><p>　　當(dāng)C放電結(jié)束時，T截止，VCC將通過R1、R2向電容C充電VC由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的時間為：</p><p>　　tPH=(R1+R2)Cln2可近似看成tPH=0.7(R1+R2)C</p><p>　　而當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時，觸發(fā)器又周而復(fù)始，在輸出端就得到一個周期性的

28、方波其頻率為：</p><p>　　f=1/(tPL+tPH)可近似看成f=1.43/(R1C+2R2C</p><p>　　555定時器引腳圖如下圖3-2所示，555定時器功能表如表3-1所示。</p><p>　　圖3-2 555定時器引腳圖</p><p>　　表3-1 555定時器功能表</p><p>　　3

29、.2自然數(shù)列、奇偶數(shù)列、音樂數(shù)列產(chǎn)生電路</p><p>　　3.2.1自然數(shù)列的產(chǎn)生</p><p>　　自然數(shù)列的產(chǎn)生需要將74LS90設(shè)計成一個十進制計數(shù)器，而且具有清零功能，如圖3-2-1為74LS90引腳圖，表2為其功能表。由于十進制是從0000計數(shù)到1001，所以只需要將Qa和CP2連接起來，CP1和脈沖信號接起來就構(gòu)成了十進制計數(shù)器，如圖3-2-2自然數(shù)列電路圖。74LS90

30、在計數(shù)過程中數(shù)列的順序恰好和自然序列吻合，都是從0計數(shù)到9，這樣就不需要在經(jīng)過譯碼器進行譯碼了，這樣就可以減少芯片使用量，簡化了電路，也就降低了電路的成本。最后將74LS90的輸出端接到數(shù)碼顯示管的輸入端，打開電源就能實現(xiàn)從0到9的自然數(shù)列的循環(huán)計數(shù)功能。</p><p>　　圖3-2-1 74LS90引腳圖 圖3-2-2自然數(shù)列電路圖

31、 </p><p>　　3.2.2奇偶數(shù)列的產(chǎn)生</p><p>　　為了簡化電路，將奇偶數(shù)列放到一起，在一個循環(huán)中實現(xiàn)奇偶數(shù)列的顯示。奇偶共十個數(shù)，所以也需要用到74LS90來制成十進制計數(shù)器。與自然數(shù)列不同的是，奇偶數(shù)列要對數(shù)列進行編碼，把十進制數(shù)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的二進制代碼。因此需要列真值表進行簡化。真值表如表3所示，圖3-2-3為奇偶數(shù)列電路圖。</p><p&

32、gt;　　圖3-2-3 奇偶數(shù)列電路圖</p><p>　　3.2.3音樂數(shù)列的產(chǎn)生</p><p>　　音樂數(shù)列和奇偶數(shù)列的產(chǎn)生方式基本相同，都要有計數(shù)器和譯碼器共同作用來實現(xiàn)。而不同之處是，音樂數(shù)列的前七個數(shù)和自然數(shù)列是相同的。這對于編碼的工作量就大大減少，但還是要經(jīng)過編碼這一環(huán)節(jié)，所以譯碼器還是一個必不可少的元件。經(jīng)過編碼，其真值表如表4，圖3-2-4為音樂數(shù)列電路圖。</p&

33、gt;<p>　　圖3-2-4 音樂數(shù)列電路圖</p><p>　　3.3選通電路的實現(xiàn)</p><p>　　選通電路的功能是在第一個10秒將信號送給自然數(shù)列，在第二個10秒將信號送給奇偶數(shù)列，在第三個10秒將信號送給音樂數(shù)列。將74HC139的輸入端A、B端接到三十進制的后一片74LS90的Qa、Qb端。由于這個三十進制計數(shù)器是有10*3來實現(xiàn)的，所以后一片的輸出端和74H

34、C139的輸入端吻合。這樣通過這個譯碼器就可以將信號分別來自不同的時間段分配到不同的電路實現(xiàn)總的顯示。圖3-3-1為74LS139引腳圖，表5為74LS139功能表，圖3-3-2為選通電路。</p><p>　　圖3-3-1 74HC139</p><p>　　表5 74HC139功能表</p><p>　　圖3-3-2 選通電路圖</p><p

35、><b>　　3.4數(shù)碼顯示電路</b></p><p>　　數(shù)碼顯示電路的主要組成部分是七段數(shù)碼管，如圖3-4。按發(fā)光二級管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽極數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極（COM）的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共級COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不

36、亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極（COM）的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時將公共級COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。</p><p>　　圖3-4 七段數(shù)碼管</p><p><b>　　4調(diào)試與檢測</b></p><p>　　4.1

37、調(diào)試中故障及解決辦法</p><p>　　在音樂數(shù)列產(chǎn)生上，一開始使用74LS161及相應(yīng)的門電路來實現(xiàn)音樂數(shù)列，但當(dāng)音樂數(shù)列結(jié)束時又返回為0，與后面的自然數(shù)列產(chǎn)生沖突，繼而出現(xiàn)錯誤。思考很多方法后都沒能解決該故障，只好更換為現(xiàn)在的方法，即用編碼的方法來實現(xiàn)音樂數(shù)列。</p><p>　　在控制方面，要實現(xiàn)自然數(shù)列、奇偶數(shù)列和音樂數(shù)列這三部分循環(huán)顯示，而二線四線譯碼器卻又四個輸出，要保證這

38、三部分的循環(huán)，就要使其中兩個都接奇偶數(shù)列，但最后由于時間問題出現(xiàn)錯誤。最后改為當(dāng)顯示最后一個輸出時清零，即實際上只有三個輸出。</p><p>　　4.2調(diào)試與運行結(jié)果</p><p>　　經(jīng)過調(diào)試后，電路能夠正常進行工作，即正常的實現(xiàn)自然數(shù)列、奇偶數(shù)列和音樂數(shù)列的循環(huán)。</p><p>　　5仿真操作步驟及使用說明</p><p>　　仿真

39、所用到的開關(guān)器件有電源鍵、復(fù)位/清零健。</p><p>　　電源鍵是通過控制脈沖信號的電源來實現(xiàn)的。在脈沖信號的電源端加上一個開關(guān)就可以實現(xiàn)控制電源的通斷從而控制信號的有無。</p><p>　　復(fù)位/清零健是通過將各個清零信號同時清零來實現(xiàn)電路的總體清零。當(dāng)開關(guān)打到接地端時，由于各清零信號均不工作所以計數(shù)開始，電路正常工作。當(dāng)打到高電平時各清零信號同時清零，實現(xiàn)電路的總體清零。<

40、/p><p><b>　　6體會與總結(jié)</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從實踐中找到答案，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題

41、，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，如proteus軟件的不靈活應(yīng)用，甚至對word很多操作都還不是很熟悉。這些這些都是我將來努力的方向，通過實踐發(fā)現(xiàn)自己的不足，再通過實踐彌補它，追趕上其他人，甚至做得更好。</p><p>　　同時我認(rèn)為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結(jié)協(xié)作的精神。某個人的離群都可能導(dǎo)致導(dǎo)致整項工

42、作的失敗。實習(xí)中只有一個人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導(dǎo)致整個工作失敗。雖然，整個課程設(shè)計的時間不長，但我們組員還算是團結(jié)合作，有問題時候一起討論，雖然最后還是采取了某位同學(xué)的建議，但在其中令我這種沒用牢靠掌握課本知識的同學(xué)受益匪淺。這是我們實習(xí)成功的一項非常重要的保證。而這次實習(xí)也更好地鍛煉我們怎么合作地完成一個項目，這也是非常寶貴的。</p><p>　　這次課程設(shè)計終

43、于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多專業(yè)知識問題，雖然整個過程下來依然還有不少問題需要更深入地改進，但之前在老師和同學(xué)的指導(dǎo)下，已經(jīng)尋找到了方向，同時，在老師和同學(xué)的身上我也學(xué)到很多實用的知識，它必將成為我們一生最寶貴的財富。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1）康華光,《電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第四版）》，高等教育出版社，2000.6&

44、lt;/p><p>　　2）吳友宇，《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》，清華大學(xué)出版社，2009.4</p><p>　　3）周新民，《工程實踐與訓(xùn)練教程（電工電子部分）》，武漢理工大學(xué)出版社，2009.9</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　圖1</b></p>&l