光譜燈光刺激近視治療儀燈光控制器的設計

王紅玲　張元敏　宋庚寅

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。根據此原理，設計光譜燈光近視治療燈光控制器，并根據技術要求，設計出系統控制器的ASM流程圖及MDS狀態圖。在硬件方面，選取計數器74161為主要元件，根據系統激勵函數及輸出函數，設計出系統電路圖，并進行仿真，仿真結果證明該設計是正確、合理的。

關鍵詞：控制器；ASM；MDS；EDA

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：B 文章編號：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燈光光譜刺激眼睛及眼睛周圍穴位從而達到治療眼睛近視的目的。

1 技術要求

根據有關資料顯示，燈光光譜采用紅、綠、藍三色燈光分別分時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（亮1 s）、停止3 s，循環3 min；紅（亮1 s，滅1 s）、紅（亮1 s，滅1 s）、藍（亮1 s，滅1 s）循環1.5 min；紅（亮0.3 s）、綠（亮0.3 s）、藍（亮0.3 s）循環1.5 min。

2 控制器ASM流程圖

根據上面技術要求可以畫出控制器ASM流程圖如圖1所示。

系統在T0（0000）狀態，接到MF命令，S1=1，控制信號CLR=1，時鐘信號清零，開始記時，進入T1。

循環一：T1（0001）狀態，紅燈弱亮；當時間t=1 s時，狀態信號S2=1，控制信號CLR1=1，1 s清零，進入T2（0010）狀態，紅燈中亮；當時間t=1 s時，進入T3（0011）狀態，紅燈強亮；當時間t=1 s時，進入T4（0100）狀態，紅燈滅；當時間t=3 s時，狀態信號S3=1，控制信號CLR2=1，3 s清零；這時如果時間t＜3 min，進入T1（0001）狀態循環；如果t≥3 min，狀態信號S4=1，進入T5狀態，控制信號CLR=1,時鐘信號清零。

循環二：T5（0101）狀態，紅燈強亮；當時間t=1 s時，狀態信號S2=1，控制信號CLR1=1，1 s清零，進入T6（0110）狀態，紅燈滅；當時間t=1 s時，進入T7（0111）狀態，紅燈強亮；當時間t=1 s時，進入T8（1000）狀態，紅燈滅；當時間t=1 s時，進入T9（1001）狀態，藍燈強亮；當時間t=1 s時，進入T10（1010）狀態，藍燈滅1 s；這時如果時間t＜1.5 min，進入T5狀態循環；如果t≥1.5min，狀態信號S5=1，進入T11狀態，控制信號CLR=1,時鐘信號清零。

循環三：T11（1011）狀態，紅燈亮，當時間t=0.3 s時，狀態信號S6=1，控制信號CLR3=1，0.3 s清零，進入T12（1100）狀態，綠燈亮；當時間t=0.3 s時，進入T13（1101）狀態，藍燈亮0.3 s；這時如果時間t＜1.5 min，進入T11狀態循環；如果t≥1.5 min，狀態信號S5=1，進入T0狀態。

控制器的設計可以使用ASM法，根據ASM圖畫出狀態轉換表，寫出驅動方程和輸出方程，然后采用觸發器、數據選擇器和譯碼器進行設計。還可以采用MDS法，因為狀態較多，輸入變量較多，采用MDS法較為簡便。

圖1 控制器ASM流程圖

3 控制器MDS狀態圖

根據ASM圖畫出MDS狀態圖，如圖2所示。

圖2 MDS狀態圖

4 硬件實施

4.1 元器件選取

根據MDS圖，選用四位二進制計數器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：計數、保持和預置，為了電路的組合部分盡量簡單，優先考慮計數和保持功能，根據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端的激勵函數

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

Cr為清零端，因為沒有清零操作，所以卡諾圖各個格中Cr=1。T和P是計數和保持功能控制端，當P=1，T=1時計數，P和T有一個為零時保持，所以卡諾圖各個格中T=1，P在卡諾圖各個格中填入對應的條件；如P在T0狀態，當S1=1時計數，所以在T0格中填入S1，其他格中分別填入對應的條件。LD是計數、置數功能控制端，LD為零時置數，為1時計數；只有在T4，T10，T13狀態時置數，其他狀態都是計數，為了簡化電路，卡諾圖中用LD表示，所以其它表格中都填0，在T4，T10，T13格中分別填入對應的條件。

輸入輸出

CPCrLDPTDCBAQDQCQBQA

X0XXXXXXX0000

↑10XXDCBADCBA

X110XXXXX保持

X11X0XXXX保持

↑1111XXXX計數

圖4 74161功能表

置數端：在T4時，當S3=1，S4=0時轉入T1，置數為（0001），所以在D，C，B，A格中分別填入0，0，0，1；在T10時，當S2=1，S5=0時轉入T5，置數為（0101）；在T13時，當S6=1，S5=1時，轉入T0（0000），當S6=1，S5=0時，轉入T11，（1011），所以在D，B，A格中分別填入，在C格中填入S5。根據卡諾圖可以寫出各激勵函數：

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：

CLR=T0S1+T4S3S4+T10S2S5

CLR1=S2

（T1+T2+T3+T5+T6+T7+T8+T9+T10）

CLR2=T4S3

CLR3=S6（T11+T12+T13）

為了簡化電路CLR在S4=3 min時和S5=1.5 min時清零和CLR1在S2=1 s時清零電路在時鐘電路中畫出。

圖5 74161操作表

圖6 激勵函數卡諾圖

5 控制器邏輯圖

根據MDS圖，激勵函數和輸出函數，可以畫出控制器邏輯圖見圖7；控制器仿真波形圖見圖8。

圖7 控制器邏輯圖

圖8 控制器仿真波形圖

參 考 文 獻

［1］宋庚寅.電子技術實驗與設計制作.許昌學院,2002.

［2］中國礦業大學電工電路教學實驗中心.EDA可編程邏輯器件及其開發系統設計教程.中國礦業大學,2003.

［3］胡鑫堯.紅外光譜分析方法近幾年的應用進展及我國分子光譜發展簡況和回顧.光譜學與光譜分析,2004,11(11):9-11.

［4］秦西云，李軍會，楊宇虹，等.國產光柵近紅外光譜儀掃描條件對檢測結果的影響.光譜學與光譜分析,2007,27(2):411-414.

［5］謝麗娟,應義斌,于海燕,等.光譜燈光分析技術在電子產品無損檢測中的應用研究進展.光譜學與光譜分析,2007，27(6)：1 131-1 135.

［6］張睿，趙艷華，劉志剛．精通Protel DXP 2004電路設計.北京:電子工業出版社,2006.

［7］王廷才.電子線路計算機輔助設計Plnel 2004.北京:高等教育出版社,2006.

作者簡介 王紅玲 女，1962年出生，副教授。主要從事電工電子方面的教學研究工作。

張元敏 男，1963年出生，副教授。主要從事電工電子方面的教學研究工作。

宋庚寅 男，1950年出生，高級實驗師。主要從事電工電子方面的教學研究工作。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。