光譜燈光刺激近視治療儀燈光控制器的設(shè)計(jì)

王紅玲　張?jiān)簟∷胃?/p>

摘 要：光譜燈光刺激眼睛及其周圍穴位，具有治療近視的效果。根據(jù)此原理，設(shè)計(jì)光譜燈光近視治療燈光控制器，并根據(jù)技術(shù)要求，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)控制器的ASM流程圖及MDS狀態(tài)圖。在硬件方面，選取計(jì)數(shù)器74161為主要元件，根據(jù)系統(tǒng)激勵(lì)函數(shù)及輸出函數(shù)，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)電路圖，并進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果證明該設(shè)計(jì)是正確、合理的。

關(guān)鍵詞：控制器；ASM；MDS；EDA

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004-373X(2009)04-059-03

Design of Light Controller in Therapeutic Apparatus for Short-sightedness

with Spectrum Lighting Stimulus

WANG Hongling,ZHANG Yuanmin,SONG Gengyin

(Xuchang University,Xuchang,461000,China)

Abstract：Spectrum lighting stimulating eyes and their points has the effect of curing short sight.The light controller in therapeutic apparatus of short sight is designed according to the theory,according to requirement of the system,ASM figure is drawn and MDS figure is gotten based on the ASM figure.Subsequently counter 74161 is chosen for the main component,after the driving functions and the output functions are derived,the logic diagram is drawn and simulated,the result proves that the design is correct and reasonable.

Keywords：controller;ASM;MDS;EDA

光譜燈光刺激近視治療儀是根據(jù)燈光光譜刺激眼睛及眼睛周圍穴位從而達(dá)到治療眼睛近視的目的。

1 技術(shù)要求

根據(jù)有關(guān)資料顯示，燈光光譜采用紅、綠、藍(lán)三色燈光分別分時(shí)刺激眼睛及眼睛周圍穴位，一般要求是：紅燈采用弱（亮1 s）、中（亮1 s）、強(qiáng)（亮1 s）、停止3 s，循環(huán)3 min；紅（亮1 s，滅1 s）、紅（亮1 s，滅1 s）、藍(lán)（亮1 s，滅1 s）循環(huán)1.5 min；紅（亮0.3 s）、綠（亮0.3 s）、藍(lán)（亮0.3 s）循環(huán)1.5 min。

2 控制器ASM流程圖

根據(jù)上面技術(shù)要求可以畫出控制器ASM流程圖如圖1所示。

系統(tǒng)在T0（0000）狀態(tài)，接到MF命令，S1=1，控制信號(hào)CLR=1，時(shí)鐘信號(hào)清零，開(kāi)始記時(shí)，進(jìn)入T1。

循環(huán)一：T1（0001）狀態(tài)，紅燈弱亮；當(dāng)時(shí)間t=1 s時(shí)，狀態(tài)信號(hào)S2=1，控制信號(hào)CLR1=1，1 s清零，進(jìn)入T2（0010）狀態(tài)，紅燈中亮；當(dāng)時(shí)間t=1 s時(shí)，進(jìn)入T3（0011）狀態(tài)，紅燈強(qiáng)亮；當(dāng)時(shí)間t=1 s時(shí)，進(jìn)入T4（0100）狀態(tài)，紅燈滅；當(dāng)時(shí)間t=3 s時(shí)，狀態(tài)信號(hào)S3=1，控制信號(hào)CLR2=1，3 s清零；這時(shí)如果時(shí)間t＜3 min，進(jìn)入T1（0001）狀態(tài)循環(huán)；如果t≥3 min，狀態(tài)信號(hào)S4=1，進(jìn)入T5狀態(tài)，控制信號(hào)CLR=1,時(shí)鐘信號(hào)清零。

循環(huán)二：T5（0101）狀態(tài)，紅燈強(qiáng)亮；當(dāng)時(shí)間t=1 s時(shí)，狀態(tài)信號(hào)S2=1，控制信號(hào)CLR1=1，1 s清零，進(jìn)入T6（0110）狀態(tài)，紅燈滅；當(dāng)時(shí)間t=1 s時(shí)，進(jìn)入T7（0111）狀態(tài)，紅燈強(qiáng)亮；當(dāng)時(shí)間t=1 s時(shí)，進(jìn)入T8（1000）狀態(tài)，紅燈滅；當(dāng)時(shí)間t=1 s時(shí)，進(jìn)入T9（1001）狀態(tài)，藍(lán)燈強(qiáng)亮；當(dāng)時(shí)間t=1 s時(shí)，進(jìn)入T10（1010）狀態(tài)，藍(lán)燈滅1 s；這時(shí)如果時(shí)間t＜1.5 min，進(jìn)入T5狀態(tài)循環(huán)；如果t≥1.5min，狀態(tài)信號(hào)S5=1，進(jìn)入T11狀態(tài)，控制信號(hào)CLR=1,時(shí)鐘信號(hào)清零。

循環(huán)三：T11（1011）狀態(tài)，紅燈亮，當(dāng)時(shí)間t=0.3 s時(shí)，狀態(tài)信號(hào)S6=1，控制信號(hào)CLR3=1，0.3 s清零，進(jìn)入T12（1100）狀態(tài)，綠燈亮；當(dāng)時(shí)間t=0.3 s時(shí)，進(jìn)入T13（1101）狀態(tài)，藍(lán)燈亮0.3 s；這時(shí)如果時(shí)間t＜1.5 min，進(jìn)入T11狀態(tài)循環(huán)；如果t≥1.5 min，狀態(tài)信號(hào)S5=1，進(jìn)入T0狀態(tài)。

控制器的設(shè)計(jì)可以使用ASM法，根據(jù)ASM圖畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，寫出驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程，然后采用觸發(fā)器、數(shù)據(jù)選擇器和譯碼器進(jìn)行設(shè)計(jì)。還可以采用MDS法，因?yàn)闋顟B(tài)較多，輸入變量較多，采用MDS法較為簡(jiǎn)便。

圖1 控制器ASM流程圖

3 控制器MDS狀態(tài)圖

根據(jù)ASM圖畫出MDS狀態(tài)圖，如圖2所示。

圖2 MDS狀態(tài)圖

4 硬件實(shí)施

4.1 元器件選取

根據(jù)MDS圖，選用四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161為基本元件，74161的邏輯圖如圖3所示，功能表如圖4所示。

圖3 74161邏輯圖

74161有3種操作：計(jì)數(shù)、保持和預(yù)置，為了電路的組合部分盡量簡(jiǎn)單，優(yōu)先考慮計(jì)數(shù)和保持功能，根據(jù)MDS圖和74161功能表可畫出74161操作表如圖5所示。

4.2 求功能控制端和置數(shù)端的激勵(lì)函數(shù)

74161功能控制端有：Cr，LD，P，T；置數(shù)端有：D，C，B，A。為得到各路的激勵(lì)函數(shù)，分別畫出各路激勵(lì)函數(shù)卡諾圖如圖6所示。

Cr為清零端，因?yàn)闆](méi)有清零操作，所以卡諾圖各個(gè)格中Cr=1。T和P是計(jì)數(shù)和保持功能控制端，當(dāng)P=1，T=1時(shí)計(jì)數(shù)，P和T有一個(gè)為零時(shí)保持，所以卡諾圖各個(gè)格中T=1，P在卡諾圖各個(gè)格中填入對(duì)應(yīng)的條件；如P在T0狀態(tài)，當(dāng)S1=1時(shí)計(jì)數(shù)，所以在T0格中填入S1，其他格中分別填入對(duì)應(yīng)的條件。LD是計(jì)數(shù)、置數(shù)功能控制端，LD為零時(shí)置數(shù)，為1時(shí)計(jì)數(shù)；只有在T4，T10，T13狀態(tài)時(shí)置數(shù)，其他狀態(tài)都是計(jì)數(shù)，為了簡(jiǎn)化電路，卡諾圖中用LD表示，所以其它表格中都填0，在T4，T10，T13格中分別填入對(duì)應(yīng)的條件。

輸入輸出

CPCrLDPTDCBAQDQCQBQA

X0XXXXXXX0000

↑10XXDCBADCBA

X110XXXXX保持

X11X0XXXX保持

↑1111XXXX計(jì)數(shù)

圖4 74161功能表

置數(shù)端：在T4時(shí)，當(dāng)S3=1，S4=0時(shí)轉(zhuǎn)入T1，置數(shù)為（0001），所以在D，C，B，A格中分別填入0，0，0，1；在T10時(shí)，當(dāng)S2=1，S5=0時(shí)轉(zhuǎn)入T5，置數(shù)為（0101）；在T13時(shí)，當(dāng)S6=1，S5=1時(shí)，轉(zhuǎn)入T0（0000），當(dāng)S6=1，S5=0時(shí)，轉(zhuǎn)入T11，（1011），所以在D，B，A格中分別填入，在C格中填入S5。根據(jù)卡諾圖可以寫出各激勵(lì)函數(shù)：

Cr=1T=1

P=TOS1+T4S3S4+QDQCS6+QDQBQAS6+QDQAS2+QBQAS2+QDQCQBS2

LD=T4S3S4+T10S2S5+T13S6

D=B=T13S5

A=T13S5+T4+T10

輸出函數(shù)：

CLR=T0S1+T4S3S4+T10S2S5

CLR1=S2

（T1+T2+T3+T5+T6+T7+T8+T9+T10）

CLR2=T4S3

CLR3=S6（T11+T12+T13）

為了簡(jiǎn)化電路CLR在S4=3 min時(shí)和S5=1.5 min時(shí)清零和CLR1在S2=1 s時(shí)清零電路在時(shí)鐘電路中畫出。

圖5 74161操作表

圖6 激勵(lì)函數(shù)卡諾圖

5 控制器邏輯圖

根據(jù)MDS圖，激勵(lì)函數(shù)和輸出函數(shù)，可以畫出控制器邏輯圖見(jiàn)圖7；控制器仿真波形圖見(jiàn)圖8。

圖7 控制器邏輯圖

圖8 控制器仿真波形圖

參 考 文 獻(xiàn)

［1］宋庚寅.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)制作.許昌學(xué)院,2002.

［2］中國(guó)礦業(yè)大學(xué)電工電路教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心.EDA可編程邏輯器件及其開(kāi)發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程.中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2003.

［3］胡鑫堯.紅外光譜分析方法近幾年的應(yīng)用進(jìn)展及我國(guó)分子光譜發(fā)展簡(jiǎn)況和回顧.光譜學(xué)與光譜分析,2004,11(11):9-11.

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［5］謝麗娟,應(yīng)義斌,于海燕,等.光譜燈光分析技術(shù)在電子產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展.光譜學(xué)與光譜分析,2007，27(6)：1 131-1 135.

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［7］王廷才.電子線路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)Plnel 2004.北京:高等教育出版社,2006.

作者簡(jiǎn)介 王紅玲 女，1962年出生，副教授。主要從事電工電子方面的教學(xué)研究工作。

張?jiān)?男，1963年出生，副教授。主要從事電工電子方面的教學(xué)研究工作。

宋庚寅 男，1950年出生，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師。主要從事電工電子方面的教學(xué)研究工作。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。