《數(shù)字電路》課設(shè)--彩燈循環(huán)控制電路設(shè)計(jì)

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告彩燈循環(huán)控制電路設(shè)計(jì)摘 要本次電路設(shè)計(jì)利用555定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等設(shè)計(jì)LED彩燈控制電路。通過按鍵實(shí)現(xiàn)如下循環(huán)特性：當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)8個(gè)彩燈交叉循環(huán)點(diǎn)亮：即在前四秒內(nèi)第1、3、5、7盞燈依次點(diǎn)亮、后四秒內(nèi)8、6、4、2盞燈依次點(diǎn)亮，而當(dāng)按鍵按下一次后（按下兩次等效于沒有按下），實(shí)現(xiàn)8盞燈依次循環(huán)點(diǎn)亮（產(chǎn)生燈光追逐音樂、活躍氣氛的效果），并設(shè)計(jì)成同步電路模式。用555定時(shí)器設(shè)計(jì)的多諧振蕩器來提供時(shí)序脈沖，其優(yōu)點(diǎn)是在接通電源之后就可以產(chǎn)生一定頻率和一定幅值矩形波的自激振蕩器，而不需要再外加輸入信號(hào)。由于555定時(shí)器內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，這樣就使多諧振蕩

2、器產(chǎn)生的振蕩頻率受電源電壓和環(huán)境溫度變化的影響很小。之后脈沖信號(hào)輸入到計(jì)數(shù)器，同時(shí)將計(jì)數(shù)器輸出端QC、QB、QA接到譯碼器的輸入端，當(dāng)譯碼器輸出電平為低電平時(shí)，與其相連接的LED會(huì)變亮。LED采用共陽極連接，并串上500的電阻。電路由按鍵SPST_NC_SB控制，使彩燈進(jìn)入到不同的循環(huán)模式。電路圖連接好后，經(jīng)Multisim軟件調(diào)試測(cè)試，電路可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，即實(shí)現(xiàn)從題中要求的交叉循環(huán)顯示和音樂序列的循環(huán)顯示。整體電路采用同步電路模式，采用TTL集成電路，電壓Vcc均為5V。運(yùn)用了所學(xué)的555定時(shí)器、譯碼器、計(jì)數(shù)器與邏輯門電路等相應(yīng)的電路器件，提高了對(duì)于數(shù)字電子技術(shù)這門專業(yè)基礎(chǔ)課的認(rèn)識(shí)與理解，

3、在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)不足，努力改正，提高了我自學(xué)、創(chuàng)新等能力，同時(shí)我們也掌握了相應(yīng)設(shè)計(jì)電子電路的能力，有利于今后對(duì)于專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。關(guān)鍵詞：555定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 譯碼器 彩燈循環(huán)控制目 錄引 言11課程設(shè)計(jì)目的22課程設(shè)計(jì)要求23電路組成框圖34元器件清單45各功能塊電路圖45.1 脈沖信號(hào)發(fā)生器45.1.1 555定時(shí)器45.1.2 多諧振蕩器65.2 順序脈沖發(fā)生器85.3 彩燈循環(huán)系統(tǒng)116仿真電路總圖137結(jié)果分析148總結(jié)14參考書目15附錄16引 言數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是一門重要的實(shí)踐性技術(shù)基礎(chǔ)課程，開設(shè)本課程的目的在于使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，在老師的指導(dǎo)下完成大綱規(guī)定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。開發(fā)我們分析問題

4、或解決問題的能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，刻苦鉆研、勇于探索和創(chuàng)新的開拓精神以及遵守紀(jì)律、團(tuán)結(jié)協(xié)作和愛護(hù)公物的優(yōu)良品質(zhì)。 近年來，由于集成電路的迅速發(fā)展，使得數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)發(fā)生了根本性的變化。在設(shè)計(jì)中更多的使用中規(guī)模集成電路，不僅可以減少電路組件的數(shù)目。使電路簡(jiǎn)捷。而且能提高電路的可靠性，降低成本。因此用集成電路來實(shí)現(xiàn)更多更復(fù)雜的器件躬耕則成為必然。 現(xiàn)代生活中，彩燈越來越成為人們的裝飾品，它不僅能美化環(huán)境，渲染氣氛，還可用于娛樂場(chǎng)所和電子玩具中。絕大多數(shù)的彩燈控制電路都是用數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)的，例如，用中規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)彩燈控制器主要用計(jì)數(shù)器，譯碼器，分配器和移位寄存器等集成

5、。 流水燈是一串按一定的規(guī)律像流水一樣連續(xù)閃亮的燈的組合，流水燈控制是可編程控制器的一個(gè)應(yīng)用，其控制思想在工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域也同樣適用。流水燈控制可用多種方法實(shí)現(xiàn)，如單片機(jī)I/O口控制，雙向位移寄存器控制，計(jì)數(shù)器循環(huán)控制等，本次選用計(jì)數(shù)器和譯碼器做控制電路，其脈沖產(chǎn)生由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器構(gòu)成，再通過三線八線譯碼器輸出給發(fā)光二極管，實(shí)現(xiàn)了所需要的功能。1課程設(shè)計(jì)目的1） 鞏固和加強(qiáng)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的理論知識(shí)；2） 掌握電子電路的一般設(shè)計(jì)方法，了解電子產(chǎn)品研制開發(fā)過程；3） 掌握電子電路安裝和調(diào)試及故障排除方法，學(xué)會(huì)用Multisim軟件對(duì)進(jìn)行電路仿真操作；4） 通過查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料

6、，提升獨(dú)立分析問題和解決問題的能力；5） 培養(yǎng)創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維。2課程設(shè)計(jì)要求1） 提出設(shè)計(jì)方案；要根據(jù)指導(dǎo)教師布置的課題，學(xué)會(huì)找參考書籍、查閱手冊(cè)、圖表和文獻(xiàn)資料等。通過獨(dú)立思考，深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)會(huì)自己分析解決問題的方法；2） 通過實(shí)際電路方案的分析比較、設(shè)計(jì)計(jì)算、元件選取、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法； 3） 學(xué)習(xí)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA（Electronic Design Automation）工具M(jìn)ultisim并設(shè)計(jì)電路圖，功能仿真；4） 掌握常用儀器設(shè)備的正確使用方法，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和整機(jī)指標(biāo)測(cè)試方法，提高動(dòng)手能力，能在教師指導(dǎo)下，完成課程

7、任務(wù)。按任務(wù)要求，設(shè)計(jì)電路，計(jì)算參數(shù)，選擇元器件。根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路和所選擇的元器件制板，焊接安裝電路，并按照調(diào)試步驟進(jìn)行調(diào)試。逐步排除故障最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求；5） 撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告，寫出設(shè)計(jì)與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙及心得體會(huì)了解與課題有關(guān)的電子線路以及元器件工程技術(shù)規(guī)范。6） 培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。通過課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，逐步建立正確的生產(chǎn)觀念、工程觀念和全局觀點(diǎn)；7） 利用555定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等設(shè)計(jì)LED彩燈控制電路。要求有原理電路、EDA仿真和實(shí)際電路；8） 彩燈循環(huán)控制的功能要求為：通過按鍵實(shí)現(xiàn)如下循環(huán)特性，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)8個(gè)彩燈交叉循環(huán)點(diǎn)亮，即在前四秒內(nèi)第1、3、5、7盞燈

8、依次點(diǎn)亮，后四秒內(nèi)8、6、4、2盞燈依次點(diǎn)亮，而當(dāng)按鍵按下一次后（按下兩次等效于沒有按下），實(shí)現(xiàn)8盞燈依次循環(huán)點(diǎn)亮（產(chǎn)生燈光追逐音樂、活躍氣氛的效果）；9） 要求設(shè)計(jì)成同步電路模式；10） 參考器件：該電路可由555定時(shí)器、同步4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HCl61，3線-8線譯碼器分配器74HC138等組成。也可由學(xué)生自行選擇器件。3電路組成框圖圖1 基本電路框架原理圖4元器件清單型 號(hào)名 稱數(shù) 量555定時(shí)器（LM555CM）脈沖信號(hào)發(fā)生器174LS161D16進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器174LS138N3線8線譯碼器274LS08D四2輸入與門2LED發(fā)光二極管8SPST_NC_SB按鍵1電容2(1F、10

9、nF)電阻3(500、442k、500k)表1 元器件清單一覽表5各功能塊電路圖5.1 脈沖信號(hào)發(fā)生器5.1.1 555定時(shí)器555定時(shí)器是由比較器C1和C2，基本RS觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管TD三部分組成。 VH是比較器C1的輸入端，v12是比較器C2的輸入端。C1和C2的參考電壓VR1和VR2由VCC經(jīng)三個(gè)五千歐電阻分壓給出。在控制電壓輸入端VCO懸空時(shí)， VR1=2/3VCC，VR2=1/3VCC。如果VCO外接固定電壓， 圖2 555定時(shí)器邏輯符號(hào)則VR1=VCO，VR2=1/2VCO。 RD是置零輸入端。只要在RD端加上低電平，輸出端v0便立即被置成低電平，不受其他輸入端狀態(tài)的

10、影響。正常工作時(shí)必須使RD處于高電平。圖2中的數(shù)碼18為器件引腳的編號(hào)。555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，如圖3所示，只要在外部配上適當(dāng)阻容元件，就可以方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生和整形電路。圖3 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(A) 電路組成555集成定時(shí)器由五個(gè)部分組成:1) 基本RS觸發(fā)器：由兩個(gè)“與非”門組成2) 比較器：C1、C2是兩個(gè)電壓比較器3) 分壓器：阻值均為5千歐的電阻串聯(lián)起來構(gòu)成分壓器，為比較器C1和C2提供參考電壓。4) 晶體管開卷和輸出緩沖器：晶體管VT構(gòu)成開關(guān)，其狀態(tài)受端控制。輸出緩沖器就是接在輸出端的反相器G3，其作用是提高定時(shí)器的帶負(fù)載能力和隔離負(fù)載對(duì)定時(shí)器的影響。(B) 基本功

11、能當(dāng)時(shí)，輸出電壓為低電平，VT飽和導(dǎo)通。當(dāng)時(shí)，時(shí)，時(shí)，C1輸出低電平，C2輸出高電平，Q0，飽和導(dǎo)通。當(dāng)、時(shí)，C1、C2輸出均為高電平，基本RS觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變，因此、VT也保持原來狀態(tài)不變。當(dāng)、時(shí)，C1輸出高電平，C2輸出低電平，Q1，VT截止。輸 入輸 出閾值輸入(vI1)觸發(fā)輸入(vI2)觸發(fā)輸入(vI2)輸出()放電管T00導(dǎo)通11截止10導(dǎo)通1不變不變表2 555定時(shí)器邏輯功能表5.1.2 多諧振蕩器產(chǎn)生信號(hào)脈沖的方法很多，這里選用的是多諧振蕩器。它可以在接通電源后產(chǎn)生一定頻率和一定幅值的矩形波，用作脈沖信號(hào)源。由于555定時(shí)器內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路行式，用5

12、55定時(shí)器組成的多諧振蕩器振蕩頻率手電源電壓和溫度變化的影響很小，使產(chǎn)生的波形更穩(wěn)定，所以我們選用555定時(shí)器組成多諧振蕩器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示：圖4 多諧振蕩器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖接通電源后，電容C1被充電，當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí)，使Vo為低電平，同時(shí)555定時(shí)器內(nèi)部的放電三極管T導(dǎo)通，此時(shí)電容C1通過R2和三極管放電，Vc下降。當(dāng)Vc下降到1/3Vcc時(shí)，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容C1放電所需時(shí)間為T2=R2*C1*ln20.7R2*C1 當(dāng)放電結(jié)束是，T截止，Vcc通過R1、R2 及電容C1充電，Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需時(shí)間，即為電容C1充電所需時(shí)間為T1=(R1+R2)*C1*

13、ln20.7(R1+R2)*C1 當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到一個(gè)周期性的矩形波。T=(R1+2R2)*C1*ln20.7(R1+2R2)*C1 其工作波形如圖5所示：圖5 多諧振蕩器工作波形電容C2取10nF，將電源Vcc中雜質(zhì)成分濾除，起到抗干擾作用?？紤]到彩燈循環(huán)點(diǎn)亮的時(shí)間要求，故設(shè)計(jì)出多諧振蕩器的振蕩周期為1s，即振蕩頻率為1Hz。由于T=(R1+2R2)*C1*ln20.7(R1+2R2)*C1=1s，取C1=1F，可得R1+2R2=1442 k，取R1=442k，R2=500k 。占空比q=( R1+R2)/ (R1+2R

14、2) 0.65，將各原件按照電路圖所示與555定時(shí)器相連接，即得到所需多諧振蕩器，從而產(chǎn)生脈沖信號(hào)。5.2 順序脈沖發(fā)生器在設(shè)計(jì)中需要系統(tǒng)按照事先規(guī)定的順序進(jìn)行一系列的操作。這就要求統(tǒng)的控制部分能給出一組在時(shí)間上有一定先后順序的脈沖信號(hào)，再用這組脈沖形成所需要的各種控制信號(hào)。順序脈沖發(fā)生器就是用來產(chǎn)生這樣一組順序脈沖的電路。本題采用計(jì)數(shù)器和譯碼器組合成順序脈沖發(fā)生器，其電路圖如圖6所示。所示電路是用4位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161和3線8線譯碼器74LS138構(gòu)成順序脈沖發(fā)生器電路。圖中以74LS161的低3位輸出 QC、QB 、QA 作為74LS138的3位輸入信號(hào)。由74LS161的功能

15、表可知，為使電路工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)，LOAD、CLR、ENP和ENT均應(yīng)接高電平。由于它的低3位觸發(fā)器是按八進(jìn)制計(jì)數(shù)器連接的，所以在連接輸入CLK信號(hào)的情況下，QC QB QA 的狀態(tài)將按 000一直到 111 的順序反復(fù)循環(huán)，并在譯碼器輸出端依次輸出 Y0至 Y7 的順序脈沖。圖6 順序脈沖發(fā)生電路按照題目要求，通過按鍵實(shí)現(xiàn)如下循環(huán)特性，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)8個(gè)彩燈交叉循環(huán)點(diǎn)亮，即在前四秒內(nèi)第1、3、5、7盞燈依次點(diǎn)亮，后四秒內(nèi)8、6、4、2盞燈依次點(diǎn)亮，而當(dāng)按鍵按下一次后（按下兩次等效于沒有按下），實(shí)現(xiàn)8盞燈依次循環(huán)點(diǎn)亮（產(chǎn)生燈光追逐音樂、活躍氣氛的效果）?？芍?，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，74LS138(

16、U2)工作，此時(shí)，74LS138（U5）不工作，則輸出電平均為高電平，將74LS138(U2)輸出端的依次與74LS138（U5）輸出端的Y0Y2Y4Y6Y7 Y5Y3Y1做與運(yùn)算，后分別連接到對(duì)應(yīng)的LED的陰極上。此時(shí)做與運(yùn)算對(duì)74LS138(U2)輸出的電平無影響，此時(shí)，在前四秒內(nèi)第1、3、5、7盞燈依次點(diǎn)亮，后四秒內(nèi)8、6、4、2盞燈依次點(diǎn)亮。當(dāng)按鍵按下之后，同理可知，LED的亮與滅由74LS138（U5）輸出端的電壓決定。譯碼器的輸入端CBA由000變化到111的過程中，輸出端只有一端輸出低電平，此時(shí)對(duì)應(yīng)連接的LED會(huì)亮。由多諧振蕩器輸入脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器工作，其輸出端QC、QB、 QA

17、的依次累加，是譯碼器的輸出端依次變?yōu)榈碗娖?，從而?shí)現(xiàn)了LED的循環(huán)閃爍。例如，當(dāng)74LS138(U2)工作時(shí)，計(jì)數(shù)器的輸出端QC、QB、QA為000時(shí)，則譯碼器的輸入端CBA也為000，此時(shí)Y0低電平，由于另一個(gè)譯碼器未工作，則其輸出端輸出均為高電平，求與運(yùn)算，不影響對(duì)LED的控制，此時(shí)LED1亮，當(dāng)下一個(gè)時(shí)序脈沖輸入到計(jì)數(shù)器是，則QC、QB、QA變?yōu)?01，從而使LED3亮，其余不亮，以此類推，實(shí)現(xiàn)循環(huán)。計(jì)數(shù)器（74LS161）和譯碼器（74LS138）的邏輯功能：1) 計(jì)數(shù)器（74LS161）74LS161是常用的4位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，如下圖：圖7 74LS161D的管腳圖從7

18、4LS161功能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端CLR=“0”，計(jì)數(shù)器輸出QD、QC、QB、QA立即為全“0”，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng)CLR=“1”且LOAD=“0”時(shí)，在CLK信號(hào)上升沿作用后，74LS161輸出端QD、QC、QB、QA的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D，C，B，A的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)CLR=LOAD=ENP=ENT=“1”、CLK脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加1。74LS161還有一個(gè)進(jìn)位輸出端RCO。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。2） 譯碼器（74LS138） 譯碼器（74LS138）是常用的3 線8 線

19、譯碼器，如下圖：圖8 74LS138N的管腳圖74LS138有三個(gè)附加的控制端，當(dāng)輸入為高電平（G11），譯碼器處于工作狀態(tài)。否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平。這三個(gè)控制端也叫做“片選”輸入端，利用片選的作用可以將多篇連接起來以擴(kuò)展譯碼器的功能。 帶控制輸入端的譯碼器又是一個(gè)完整的數(shù)據(jù)分配器。74LS138 為3 線8 線譯碼器，共有 54/74S138和 54/74LS138 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其工作原理如下： 當(dāng)一個(gè)選通端（G1）為高電平，另兩個(gè)選通端（/(G2A)和/(G2B)）為 低電平時(shí)，可將地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。 利用 G1、

20、/(G2A)和/(G2B)可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 24 線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器。5.3 彩燈循環(huán)系統(tǒng)彩燈循環(huán)系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)計(jì)的最后的顯示部分，也是最直觀明顯的顯示設(shè)計(jì)成果的關(guān)鍵。將順序脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的順序脈沖加到彩燈上之后，可以使彩燈產(chǎn)生循環(huán)閃爍的效果。圖9 彩燈循環(huán)電路 8個(gè)LED采用共陽極接法，輸入電壓為5V，并串聯(lián)500，作為保護(hù)電阻使用，以免LED的電壓過大。所以在使用LED時(shí)，要接上拉或下拉電阻，選一個(gè)適中的，這是要根據(jù)發(fā)光二極管正向內(nèi)阻，發(fā)光二極管正向電壓降、正常工作電流決定的。圖10 發(fā)光二

21、極管參數(shù)由圖10可以看到發(fā)光二極管正向壓降為1.66V，正常工作電流為5mA，當(dāng)選擇500電阻。發(fā)光二極管正向內(nèi)阻為1.66V/5mA=332，而5*332/(332+500)1.995V1.66V，發(fā)光二極管會(huì)發(fā)光。如圖11所示，二極管兩端電壓也會(huì)穩(wěn)定在1.66V（閾值電壓）。 圖11 發(fā)光二極管的正向壓降測(cè)試電路 此時(shí)，當(dāng)譯碼器輸出端輸出為低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的LED就會(huì)變亮，在下一次脈沖來臨之前，將一直保持。當(dāng)進(jìn)入到下一次脈沖時(shí)，譯碼器的另一個(gè)輸出端變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)另一個(gè)LED會(huì)變亮，如此循環(huán)。6仿真電路總圖圖12 仿真電路模擬7結(jié)果分析對(duì)電路進(jìn)行仿真模擬，每間隔1s，LED變換一次，如此循環(huán)

22、閃爍。與多諧振蕩器的振蕩周期一致，符合預(yù)期。當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)8個(gè)彩燈交叉循環(huán)點(diǎn)亮，即在前四秒內(nèi)第1、3、5、7盞燈依次，后四秒內(nèi)8、6、4、2盞燈依次點(diǎn)亮，而當(dāng)按鍵按下一次后（按下兩次等效于沒有按下），實(shí)現(xiàn)8盞燈依次循環(huán)點(diǎn)亮（產(chǎn)生燈光追逐音樂、活躍氣氛的效果）。采用同步電路模式，運(yùn)用相應(yīng)的芯片，基本實(shí)現(xiàn)了彩燈循環(huán)閃爍的功能。當(dāng)多諧振蕩器產(chǎn)生時(shí)序脈沖信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器被觸發(fā)會(huì)產(chǎn)生順序脈沖信號(hào)，彩燈的狀態(tài)也會(huì)隨著脈沖信號(hào)的改變而改變。圖13 電路仿真模擬圖8總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)是彩燈循環(huán)控制電路的設(shè)計(jì)。我們按照老師提示和題目要求，運(yùn)用555計(jì)時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器來產(chǎn)生脈沖信號(hào),由計(jì)數(shù)器和譯碼器對(duì)產(chǎn)生順序脈沖

23、,最后來驅(qū)動(dòng)LED,實(shí)現(xiàn)了彩燈的循環(huán)閃爍。采用的方法簡(jiǎn)單易行，便于理解，成本較低。但我們也意識(shí)到方法太過單一，能實(shí)現(xiàn)的功能十分有限。其實(shí)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)同一功能，我們會(huì)有不同的選擇，本題設(shè)計(jì)時(shí)，彩燈與彩燈之間的顯示時(shí)間間隔還可以通過改變信號(hào)的頻率來改變，當(dāng)然，也可以采用分頻器進(jìn)行設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)潔也就是我們所希望做到的設(shè)計(jì)風(fēng)格。在使用Multisim做仿真時(shí)，用555多諧振蕩電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)太慢。開始一直以為是連線或者參數(shù)選擇錯(cuò)誤，檢查驗(yàn)證了很多遍，后來通過上網(wǎng)查閱資料才知道Multisim10的傳遞函數(shù)普遍偏慢，無法產(chǎn)生預(yù)想的脈沖頻率，故用電壓脈沖方波信號(hào)代替。總電路圖畫好后還出現(xiàn)了很多問題，但是在不斷

24、的思考和改善電路后，終于得出預(yù)想的結(jié)果。在這過程中，我學(xué)到了如何利用Multisim等學(xué)習(xí)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路的設(shè)計(jì)仿真。從電路圖的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、仿真到實(shí)驗(yàn)報(bào)告，我們都有自己的努力，在這短短的幾天內(nèi)，從課本理論知識(shí)到實(shí)際的理解，從題目中的簡(jiǎn)單計(jì)算到設(shè)計(jì)運(yùn)用中的精心推敲，我們把數(shù)電知識(shí)的學(xué)習(xí)上升了一個(gè)層次，真正賦予了這門課程實(shí)際意義與價(jià)值。我們充分認(rèn)識(shí)到理論結(jié)合實(shí)際的重要性，在設(shè)計(jì)過程中，我們依然會(huì)遇到一些難題，這暴露了我們理論知識(shí)掌握不夠全面的弱點(diǎn)。于是，遇到難題的時(shí)候，我們及時(shí)回歸理論，向書本和網(wǎng)絡(luò)求教，這種互為補(bǔ)充的過程幫助我們發(fā)現(xiàn)不足，完善自己的只是構(gòu)架，體現(xiàn)了理論與實(shí)踐并行的意義。希望這次設(shè)

25、計(jì)實(shí)踐是一次全新的開始，我們可以在此基礎(chǔ)上提高創(chuàng)新意識(shí)，發(fā)散創(chuàng)新思維，在專業(yè)方面做得更好！參考書目：1 閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，北京，高等教育出版社，2004年2 董玉冰，Multisim 9在電工電子技術(shù)中的應(yīng)用，北京，清華大學(xué)出版社，2008年3 許小軍，數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，南京，東南大學(xué)出版社，2007年4 尤佳，數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2014年附錄思考題1） 在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，對(duì)單元電路性能進(jìn)行了哪些分析，遇到了哪些問題？怎樣解決的？脈沖信號(hào)發(fā)生器：通過示波器進(jìn)行輸出信號(hào)的檢測(cè)問題1：分析由555計(jì)時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器的輸出波形時(shí)，由于電阻和電容選

26、擇不當(dāng)，導(dǎo)致生成的波形頻率特別大，無法觀察？解決：查閱資料后發(fā)現(xiàn)頻率與電容與電阻有關(guān)，后確定要產(chǎn)生頻率為1Hz的振蕩脈沖，故選取C1=1F， R1=442k，R2=500k，從而有效的解決了問題。順序脈沖發(fā)生器：用紅色的邏輯探針來檢驗(yàn)電路的正確與否問題1：通過按鍵控制譯碼器只同時(shí)工作一個(gè)，控制譯碼器G1端的輸入電壓的大小來實(shí)現(xiàn)，開始沒有找到合適的開關(guān)？解決：為保證設(shè)計(jì)可以繼續(xù)進(jìn)行，用單刀單擲開關(guān)進(jìn)行替代，最后在同學(xué)的幫助下，找到合適的按鍵SPST_NC_SB，只是電路得以呈現(xiàn)。問題2：開始將16進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)化為8進(jìn)制計(jì)數(shù)器，使QC QB QA的狀態(tài)從000到111變化，采用同步置數(shù)法完成了上述

27、過程。解決：在進(jìn)行電路簡(jiǎn)化的過程中發(fā)現(xiàn)16進(jìn)制計(jì)數(shù)器在技術(shù)的過程中，相當(dāng)于QC QB QA的狀態(tài)從000到111變化了兩次，從而減少一個(gè)邏輯與非門的使用，達(dá)到了預(yù)期簡(jiǎn)化電路的目的。問題3：由于本題要求LED的變化有兩種形式，用一個(gè)按鍵來控制，在實(shí)現(xiàn)了一種變化后，對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)按鍵控制陷入困境？解決：由于當(dāng)一個(gè)譯碼器的G1端不輸入高電平時(shí)，其輸出端經(jīng)測(cè)試可知均輸出高電平，由于是當(dāng)輸入LED為低電平的，它才會(huì)亮，故使兩個(gè)譯碼器對(duì)應(yīng)連接LED的輸出端進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，這樣當(dāng)一個(gè)為低電平時(shí)，另一個(gè)輸出端的高電平對(duì)此無影響，從而問題得到解決。彩燈循環(huán)系統(tǒng)：在接入500的電阻后使用數(shù)字萬用表測(cè)量LED的正向壓

28、降，得出此時(shí)LED正常發(fā)光問題1：在開始探究LED何時(shí)會(huì)亮的時(shí)候，當(dāng)接入電壓后，仿真模擬出錯(cuò)？解決：查閱資料發(fā)現(xiàn)是電壓不對(duì)，需串聯(lián)下拉電阻，后串聯(lián)了500的電阻后LED變亮。2） 在數(shù)字電路總體設(shè)計(jì)與調(diào)試中，有沒有出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤的情況？試分析可能出現(xiàn)的邏輯錯(cuò)誤并研究解決方法。錯(cuò)誤1：在連接完整體電路的時(shí)候，運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)燈全部不亮。解決：重新檢查電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)LED接反了，后經(jīng)調(diào)整，完成了仿真模擬實(shí)驗(yàn)。錯(cuò)誤2：在運(yùn)用紅色的邏輯探針來檢驗(yàn)電路的正確與否時(shí)，由于譯碼器輸出端只有一個(gè)低電平，其余均為高電平，導(dǎo)致邏輯探針只有一個(gè)不亮，與預(yù)期結(jié)果恰恰相反？解決：后注意到LED有共陰極與共陽極接法，考慮到只有一個(gè)輸出低電平，因此采用共陽極接法，輸入5V電壓，當(dāng)譯碼器輸出低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的LED就會(huì)亮。錯(cuò)誤3：由于在使用Multisim10做仿真時(shí)，用555多諧振蕩電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)太慢。誤以為是存在邏輯問題。解決：后看到其他同學(xué)也是如此，而且模擬畫面