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数字电子技术课程设计专业：电气工程及其自动化题目：带数字显示的8挡音量控制器学生姓名；谢云龙学号：091409249指导教师：陈英时间：2011年6月20日~2011年6月23日带数字显示的8挡音量控制器一、设计目的和要求1、设计目的本课程设计是在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，使学生积累实际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。2、设计要求（1）、以电子技术基础的基本理论为指导，将设计实验分为基础型和系统型两个层次，基础型指基本单元电路设计与调试，系统型指若干个模拟、数字基本单元电路组成并完成特定功能的电子电路的设计、调试；（2）、熟悉常用电子仪器操作使用和测试方法；（3）、学习计算机软件辅助电路设计方法，能熟练应用电子线路CAD进行电路设计和印刷电路板的设计制作；（4）、学习电子系统电路的安装调试技术；（5）、拓展电子电路的应用领域，能设计、制作出满足一定性能指标或特定功能的电子电路设计任务。3、本课题设计要求（1）、用两个按键控制音量，一个用于增加音量，一个用于减小音量；（2）、音量控制分为8档，每按键一下，增加或减小一档；（3）、音量增加（减小）到最大（最小）时，继续按音量增减开关无效，即音量被保持，不在继续增（减）；（4）、开机时自动恢复音量到最小状态；（5）、数码管显示音量的大小值，并随着音量的变化即时改变；二、总体设计1、最初设计方案要想达到上述的设计要求，可有多种设计方案。一种方案是可用时钟发生信号产生谐波勇于出发后续电路，再依次用控制开关（控制对计数器触发信号的输入），加减计数器（谐波通过控制模块加到计数器，储存当前音量大小状态信息），模拟开关，数字管和译码管（通过与模拟开关的连接，实现对不同音频通路的不同译码效果）。其中由555定时器多谐振荡器、两个SR锁存器、D/A转换器等；另一种方案也可用直接减音量按键给“音量调节开关”有次序的脉冲高电位，再依次用由计数器、比较器、非门、与非门组成的音量输出的保持电路,由译码器、二极管、非门、电阻组成的D/A转换电路。前一种方案比较复杂，且容易错位，输出端得音量模拟量不太明显，有时导致译码管不现实数字。第二种却恰当好处，即简约又容易控制，且电流谁音量调节变化大。2、最终设计方案的总体原理框图如下图1总体原理框图3、设计的音量调节器有三个两个按键和一个开关：按“加音量”键能对输出音量进行增大，按“减音量”可以对输出音量进行减小，“开关机”键位于复位控制电路中所在机器的开关机键。电路运行后，先按下“开关机”键进行音量显示器的复位。加减音量按键给“音量调节开关”有次序的脉冲高电位，根据加减按键所给的脉冲信号，“音量调节开关”将输入信号翻译成二进制代码同时送给“译码器”和“音量数字显示器”。“译码器”将送来的二进制代码经过编译送给“多个串联电阻电路”，由“多个串联电阻电路”将数字信号转化成模拟信号—用电流大小量表示，再经过电流的放大实现音量的放大。同时，“音量数字显示器”将从“音量调节开关”处送来的二进制代码经过编译在七段数码管上显示出与输入信号相对音量调节开关加减计数器复位控制电路显示译码器D/A转换译码器应的挡位，从而实现了题目所要求的功能。三、各部分电路设计1、复位控制电路J3Key=SpaceVDD5V图2复位器复位控制电路的左侧引线接至计数器74LS192D的CLR(14管脚)，右侧一端接5V高电平，一端接地。开机时，电路开关先接上端再接下端，从而使开机时音量达到最小值。2、音量调节开关U874LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14VDD5VVDD5VU11NOTU1274HC85AD_4VA213B214A112B111OAGTB5A010B09A315B31OAEQB6OALTB7AEQB3ALTB2AGTB4U1A74S03NU374HC85AD_4VA213B214A112B111OAGTB5A010B09A315B31OAEQB6OALTB7AEQB3ALTB2AGTB4U4NOTU5A74S03N图3音量调节开关这个集成块是由若干门电路和三个芯片组成的，包括两片74S03N与非门、非门、74LS192D计数器和两片74HC85AD四位数值比较器组成，两种芯片的逻辑功能如下：计数器74LS192D这个计数器为可逆计数器，将ABCD接地即预置数为0000，,11管脚接5V的高电平，5和4接加减信号，3、2、6、7管脚为二进制的输出。执行加计数时，减计数端CPD接高电平，计数脉冲由CPU输入；在计数脉冲上升沿进行8421码的十进制加法计数。执行减法计数时，加计数端CPU接高电平，计数脉冲由减计数端CPD输入。数值比较器74HC85AD集成74HC85AD是4位数值比较器，输入端包括A3~A0与B3~B0，输出端为FAB、FAB、FA=B，以及扩展输入端为IAB、IAB和IA=B扩展输入端与其他数值比较器的输出连接，以便组成位数更多比较器，该比较器的原理和2位比较器原理相同，两个4位数的比较是从A的最高位A和B的最高位B进行比较，如果它们不相等，则该位的比较结果可以作为两位的比较结果。若最高位A=B,则再比较次高位A和B,依次类推。显然，如果两数相等，那么，必须将比较进行到最低位才能得到结果。若仅对4位数进行比较时，应对IAB、IAB和IA=B进行适当处理，即IAB=IAB=0和IA=B=1.这个设计利用了计数器可逆加减计数的功能，在输入端给间歇的高电位脉冲（使用者想要加减音量时按一次加减音量键即是给出了一个高电位脉冲）使74LS192D输出二进制编码0000~0111。但我们的设计只需要0~7八个档位，所以必须在74LS192D输出信号等于7时锁定输入信号，于是就用到了数值比较器74HC85AD.当持续按下“加音量”键时，在0000到0110间比较器的输出端6一直输出0信号，在经过非门和与非门后，对“加音量”键所产生的脉冲没有影响，计数器可持续加数；当计数器输出为0111时，比较器的6管脚输出1信号，在经过非门和与非门后，输入计数器5管脚的将变为1，而且再输入这个管角的脉冲将持续为1，直接导致计数器无法在实现加数功能，从而实现音量在7挡的保持。另外，当持续按下“减音量”键时，相应的原理和上述的持续按下“加音量”键相似。3、显示译码器VCC5VU154511BD_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3U2ABCDEFGCK图4数码管用4511BD芯片通过电阻可以直接驱动共阴极的半导体数码管。上图给出了用4511BD驱动的半导体数码管的连接方法。引脚A、B、C与计数器的输出端Q1、Q2、Q3相连，计数器输出信号通过4511BD译码器后从Ya~Yg输出，把Ya~Yg与数码管的a、b、c、d、e、f、g脚相连，这样数码管就可以显示当前的音量在哪一档。4511BD的主要功能如下：七段显示译码器4511BD当输入8421BCD码时，输出高电平有效，用以驱动阴极显示器。当输入为1010~1111六个状态时，输出全为低电平，显示器无显示。该集成显示译码器设有三个辅助控制端LE、BL、LT，以增强器件的功能。4511BD将四位二进制代码翻译并在显示管上显示出十进制数值。从而实现在数码显示管上实时显示档位的要求。4、D/A转换U1374LS138DY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16~G2A4~G2B5VDD5V1Ω1Ω1Ω1Ω1Ω1Ω1Ω1ΩXMM1图5D/A转换电路74LS138D是3线—8线译码器，该译码器有3位二进制输入A、B、C，它们共有8种状态的组合，即可译出8个输出信号Y0~Y7，输出为低电平有效。74HC138D主要是为了将74LS192的三位输出信号进行译码，在相应位上输出低点平，因为74HC138D输出低点平有效，所以在每个输出端加一个非门使输出高电平使其有电压能够经过串联电阻的某两个电阻之间，造成输出电流的变化。电流的大小会和七段显示译码器一起变化，即显示数字越大，电流越大，从而实现数字与模拟间的转换。四、设计的整体电路图设计的整体电路图见附图五、设计总结1、设计体会：对于学电气工程及其自动化的大二学生，这是第一次接触课程设计。刚开始觉得设计思路毫无头绪且无从下手，随着查阅相关的资料、老师的精心指导和同伴的相互讨论，使我对数字电子技术这一门课程有了更加深刻的理解，懂得了怎么着手做这个课题.但是更重要将理论和实际相结合，运用所学的知识去解决实际生活中的问题。这是我们平时在课堂中无法体会到的。2、设计过程中遇到的问题：（1）、我在对输入信号编码使其能实现在任意挡位上增减时遇到问题，开始考虑用两片寄存器，但实现起来太繁杂而且只能顺序由小到大增加档位，由大到小减小档位，不能实现任意档位上的加减。与同学讨论过程中发现十进制计数器74LS192D可以实现所要求的功能，于是使用74LS192D来实现档位的控制。（2）、控制音量增加到最大不能再增加以及音量减小到不能再减小时也遇到了问题，开始不知道如何实现，最后考虑到74LS192D的输出是二进制代码0000~1001，可以使用74HC85AD，使输出的二进制数与0111进行比较，当输入信号等于0111时即将CPU不能再有信号输入，即可使音量不再增加或减小。六、参考文献：《数字电子技术基础》；（第五版）；高等教育出版社《数字电子技术—从电路分析到技能实践》；科学出版社《全国大学生电子设计竞赛—技能训练》；电子工业出版社《电工与电子技术实验》；河南城建学院《电子线路课程设计—仿真、设计与制作》；东南大学出版社J1Key=BJ2Key=AJ3Key=SpaceU874LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR140VDD5VVDD5VU11NOTU1274HC85AD_4VA213B214A112B111OAGTB5A010B09A315B31OAEQB6OALTB7AEQB3ALTB2AGTB4VDDU1374LS138DY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16~G2A4~G2B5VDD5VVCC5V640ΩVCC5V0U154511BD_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT32224262830U1A74S03N42VCC20U2ABCDEFGCK033212325272931032010113U374HC85AD_4VA213B214A112B111OAGTB5A010B09A315B31OAEQB6OALTB7AEQB3ALTB2AGTB40VDD5678U4NOT34U5A74S03N13591Ω1Ω1Ω1Ω1Ω1Ω1Ω1Ω0VDD191718161514131240434445464748495037363938424151XMM1052VCC0附：效果实验图指导老师评语：成绩：