玩具触摸控制器
班级：
组别： 指导老师： 学生： 一 内容提要：
许多儿童玩具除了具有生动的外形以外，还具有运动、闪光、声响等更能吸引孩子的功能，这些功能的实现往往需要采用电子电路。我们小组设计l 一个触摸触发的玩具小狗控制电路。
本文粗略讲述了我们在本次实习中的整个设计过程及收获，讲述了触摸玩具控制器的工作原理以及其各个组成部分，记述了我们在整个设计过程中对各个部分的设计思路、对各部分电路设计方案的选择、元器件的筛选、以及对它们的调试、对调试结果的分析，到最后得到比较满意的实验结果的方方面面。
二 设计内容及要求：
1.设计一个触摸触发电路及由触摸触发改变的动作状态锁存电路。
2.动作状态的循环为：静止――闪烁发光――发声――行走――静止状态。 3.任一动作的执行时间在10秒钟之内，若10秒钟内无下一次触摸，则自动进入静止状态，为此需要设计一个（由触摸启动的）时间控制电路，当定时时间到时，对状态锁存电路进行复位，使之进入静止。 4.(*)设计适当的驱动电路。
三 设计思路及原理：
触摸玩具控制器的逻辑电路总共包括四个部分：单稳态触摸电路、计数器和译码器控制的电路、时钟脉冲构成的计数电路、驱动发声控制发光电路。
整个电路是由555定时器构成的单稳态电路作为时钟脉冲，触发后续电路，使个电路工作在正常状态下。当由触摸点触发单稳态电路时，使由74LS161计数器和74LS138译码器构成的计数译码电路工作，产生四个状态，分别作为玩具的四种状态，静止、闪烁发光、发声、行走。在触摸的同时，555时钟脉冲使得由74LS161计数器构成和555多谐振荡器构成的十进制计数器复位，从新开始计时，并且当十进制计数器到计时到10秒时，会产生一个复位信号使得主电路的四进制计数器清零，从而实现状态的复位。至此，整个电路就能够实现玩具的静止――闪烁发光――发声――行走――静止。
图1 功能实现原理图
四 设计分析：
1. 555单稳态触发电路
由555定时器构成的单稳态触发电路，在触发脉冲的作用下输出由稳定状态转换为暂稳态。经过一段时间的延时后，又自动恢复到稳定状态。其具体电路如下图所示：
图2 由555定时器构成的单稳态电路
其中单稳态电路暂态延时时间Tp=1.1RC，作为时钟脉冲，要使Tp的时间较短，所以要选择适合的电容和电阻，图中所表示的Tp=0.01s 。触发单稳态电路必须要给555定时器的2端即图中的TRI端提供载脉冲，因此作为触摸控制器，我们通过如下的装置产生载脉冲：
图3 产生载脉冲的电路
2. 555多谐振荡器
多谐振荡器是由555定时器构成的一种产生稳定连续信号脉冲的电路，两个暂稳态自行相互转换而输出一系列的方波。因此，多谐振荡器又称为方波发生器。在这次电路中用来作为秒信号驱动计数器来计数，电路如下图所示：
图4 多谐振荡器电路
关于多谐振荡器振荡周期的计算： 多谐振荡器输出维持高电平的时间： T1=R1*C*ln2=0.7R1*C 多谐振荡器输出维持低电平的时间： T2=R2*C*ln2=0.7R2*C 振荡周期：
T=T1+T2=0.7（R1+R2）*C
振荡频率为： 1/(T1+T2)≈1.43/（R1*C+R2*C） 占空比：
q（%）=1/(T1+T2)×100%=R1/(R1+R2)×100% 计算选择适合的电容及电阻的大小，即可确定各自的参数。
3. 计数电路
整个实验电路，总共包括两个计数电路。其中一个是主电路中控制四个状态转换的由计数器和译码器构成的四进制计数译码电路，还有一个就是有74LS161计数器构成的十进制计时电路。 （1）四进制计数译码电路：
主电路的四进制计数译码电路是由74LS161计数器和74LS138译码器构成的，它的功能是用来实现触摸玩具控制器的四种状态之间的转换，其具体电路图如图所示：
图5 四进制计数译码电路
四进制计数器是由 0000-0011四个状态进行转换的，由74LS161计数器运用同步置数的方法实现其四进制的功能的。现在161的置数端置入0000，然后将输出端的 Qa Qb端用与非门连接之后与161的load端相连，实现同步置数，进而实现了四进制计数。然后将计数器的输出与译码器三个输入端相连，将四进制数转换为四种状态，与四个灯泡相连，代表四个状态之间的装换过程。 （2）十进制计时器
计时电路的十进制计时功能是由74LS160计数器通过同步置数的功能构成的，在555多谐振荡秒信号的触发下进行十秒的计时功能，从而控制主电路状态的复位。具体的电路图如下如所示：
图6 十进制计时电路
十进制计数器是由0000-1001十个状态之间转换，通过Qa、Qd端与与非门连接，然后接入load端同步置数，实现十进制计数计时，以及主电路的状态的复位功能。
4.电路复位功能
触摸玩具控制器的最具有特色的功能就是具有十秒复位，触摸计时复位的功能。 （1）十秒复位
十秒复位即在十秒之内没有触摸信号产生的话，玩具器立即会
回到原始状态，即静止状态。这个复位功能是由十进制计时电路与四进制计数电路的门连接来实现的。具体电路如图所示：
图7 十秒计时复位
十进制计时器的Qa和Qd通过一个与非门连接之后，输出信号与主电路四进制电路的CLR即RD端通过与门来连接，当计时器到十秒即1001时，Qa和Qd的与非输出信号为0，使得主电路计数器RD端为0，计数器复位，实现十秒复位功能。 （2）触摸复位
触摸复位是玩具控制器的另一个特点，顾名思义，就是在给出触摸信号的时候，十秒计时电路就会由当前状态直接恢复到初始状态（00状态），即实现触摸复位。具体的电路如下图所示：
图8 触摸复位电路
五．元器件清单
元器件类型 555_VIRTUAL 74LS161N 74LS160N 74LS161N 7404N 74LS00D 74LS00D
件 数 2 1 1 1 1 1 1 六 参考文献
《数字电路与逻辑设计》第二版 清华大学出版社
《模拟电子技术基本教程》 清华大学出版社 《数字电子技术实验教程》 北京航空航天大学出版社 《电工电子技术试验与仿真》 安徽人民出版社
七．心得体会
在这次课程设计中，收获颇多。我们明白了，理论与实践的结合是很重要
的，只有在实践的过程中才可以体会所学的东西，才能更加完善的领悟在实践过程与学习的差距。 从电路原理的解析，理解到对整个电路的设计，调试、仿真，再到实践中的电路连线，我们遇到了各种意外的麻烦。但同时，我们对于老师教授的数电知识有了更深的理解，并对实用的数字电子设计有了初步的了解，提高了自己自主分析问题，锻炼了自己的逻辑思维能力和解决实际应用问题的能力，收获很大!
八．总体电路图
