光谱灯光刺激近视治疗仪灯光控制器的设计

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 rain；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 rain；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TO(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：TI(0001)状态，红灯弱亮；当时间t=1 S时，状态信号S2=1，控制信号CLRl=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 rain，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CLRl=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=l 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≥1．5 min，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．Tll状态循环；如果t≥1．5 rain，状态信号s5=1，进入TO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。 

3 控制器MDS状态图
    根据ASM图画出MDS状态图，如图2所示。

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。

    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TO状态，当S1=1时计数，所以在TO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。
    置数端：在T4时，当S3=1，S4=O时转入T1，置数为(0001)，所以在D，C，B，A格中分别填人0，O，O，1；在T10时，当s2=1，S5=O时转入T5，置数为(0101)；在T13时，当S6=1，S5=1时，转入TO(0000)，当S6=1，S5=O时，转入T11，(1011)，所以在D，B，A格中分别填入，在C格中填人S5。根据卡诺图可以写出各激励函数：

    为了简化电路CLR在S4=3 min时和S5=1．5 min时清零和CLRl在S2=1 s时清零电路在时钟电路中画出。

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。