LED控制器的设计

正文

1 设计内容以及要求

题目：LED控制器的设计（B）

功能要求：

（1）采用一个半导体数码管作为控制器的显示器，能够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、1、2、3、4、5、6、7（音乐符号数列）和0、2、4、6、8（偶数列）,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。

（2）打开电源时，控制器可自动清零，从接通电源时刻起，数码管最先显示出自然数列的0，再显示出1，然后按上述规律变化。

提示：设计时先用仿真软件Multisim测试设计电路是否正确，无误后再制作实际电路。

参考元器件：74HC160/74HC161，74HC00，74HC153，NE555等

2 设计方案论证以及系统框图

方案一：（采用什么方法，特点等）：用NE555产生时钟信号，通过74LS161计数，然后再用74LS1151选出所需的高低电平，通过所选出电平的有机组合再经过CD4511译码使得数码管显示所要的数字或字符。

方案二：（采用什么方法，特点等）：以单片机为核心，通过编程实现字符显示。

综合考虑，采用哪种方案：第二种方案不符合这次课设的设计要求，固选第一种。

这次的课程设计主要是通过计数器来实现的。这个控制电路的实质是要产生一系列的数列，包括自然数列、奇数列、音乐数列和偶数列，然后通过一个七段数码管显示出来。这些数列的生成均是通过不断给一个74HC160脉冲，使其从0到9计数并不断循环。再用另一片74HC160作为循环控制，把它设置成四循环计数器，不断输出00到11。当其输出00时为自然数列输出，01时为奇数列输出，10 时为音乐数列输出，11时为偶数列输出。0到9的数列产生后在不同状态下通过两片74HC153置成所需数列通过CD4511译码连接数码管输出。另外，按照上述方法产生的奇、偶数列相邻两个数显示的时间是自然数列及音乐数列的二倍。则要用JK触发器加74HC153对自然数列及音乐数列的脉冲进行二分频，使得四种数列相邻两个数显示的时间相同。最后脉冲的产生是通过555电路

组成多谐振荡器来产生的。我设置脉冲频率为2HZ ，这样经分频后在数码管上显示的数字为一秒变一下。

图2.1 系统框图

3 单元电路模块的设计 3.1 数列的产生

3.1.1 自然数列的产生设计原理及电路图

自然数列要求输出从0到9。用一片74HC160，将其置数端A 、B 、C 、D 接地，给使能端ENP 、ENT 、LOAD 、CLR 均置1，不断给其脉冲，则74HC160的输出端显示0到9并不断循环。 自然数列的产生电路图如下：

多谐振荡器 二分频电路

计数器

译码显示

控制电路

U1

74HC160N_6V

QA 14QB 13QC 12QD 11RCO

15

A 3

B 4

C 5

D 6ENP 7ENT 10

~LOAD 9~CLR 1CLK

2

VCC

5V

VCC

I1100 Hz 1 A

1

DCD_HEX

2345

图3.1.1 自然数列的产生

3.1.2奇数列的产生设计原理及电路

奇数列要求输出1、3、5、7、9。同样用一片74HC160，将其置数端A 、B 、C 、D 接地，给使能端ENP 、ENT 、LOAD 、CLR 均置1，不断给其脉冲，不同的是给数码管的低位A 永远置1 ，这样本来160输出0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001，但给数码管却输入0001、0001、0011、0011、0101、0101、0111、0111、1001、1001，则在数码管上显示1、3、5、7、9。 奇数列的产生电路图如下：

U1

74HC160N_6V

QA 14QB 13QC 12QD 11RCO

15

A 3

B 4

C 5

D 6ENP 7ENT 10~LOAD 9~CLR 1

CLK

2

VCC

5V

I1100 Hz 1 A

1

0U2

DCD_HEX

345

VCC

图3.1.2 奇数列的产生

3.1.3音乐数列的产生设计原理及电路图

音乐数列要求输出0、1、2、3、4、5、6、7。用一片74HC160，将其作成八进制计数器，由于74HC160为同置数、异清零，将其置数端A 、B 、C 、D 接地，给使能端ENP 、ENT 、CLR 均置1，输出端QA 、QB 、QC 接三输入与非门，输出端接LOAD 。则当计数器计数为0111时，LOAD 为0，当再来一个脉冲时，计数器置0。计数器输出0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111，数码管显示0、1、2、3、4、5、6、7。

音乐数列的产生电路图如下：

U1

74HC160N_6V

QA 14QB 13QC 12QD 11RCO

15

A 3

B 4

C 5

D 6

ENP 7ENT 10~LOAD 9~CLR 1CLK

2

VCC

5V

I150 Hz 1 A

1

DCD_HEX

0U3A

74HC10N_6V

3

2VCC

6

5

4

图3.1.3音乐数列的产生

3.1.4偶数列的产生设计原理及电路

偶数列要求输出0、2、4、6、8。同样用一片74HC160，将其置数端A 、B 、C 、D 接地，给使能端ENP 、ENT 、LOAD 、CLR 均置1，不断给其脉冲，不同的是给数码管的低位A 永远置0，这样本来160输出0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001，但给数码管却输入0000、0000、0010、0010、0100、0100、0110、0110、1000、1000，则在数码管上显示0、2、4、6、8。

偶数列的产生电路图如下：