數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告圣誕樹設(shè)計(jì)

1、 xxx學(xué)校 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告圣誕樹的設(shè)計(jì)學(xué) 院： 學(xué)生姓名： 班 級： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 摘 要 本設(shè)計(jì)是利用數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)一個(gè)微型圣誕樹，它是由led燈、74ls138、74ls193、74ls293、74ls00、74ls160、7404n、4015bd和4069bd等元器件構(gòu)成的一種電子產(chǎn)品；共有紅、綠兩種顏色的led燈，兩種led燈相互間隔閃爍，因此可以形成依次閃動(dòng)的效果，類似于圣誕樹的效果。 關(guān)鍵詞：led燈；74ls138；圣誕樹；555定時(shí)器目 錄前 言1設(shè)計(jì)要求2第一章 系統(tǒng)概述3第二章 單元電路設(shè)計(jì)與分析4 2.1 頂層紅色閃光燈電路4 2.2雙閃式

2、信號閃光燈電路 5 2.3循環(huán)閃爍式閃光燈電路6 2.4周期閃爍式閃光燈電路 7 2.5移動(dòng)發(fā)光式閃光燈電路7 2.6交替發(fā)光式閃光燈電路9 2.7 時(shí)間脈沖產(chǎn)生電路9第三章 電路的仿真與調(diào)試11第四章 結(jié)束語14鳴 謝15元器件明細(xì)表16附 圖17前 言當(dāng)今社會(huì)各種娛樂節(jié)目層出不窮，不僅中國的許多節(jié)日，就連外國的許多節(jié)日都在中國年輕人中很流行。圣誕節(jié)就是一個(gè)最好的例子。一接近圣誕節(jié)日就會(huì)有許多圣誕商品出售，其中圣誕彩燈又是最必不可少的物品。本次的課程設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)一個(gè)簡易的圣誕彩燈，它是集發(fā)光二極管、74ls138、74ls193、74ls293、74ls00、74ls160、7404n、40

3、15bd和4069bd芯片于一體的一個(gè)電子產(chǎn)品。此次課程設(shè)計(jì)經(jīng)過查閱資料、反復(fù)計(jì)算以及多次調(diào)試，也曾在該過程中遇到諸多困難，最終完成了該課程設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)要求 圣誕樹一共由六層彩燈控制電路組成。頂層用一個(gè)五角星紅色閃光燈構(gòu)成；第一層由74ls160和7404n構(gòu)成一個(gè)雙閃信號閃光電路；第二層有8個(gè)不同顏色的彩燈組成的控制電路，控制要求彩燈依次由暗變亮，又變暗不斷重復(fù)閃爍發(fā)光；第三層由兩組不同顏色的彩燈構(gòu)成，形成紅燈閃爍完畢綠燈接著閃爍，紅燈再次閃爍，然后綠燈再次閃爍，從而形成一個(gè)周期閃爍的彩燈控制電路；第四層由一只雙四位串入/并出移位存儲(chǔ)器cd4015組成形成光點(diǎn)逐個(gè)發(fā)光又逐個(gè)熄滅的移動(dòng)閃爍效果

4、；第五層在第四層的基礎(chǔ)上對電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兓纬梢涣烈话到惶骈W爍發(fā)光電路。 任務(wù)完成后，總體效果就是各層設(shè)計(jì)的彩燈電路在各自控制的電路下形成交替動(dòng)感閃爍發(fā)光效果。第一章 系統(tǒng)概述 在對題目和設(shè)計(jì)要求認(rèn)真研究之后，我的設(shè)計(jì)方案大體如下：該課程設(shè)計(jì)內(nèi)容可以分為六層結(jié)構(gòu)，分別為六個(gè)模塊。具體模塊分類如下圖。圣誕樹的設(shè)計(jì)周期閃爍式閃光燈電路移動(dòng)發(fā)光式閃光燈電路交替發(fā)光式閃光燈電路循環(huán)閃爍式閃光燈電路紅色閃光燈電路雙閃式信號閃光燈電路 圖3-1圣誕樹的設(shè)計(jì)與制作的總體框圖 在頂層閃光燈電路中，用二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls293。利用其二進(jìn)制功能，從而實(shí)現(xiàn)led閃光燈電路。在第一層雙閃電路中，用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器

5、74ls160構(gòu)成三進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)雙閃電路。在第二層循環(huán)閃爍燈電路中，用同步4位二進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器74ls193的輸出接到3-8譯碼器的輸入端，再用四個(gè)與非門共同組成一個(gè)循環(huán)閃爍的閃光燈電路。在第三層周期閃爍的閃光的電路中，用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls160實(shí)現(xiàn)了紅燈綠燈的循環(huán)閃爍。在第四層移動(dòng)發(fā)光式閃爍燈電路中，用兩只雙四位串入/并出移位寄存器4015bd組成led燈光移動(dòng)閃爍電路，在脈沖的作用下，移位寄存器的輸出端依次輸出驅(qū)動(dòng)脈沖，通過驅(qū)動(dòng)二極管的發(fā)光，形成光點(diǎn)逐個(gè)發(fā)光又逐個(gè)熄滅的移動(dòng)閃爍效果。第五層的交替發(fā)光式led閃光燈電路是在移動(dòng)閃爍電路的基礎(chǔ)上改變輸入數(shù)據(jù)。第2章 單元電路設(shè)計(jì)與分析 2

6、.1 頂層紅色閃光燈電路該部分由74ls293構(gòu)成的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在脈沖的作用下，輸出端會(huì)輸出0000和0001兩種狀態(tài)。若輸出0000，則經(jīng)過與門后輸出信號就變?yōu)楦唠娖?，發(fā)光二極管就發(fā)光；接著輸出0001，經(jīng)與非門后的輸出信號就變?yōu)榈碗娖?，發(fā)光二極管就變暗，因此形成閃爍發(fā)光的閃光燈電路。74ls293是4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，具有二分頻和八分頻能力。它由一個(gè)二進(jìn)制和八進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成，兩個(gè)計(jì)數(shù)器各具有下降沿有效的時(shí)鐘端，兩個(gè)計(jì)數(shù)器具有相同的高電平使能清除端r0（1）和r0（2）.74ls293的管腳圖如下： 圖4-1利用74ls293可構(gòu)成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如下圖： 圖4-2 2.2雙閃式信號閃

7、光燈電路 該部分的工作原理是通過控制74ls160將信號轉(zhuǎn)化為3個(gè)信號，分別為0000,0001,0010，比較三個(gè)信號在qb處為與前兩個(gè)數(shù)字與第三個(gè)數(shù)字的不同之處，故設(shè)計(jì)0000,0001的qb=0為燈亮?xí)r的信號控制燈亮，反之0010時(shí)發(fā)光二極管陰極信號為高電平，發(fā)光二極管滅，如此循環(huán)得到控制雙閃燈的電路。74ls160的管腳圖如下： 圖4-1其內(nèi)部原理圖如下：圖4-2邏輯真值表如下： 圖6-1 2.3循環(huán)閃爍式閃光燈電路該部分用同步4位二進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器74ls193計(jì)數(shù)輸出到3-8譯碼器74ls138，g1和g2組成與非門結(jié)構(gòu)的sr鎖存器。在譯碼器輸出1引腳為低電平時(shí)，g1輸出高電平，使

8、g2輸出低電平，g3門解除封鎖，計(jì)數(shù)脈沖通過g3門，使計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)。在譯碼器輸出8引腳為低電平時(shí)，g2輸出高電平，使g1輸出低電平，g4解除封鎖，計(jì)數(shù)脈沖通過g4門，使計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)。譯碼器輸出連接共陽極連接的發(fā)光二極管，譯碼器輸出低電平時(shí)，二極管發(fā)光。由于計(jì)數(shù)器工作在加/減計(jì)數(shù)狀態(tài)，則發(fā)光二極管將來回順序點(diǎn)亮。74ls138是3線-8線譯碼器。將輸入二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成與代碼對應(yīng)的高、低電平的電路稱為譯碼器。74ls138的邏輯符號如下： 圖6-274ls138的邏輯功能入下表所示：圖7-1其中,a、b、c都是譯碼器的數(shù)據(jù)輸入端，y0到y(tǒng)7是輸出端。2.4周期閃爍式閃光燈電路 在周期閃爍的閃光燈電

9、路中，利用二進(jìn)制計(jì)數(shù)器形成了紅燈綠燈的周期閃爍。當(dāng)輸出端為0000時(shí)，輸出的低電平經(jīng)過與非門后變?yōu)楦唠娖?，led1就會(huì)發(fā)光；當(dāng)輸出端為0001時(shí)，輸出端輸出高電平，led2就會(huì)發(fā)光；周而復(fù)始，一直下去。2.5移動(dòng)發(fā)光式閃光燈電路cd4015中的兩個(gè)移位寄存器，第二寄存器的數(shù)據(jù)端d2接第一個(gè)寄存器的1d輸出端，構(gòu)成了一個(gè)八位移位寄存器。第一寄存器的數(shù)據(jù)端1d通過一只反相器與第二寄存器的qd輸出端相連，使電路開機(jī)復(fù)位后第一寄存器的數(shù)據(jù)端為“1”。c2、r9組成的開機(jī)復(fù)位電路，接通電源后使寄存器復(fù)位，各輸出端均輸出低電平“0”。當(dāng)由移位脈沖發(fā)生器輸出的移位脈沖同時(shí)加以至移位寄存器的兩個(gè)脈沖輸出端cp

10、1和cp2后，由于第一寄存器的數(shù)據(jù)端為“1”，所以它的輸出端q1-q4依次輸出高電平，接在它的輸出端的發(fā)光二極管led1-led4依次發(fā)光；而第二寄存器的數(shù)據(jù)端為“0”,所以它的輸出端qa-qd依次輸出低電平，接在它的輸出端的發(fā)光二極管led5-led8不發(fā)光。在d來了高電平后，led5-led8就會(huì)依次發(fā)光，當(dāng)led8發(fā)光后，高電平就會(huì)通過非門變?yōu)榈碗娖交氐絛端，從而使led1-led8依次熄滅。此后的各循環(huán)將按上述狀態(tài)繼續(xù)下去。注意：在接通電源后，首先將開關(guān)a閉合，實(shí)現(xiàn)清零。停頓幾秒后，再斷開開關(guān)a。接下來就會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)發(fā)光的效果。cd4015是一個(gè)串入并出移位寄存器，從邏輯結(jié)構(gòu)上看，移位寄

11、存器有以下兩個(gè)顯著特征：(1)移位寄存器是由相同的寄存單元所組成。一般說來，寄存單元的個(gè)數(shù)就是移位寄存器的位數(shù)。為了完成不同的移位功能，每個(gè)寄存單元的輸出與其相鄰的下一個(gè)寄存單元的輸入之間的連接方式也不同。(2)所有寄存單元共用一個(gè)時(shí)鐘。在公共時(shí)鐘的作用下，各個(gè)寄存單元的工作是同步的。每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖，寄存器的數(shù)據(jù)就順序向左或向右移動(dòng)一位。通?？砂磾?shù)據(jù)傳輸方式的不同對cmos移位寄存器進(jìn)行分類。移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入方式有串行輸入和并行輸入之分。串行輸入就是在時(shí)鐘脈沖作用下，把要輸入的數(shù)據(jù)從一個(gè)輸入端依次一位一位地送入寄存器；并行輸入就是把輸入的數(shù)據(jù)從幾個(gè)輸入端同時(shí)送入寄存器。在cmos移位寄

12、存器中，有的品種只具有串行或并行中的一種輸入方式，但也有些品種同時(shí)兼有串行和并行兩種輸入方式。串行輸入的數(shù)據(jù)加到第一個(gè)寄存單元的d端，在時(shí)鐘脈沖的作用下輸入，數(shù)據(jù)傳送速度較慢；并行輸入的數(shù)據(jù)一般由寄存單元的r、s端送入，傳送速度較快。移位寄存器的移位方向有右移和左移之分。右移是指數(shù)據(jù)由左邊最低位輸入，依次由右邊的最高位輸出；左移時(shí)，右邊的第一位為最低位，最左邊的則為最高位，數(shù)據(jù)由低位的右邊輸入，由高位的左邊輸出。移位寄存器的輸出也有串行和并行之分。串行輸出就是在時(shí)鐘脈沖作用下，寄存器最后一位輸出端依次一位一位地輸出寄存器的數(shù)據(jù)；并行輸出則是寄存器的每個(gè)寄存單元均有輸出。cmos移位寄存器有些品

13、種只有一種輸出方式，但也有些品種兼具兩種輸出方式。實(shí)際上，并行輸出方式也必然具有串行輸出功能。cd4015是由兩組獨(dú)立的4位串入并出移位寄存器組成。每組寄存器都有一個(gè)cp輸入端、一個(gè)清零端cl和一個(gè)串行數(shù)據(jù)輸入端ds。每位寄存單元都有輸出端引出，因而即可作串行輸出，又可實(shí)現(xiàn)并行輸出。加在ds端上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘脈沖上升沿的作用下向右移位。當(dāng)在cl端加高電平時(shí)，寄存器的輸出被全部清零。cd4015真值表如下：圖8-1通過查閱相關(guān)資料可知cd4015具有下述功能：(1)從串行輸入到串行輸出，數(shù)據(jù)延遲了4個(gè)時(shí)鐘周期。因此，cd4015可用作延遲電路。(2)串行數(shù)據(jù)經(jīng)過cd4015以后，轉(zhuǎn)換成了并行數(shù)據(jù)，

14、可由q0q3端并行輸出。(3)可作為數(shù)據(jù)寄存器使用。 2.6交替發(fā)光式閃光燈電路當(dāng)電路接通電源后使電路復(fù)位后，q1的低電平首先通過反相變?yōu)楦唠娖胶蠹又恋谝患拇嫫鞯臄?shù)據(jù)端。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)移位脈沖輸入后，q1變?yōu)楦唠娖?，led1發(fā)光。q1的高電平經(jīng)反相器反相后變?yōu)榈碗娖郊又翑?shù)據(jù)端，當(dāng)?shù)诙€(gè)移位脈沖輸入后，q1變?yōu)榈碗娖?，led1不發(fā)光。而此時(shí)原q1端的高電平被移位至q2，使led2發(fā)光。此后在連續(xù)輸入移位脈沖的作用下，發(fā)光二極管led1-led8將按照一亮一暗的形式交替閃爍發(fā)光。 2.7 時(shí)間脈沖產(chǎn)生電路555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)

15、電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動(dòng)控制等方面。本系統(tǒng)使用由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，由其產(chǎn)生計(jì)時(shí)脈沖，為其余電路提供脈沖信號，通過對振蕩器產(chǎn)生的脈沖計(jì)數(shù)即能對時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)。555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號產(chǎn)生電路；如圖2.1，其振蕩周期為： t=0.7（r1+2r2）c，f=1/t。因此改變r(jià)1、r2和電容c的值，便可改變矩形波的周期和頻率。圖10-1第三章 電路的仿真與調(diào)試 在這一層電路中，點(diǎn)擊運(yùn)行，led燈會(huì)間隔閃爍。在該部分中層因?yàn)橹唤恿艘粋€(gè)與非門的問題而產(chǎn)生錯(cuò)誤，經(jīng)過修改

16、之后，運(yùn)行正常。圖11-1頂層紅色閃光燈電路圖11-2 在這一部分中，經(jīng)74ls160計(jì)數(shù)器作用后，若數(shù)碼管顯示0和1，led燈處于點(diǎn)亮的狀態(tài)，若顯示2的時(shí)候，led燈熄滅。 圖12-1在這一過程中，由于計(jì)數(shù)器的加減狀態(tài)， led燈是處于來回點(diǎn)亮的狀態(tài)。圖12-2 在該部分電路中，信號源提供一個(gè)信號，經(jīng)過74ls160以及與非門的作用，當(dāng)上方led燈閃爍時(shí)，下方的led燈處于熄滅狀態(tài)，同樣地，下方led等點(diǎn)亮?xí)r，上方的則不亮，因此形成一層周期性的閃爍式燈光。圖13-1 在該部分中，接通電源后，首先將開關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)清零作用。停頓幾秒后，再斷開開關(guān)。接下來就會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)發(fā)光的效果。圖13-2在該部分

17、中，接通電源后電路復(fù)位，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)移位脈沖輸入后，q1變?yōu)楦唠娖?，第一個(gè)led發(fā)光。q1的高電平經(jīng)反相器反相后變?yōu)榈碗娖郊又翑?shù)據(jù)端，當(dāng)?shù)诙€(gè)移位脈沖輸入后，q1變?yōu)榈碗娖?，第一個(gè)led不發(fā)光。而此時(shí)原q1端的高電平被移位至q2，使第二個(gè)led發(fā)光。此后在連續(xù)輸入移位脈沖的作用下，連續(xù)的8個(gè)led燈將按照一亮一暗的形式交替閃爍發(fā)光。第四章 結(jié)束語 在本次課程設(shè)計(jì)中讓我印象最深的是要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有對系統(tǒng)原理和各器件的充分了解，設(shè)計(jì)合理的方案圖，分析要達(dá)到的指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)每個(gè)模塊的功能，并做好最后的仿真調(diào)試電路，最終完成實(shí)物的制作。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社

18、會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程。”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義。今天認(rèn)真對待課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。鳴 謝在這次課程設(shè)計(jì)中，我在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中懂得了許多東西，也培養(yǎng)了獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)的能力，樹立了對知識(shí)應(yīng)用的信心，相信會(huì)對今后的學(xué)習(xí)工作和生活有非常大的幫助，并且提高了自己的動(dòng)手實(shí)踐操作能力， 使自己充分體會(huì)到了在設(shè)計(jì)過程中的成功喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的不是很理想，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富。通過這次的課程設(shè)計(jì)，我對一些專業(yè)的電子設(shè)計(jì)有了更深的了解，同時(shí)也嘗試著

19、去應(yīng)用自己所掌握的知識(shí)。這次課程設(shè)計(jì)主要是對電路的設(shè)計(jì)，經(jīng)過這次的課程設(shè)計(jì)，讓我受益頗多，同時(shí)也明白自己還有很多的不足之處，明白自己應(yīng)該在以后的學(xué)習(xí)生活中更加虛心學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)生活中也不應(yīng)該僅僅只是注重理論上的學(xué)習(xí)，結(jié)合本專業(yè)的情況而言，實(shí)踐能力與理論知識(shí)是同等重要的。都說理論與實(shí)踐相結(jié)合，理論源于實(shí)踐，實(shí)踐是理論的應(yīng)用與發(fā)展，因此，我們更應(yīng)該注重平時(shí)的實(shí)踐能力，豐富自己，也豐富人生。課程設(shè)計(jì)不僅給我們提供了一個(gè)很好的展現(xiàn)和應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的平臺(tái)，而且給檢驗(yàn)自己所學(xué)的知識(shí)和實(shí)現(xiàn)知識(shí)價(jià)值能力提供了一個(gè)機(jī)會(huì)。本次課程設(shè)計(jì)，不僅使我學(xué)會(huì)了用multisim，而且對學(xué)過的相關(guān)知識(shí)得到了進(jìn)一步的鞏固和提高，通過閱讀相關(guān)專業(yè)書籍掌握了一些以前未了解的知識(shí)；同時(shí)也熟悉了很多的硬件設(shè)備，更重要的是使我在學(xué)習(xí)和掌握這些知識(shí)的同時(shí)，能夠在思維上得到提高和升華，在分析問題和解決問題的能力上得到培養(yǎng)和提高。這次課程設(shè)