8路开关信号显示电路

电子课程设计

------8路开关信号显示电路

学院：电子信息工程学院

专业、班级：自动化091502班

姓名：孙艳林

学号：200915040223

指导教师：李小松

2011年12月

8路开关信号显示电路

一．设计任务与要求

设计一个用5根导线（1根数据线，3根数据选择线，地线）分时传输8路开关信号的电路。要求在发送端发送开关信号，在接收端用发光二极管显示开关的闭合与断开。

二．总体框图

2.1题目分析

根据题意，若要以5根导线传输8路信号，需要在发送端将并行。的8路信号转换成串行信号输出，再在接收端将串行信号转换为并行信号。所以，在前面所学过的器件中，可以使用8选1数据选择器实现并-串转换，使用3线-8线译码器实现串-并转换，8选1数据选择器的数据选择信号与3线-8线译码器的译码输入信号相连，并周期输入数据选择信号，实现8位开关数据的5线传输。其原理图如图2-1所示。

图2-1 8路开关信号显示电路原理图

本电路的核心部分是数据选择器和3线-8线译码器。若有开关打开则给数据选择器一个高电平，在数据选择信号的作用下，将其传输给译码器，这样便把并行信号转换成为串行信号，译码器在相同的选择信号作用下，将其转换为并行信号输出，则显示电路便可以显示开关的通断了。

2.2.模块功能简介

1.开关选择电路：用于产生8路开关信号，若开关闭合，则产生低电平信号，若开关断开，则产生高电平信号。

2.8选1数据选择器：将送入的并行信号转换为串行信号输出。

3.3线-8线译码器：将送入的串行信号转换成为并行信号输出。

4.多谐振荡器：用来产生矩形脉冲信号。该电路也可以由信号发生器、施密特触发器或单稳态触发器代替，但是信号发生器体积太大，并且还要接220V交流电源，使用起来不太方便;施密特触发器和单稳态触发器使用时需要加入触发脉冲，较多谐振荡器复杂，所以相比较而言用多谐振荡器较好。

5.计数器：用来产生数据选择信号。

6.显示电路：用来显示开关闭合和断开的情况。

三．选择器件

3.1 8选1数据选择器74LS151

（1）逻辑功能：根据地址码（ABC）的要求，从多路输入信号（

D-7D）中

选择其中一路输出，即其具有8个信号输入，一对互补输出信号Y和W，三个数据选择信号，一个使能信号G。当G=0且输入信号和选择信号的最小项相同时，Y输出高电平，若G=1，则Y输出低电平。

（2）74LS151逻辑功能表如表3-11所示。

（3）74LS151逻辑符号如图3-12所示。

图3-12 74LS151逻辑符号 图3-13 74LS151内部原理图 （4）74LS151内部原理图如图3-13所示。 3.2 3线-8线译码器74LS138

（1）逻辑功能：其中C 、B 和A 是译码数据输入端，0Y －7Y 是输出端，也就是输入端C 、B 、A 的各个最小项，1G 、A G 2和B G 2是控制端。

当1G ＝１，同时A G 2+B G 2=0时，每一个输出端的输出函数为i Y =i m 。这里i m 为输入C 、B 、A 的最小项。

当1G =1时，同时A G 2+B G 2=0的条件不满足时，不进行编码，所有输出都为高电平。控制端1G 、A G 2、B G 2又称为片选端，利用它们可以拓展译码器的功能。 （2）74LS138的功能表如表3-21所示。 （3）74LS138的逻辑符号如3-22所示。 （4）74LS138内部逻辑图如图3-23所示。

图3-22

74LS138的逻辑符号图3-23 74LS138内部逻辑图

3.3 555定时器

（1）555定时器的逻辑功能：它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压VCC/3 和2VCC/3。555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为 2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。555定时器加上外围器件还可以构成施密特触发器以及单稳态触发器。

（2）555定时器功能表如表3-31所示。

（3）555定时器逻辑符号如图3-32所示。

（4）555定时器内部原理图如图3-33所示。

图3-32 555定时器逻辑符号图3-33 555定时器内部原理图

3.4 同步可预置数4位十进制加法计数器74LS160

（1）逻辑功能：其全称为同步可预置数4位十进制加法计数器，它具有异步清零功能，具有数据输入端A、B、C和D，同步置数端LOAD、异步清零端CLR 和计数控制端ENT和ENP，进位输出端RCO。

当异步清零端CLR=0时异步清零，当置数端CLR=0、CLR=1，CP脉冲上升沿时预置数。当CLR=LOAD=ENT=ENP=1时，电路工作在计数状态。当计数值为9时，进位RCO输出一个与

Q端高电平部分相同宽度的高电平。

A

（2）74LS160功能表如表3-41所示。

（3）74LS160逻辑符号如图3-42所示。

（4）74LS160内部原理图如图4-43所示。

图3-42 74LS160逻辑符号图3-43 74LS160内部原理图

3.5 非门74LS04

（1）逻辑功能：其又称为反相器，是实现逻辑非运算的逻辑电路。（2）其逻辑功能表如表3-51所示。

（3）其逻辑符号如图3-52所示。

（4）其内部原理图如图3-53所示。

表3-51 非门74LS04逻辑功能表

图3-52 非门逻辑符号

图3-53 74LS04内部原理图

四．功能模块

4.1 模块功能

1. 开关选择电路：用于产生8路开关信号，若开关闭合，则产生低电平信号，若开关断开，则产生高电平信号。开关的输出端与数据选择器的输入端（

D-7D）连接。其电路图如4-11所示。

图4-11开关选择电路图4-12数据选择器电路图4-13 3线-8线译码器

2. 数据选择器电路：接收计数器输出端发出的数据选择信号和开关选择电路发出的信号，若开关信号（即

D-7D中）某一信号为高电平，则当数据选择

端的二进制数的最小项

m与之相同时，则在输出端Y输出一高电平，送往3线

i

-8线译码器的使能端

G，这样，便把并行信号转换为串行信号。其电路图如4-12

1

所示。

3.3线-8线译码器：接收计数器输出端发出的数据选择信号和数据选择器Y 端发出的信号。当接收到Y端信号时，其输入端的二进制数的最小项与数据选择

器输入端的二进制数的最小项相同，则输出端对应的i Y 便发出低电平信号，送往显示电路。这样便把串行信号变为并行信号。其电路图如4-13所示。 4.显示电路：由共阳极发光二极管组成，当译码器输出端输出低电平时，发光二极管发光，由此来显示开关闭合和断开的情况。其电路图如4-14所示。

5.多谐振荡器电路：由555定时器和电阻及电容组成，其工作原理为通过3

R 和2R 向电容1C 充电，当充到1c V =2/3cc V 时，比较器1输出低电平，输出端输出低电平，放电管导通，电容通过电阻2R 放电;当放到1c V =1/3cc V 时,比较器2输出低电平，输出端输出高电平，放电管截止，电容开始充电，如此循环，产生震荡。其电路图如4-15所示。

图4-14 显示电路 图4-15 多谐振荡器电路 图4-16计数器电路 6.计数器：由74LS160组成，接收多谐振荡器发出的脉冲，用来产生数据选择信号。但是该器件本身为十进制计数器，但是在该电路中需要000-111这七个信号就可以了，所以将74LS160改装成为八进制计数器，即将输出端4Q 连一个非门再接入异步清零端。将其输出端分别接入数据选择器和3线-8线译码器的数据选择端。其电路图如4-16所示。 4.2Multisim 仿真结果如图4-22所示。

五．总体设计电路图

1.总体电路原理图如图4-21所示。当第一个开关打开时，在3根数据选择线的作用下，将信号由开关经数据选择器、译码器传至显示电路，则LED1发光，如图4-22所示。

2.各模块之间的连接关系为：开关的输出端与数据选择器74LS151的输入端相连，数据选择器74LS151的输出端与3线-8线译码器74LS138的使能端1G 相

连接，3线-8线译码器74LS138的输出端与发光二极管的阴极相连接，由555定时器构成的多谐振荡器的输出端与计数器74LS160的时钟端相连，计数器74LS160的输出端分别与数据选择器74LS151的信号选择端和3线-8线译码器74LS138的输入端相连接。

3.Multisim的仿真结果如图4-22所示。可以验证整个电路设计的正确性。

4.在模拟、数字实验箱上验证后，可以验证整个电路设计达到了预期功能，实现了分时传输8路开关信号的功能。

图4-21总体电路原理图

图4-22 Multisim仿真结果