光谱灯光刺激近视治疗仪灯光控制器的设计
2009-03-02王红玲张元敏宋庚寅
王红玲 张元敏 宋庚寅
摘 要：光谱灯光刺激眼睛及其周围穴位，具有治疗近视的效果。根据此原理，设计光谱灯光近视治疗灯光控制器，并根据技术要求，设计出系统控制器的ASM流程图及MDS状态图。在硬件方面，选取计数器74161为主要元件，根据系统激励函数及输出函数，设计出系统电路图，并进行仿真，仿真结果证明该设计是正确、合理的。
关键词：控制器；ASM；MDS；EDA
中图分类号：TP274 文献标识码：B 文章编号：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
光谱灯光刺激近视治疗仪是根据灯光光谱刺激眼睛及眼睛周围穴位从而达到治疗眼睛近视的目的。
1 技术要求
根据有关资料显示，灯光光谱采用红、绿、蓝三色灯光分别分时刺激眼睛及眼睛周围穴位，一般要求是：红灯采用弱（亮1 s）、中（亮1 s）、强（亮1 s）、停止3 s，循环3 min；红（亮1 s，灭1 s）、红（亮1 s，灭1 s）、蓝（亮1 s，灭1 s）循环1.5 min；红（亮0.3 s）、绿（亮0.3 s）、蓝（亮0.3 s）循环1.5 min。
2 控制器ASM流程图
根据上面技术要求可以画出控制器ASM流程图如图1所示。
系统在T0（0000）状态，接到MF命令，S1=1，控制信号CLR=1，时钟信号清零，开始记时，进入T1。
循环一：T1（0001）状态，红灯弱亮；当时间t=1 s时，状态信号S2=1，控制信号CLR1=1，1 s清零，进入T2（0010）状态，红灯中亮；当时间t=1 s时，进入T3（0011）状态，红灯强亮；当时间t=1 s时，进入T4（0100）状态，红灯灭；当时间t=3 s时，状态信号S3=1，控制信号CLR2=1，3 s清零；这时如果时间t＜3 min，进入T1（0001）状态循环；如果t≥3 min，状态信号S4=1，进入T5状态，控制信号CLR=1,时钟信号清零。
循环二：T5（0101）状态，红灯强亮；当时间t=1 s时，状态信号S2=1，控制信号CLR1=1，1 s清零，进入T6（0110）状态，红灯灭；当时间t=1 s时，进入T7（0111）状态，红灯强亮；当时间t=1 s时，进入T8（1000）状态，红灯灭；当时间t=1 s时，进入T9（1001）状态，蓝灯强亮；当时间t=1 s时，进入T10（1010）状态，蓝灯灭1 s；这时如果时间t＜1.5 min，进入T5状态循环；如果t≥1.5min，状态信号S5=1，进入T11状态，控制信号CLR=1,时钟信号清零。
循环三：T11（1011）状态，红灯亮，当时间t=0.3 s时，状态信号S6=1，控制信号CLR3=1，0.3 s清零，进入T12（1100）状态，绿灯亮；当时间t=0.3 s时，进入T13（1101）状态，蓝灯亮0.3 s；这时如果时间t＜1.5 min，进入T11状态循环；如果t≥1.5 min，状态信号S5=1，进入T0状态。
控制器的设计可以使用ASM法，根据ASM图画出状态转换表，写出驱动方程和输出方程，然后采用触发器、数据选择器和译码器进行设计。还可以采用MDS法，因为状态较多，输入变量较多，采用MDS法较为简便。
图1 控制器ASM流程图
3 控制器MDS状态图
根据ASM图画出MDS状态图，如图2所示。
图2 MDS状态图
4 硬件实施
4.1 元器件选取
根据MDS图，选用四位二进制计数器74161为基本元件，74161的逻辑图如图3所示，功能表如图4所示。
图3 74161逻辑图
74161有3种操作：计数、保持和预置，为了电路的组合部分尽量简单，优先考虑计数和保持功能，根据MDS图和74161功能表可画出74161操作表如图5所示。
4.2 求功能控制端和置数端的激励函数
74161功能控制端有：Cr，LD，P，T；置数端有：D，C，B，A。为得到各路的激励函数，分别画出各路激励函数卡诺图如图6所示。
Cr为清零端，因为没有清零操作，所以卡诺图各个格中Cr=1。T和P是计数和保持功能控制端，当P=1，T=1时计数，P和T有一个为零时保持，所以卡诺图各个格中T=1，P在卡诺图各个格中填入对应的条件；如P在T0状态，当S1=1时计数，所以在T0格中填入S1，其他格中分别填入对应的条件。LD是计数、置数功能控制端，LD为零时置数，为1时计数；只有在T4，T10，T13状态时置数，其他状态都是计数，为了简化电路，卡诺图中用LD表示，所以其它表格中都填0，在T4，T10，T13格中分别填入对应的条件。
输入输出
CPCrLDPTDCBAQDQCQBQA
X0XXXXXXX0000
↑10XXDCBADCBA
X110XXXXX保持
X11X0XXXX保持
↑1111XXXX计数
图4 74161功能表
置数端：在T4时，当S3=1，S4=0时转入T1，置数为（0001），所以在D，C，B，A格中分别填入0，0，0，1；在T10时，当S2=1，S5=0时转入T5，置数为（0101）；在T13时，当S6=1，S5=1时，转入T0（0000），当S6=1，S5=0时，转入T11，（1011），所以在D，B，A格中分别填入，在C格中填入S5。根据卡诺图可以写出各激励函数：
Cr=1T=1
P=TOS1+T4S3S4+QDQCS6+QDQBQAS6+QDQAS2+QBQAS2+QDQCQBS2
LD=T4S3S4+T10S2S5+T13S6
D=B=T13S5
A=T13S5+T4+T10
输出函数：
CLR=T0S1+T4S3S4+T10S2S5
CLR1=S2
（T1+T2+T3+T5+T6+T7+T8+T9+T10）
CLR2=T4S3
CLR3=S6（T11+T12+T13）
为了简化电路CLR在S4=3 min时和S5=1.5 min时清零和CLR1在S2=1 s时清零电路在时钟电路中画出。
图5 74161操作表
图6 激励函数卡诺图
5 控制器逻辑图
根据MDS图，激励函数和输出函数，可以画出控制器逻辑图见图7；控制器仿真波形图见图8。
图7 控制器逻辑图
图8 控制器仿真波形图
参 考 文 献
［1］宋庚寅.电子技术实验与设计制作.许昌学院,2002.
［2］中国矿业大学电工电路教学实验中心.EDA可编程逻辑器件及其开发系统设计教程.中国矿业大学,2003.
［3］胡鑫尧.红外光谱分析方法近几年的应用进展及我国分子光谱发展简况和回顾.光谱学与光谱分析,2004,11(11):9-11.
［4］秦西云，李军会，杨宇虹，等.国产光栅近红外光谱仪扫描条件对检测结果的影响.光谱学与光谱分析,2007,27(2):411-414.
［5］谢丽娟,应义斌,于海燕,等.光谱灯光分析技术在电子产品无损检测中的应用研究进展.光谱学与光谱分析,2007，27(6)：1 131-1 135.
［6］张睿，赵艳华，刘志刚．精通Protel DXP 2004电路设计.北京:电子工业出版社,2006.
［7］王廷才.电子线路计算机辅助设计Plnel 2004.北京:高等教育出版社,2006.
作者简介 王红玲 女，1962年出生，副教授。主要从事电工电子方面的教学研究工作。
张元敏 男，1963年出生，副教授。主要从事电工电子方面的教学研究工作。
宋庚寅 男，1950年出生，高级实验师。主要从事电工电子方面的教学研究工作。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
