數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告圣誕樹設(shè)計

1、 xxx學校 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告圣誕樹的設(shè)計學 院： 學生姓名： 班 級： 學 號： 指導(dǎo)教師： 摘 要 本設(shè)計是利用數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計的方法設(shè)計一個微型圣誕樹，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定時器目 錄前 言1設(shè)計要求2第一章 系統(tǒng)概述3第二章 單元電路設(shè)計與分析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元器件明細表16附 圖17前 言當今社會各種娛樂節(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)就是一個最好的例子。一接近圣誕節(jié)日就會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)計就是設(shè)計一個簡易的圣誕彩燈，它是集發(fā)光二極管、74ls138、74ls193、74ls293、74ls00、74ls160、7404n、40

3、15bd和4069bd芯片于一體的一個電子產(chǎn)品。此次課程設(shè)計經(jīng)過查閱資料、反復(fù)計算以及多次調(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。 設(shè)計要求 圣誕樹一共由六層彩燈控制電路組成。頂層用一個五角星紅色閃光燈構(gòu)成；第一層由74ls160和7404n構(gòu)成一個雙閃信號閃光電路；第二層有8個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/并出移位存儲器cd4015組成形成光點逐個發(fā)光又逐個熄滅的移動閃爍效果

4、；第五層在第四層的基礎(chǔ)上對電路結(jié)構(gòu)進行適當?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)計的彩燈電路在各自控制的電路下形成交替動感閃爍發(fā)光效果。第一章 系統(tǒng)概述 在對題目和設(shè)計要求認真研究之后，我的設(shè)計方案大體如下：該課程設(shè)計內(nèi)容可以分為六層結(jié)構(gòu)，分別為六個模塊。具體模塊分類如下圖。圣誕樹的設(shè)計周期閃爍式閃光燈電路移動發(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)計與制作的總體框圖 在頂層閃光燈電路中，用二進制計數(shù)器74ls293。利用其二進制功能，從而實現(xiàn)led閃光燈電路。在第一層雙閃電路中，用十進制計數(shù)器

5、74ls160構(gòu)成三進制計數(shù)器來實現(xiàn)雙閃電路。在第二層循環(huán)閃爍燈電路中，用同步4位二進制加減計數(shù)器74ls193的輸出接到3-8譯碼器的輸入端，再用四個與非門共同組成一個循環(huán)閃爍的閃光燈電路。在第三層周期閃爍的閃光的電路中，用十進制計數(shù)器74ls160實現(xiàn)了紅燈綠燈的循環(huán)閃爍。在第四層移動發(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)動脈沖，通過驅(qū)動二極管的發(fā)光，形成光點逐個發(fā)光又逐個熄滅的移動閃爍效果。第五層的交替發(fā)光式led閃光燈電路是在移動閃爍電路的基礎(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)成的二進制計數(shù)器，在脈沖的作用下，輸出端會輸出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位異步二進制加法計數(shù)器，具有二分頻和八分頻能力。它由一個二進制和八進制計數(shù)器組成，兩個計數(shù)器各具有下降沿有效的時鐘端，兩個計數(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)成二進制計數(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個信號，分別為0000,0001,0010，比較三個信號在qb處為與前兩個數(shù)字與第三個數(shù)字的不同之處，故設(shè)計0000,0001的qb=0為燈亮時的信號控制燈亮，反之0010時發(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位二進制加/減計數(shù)器74ls193計數(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，g1輸出高電平，使

8、g2輸出低電平，g3門解除封鎖，計數(shù)脈沖通過g3門，使計數(shù)器加計數(shù)。在譯碼器輸出8引腳為低電平時，g2輸出高電平，使g1輸出低電平，g4解除封鎖，計數(shù)脈沖通過g4門，使計數(shù)器減計數(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，二極管發(fā)光。由于計數(shù)器工作在加/減計數(shù)狀態(tài)，則發(fā)光二極管將來回順序點亮。74ls138是3線-8線譯碼器。將輸入二進制代碼轉(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，利用二進制計數(shù)器形成了紅燈綠燈的周期閃爍。當輸出端為0000時，輸出的低電平經(jīng)過與非門后變?yōu)楦唠娖?，led1就會發(fā)光；當輸出端為0001時，輸出端輸出高電平，led2就會發(fā)光；周而復(fù)始，一直下去。2.5移動發(fā)光式閃光燈電路cd4015中的兩個移位寄存器，第二寄存器的數(shù)據(jù)端d2接第一個寄存器的1d輸出端，構(gòu)成了一個八位移位寄存器。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，使電路開機復(fù)位后第一寄存器的數(shù)據(jù)端為“1”。c2、r9組成的開機復(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”。當由移位脈沖發(fā)生器輸出的移位脈沖同時加以至移位寄存器的兩個脈沖輸出端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就會依次發(fā)光，當led8發(fā)光后，高電平就會通過非門變?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，實現(xiàn)清零。停頓幾秒后，再斷開開關(guān)a。接下來就會出現(xiàn)移動發(fā)光的效果。cd4015是一個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，每個寄存單元的輸出與其相鄰的下一個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時鐘。在公共時鐘的作用下，各個寄存單元的工作是同步的。每輸入一個時鐘脈沖，寄存器的數(shù)據(jù)就順序向左或向右移動一位。通?？砂磾?shù)據(jù)傳輸方式的不同對cmos移位寄存器進行分類。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。串行輸入就是在時鐘脈沖作用下，把要輸入的數(shù)據(jù)從一個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)從幾個輸入端同時送入寄存器。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)加到第一個寄存單元的d端，在時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，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是由兩組獨立的4位串入并出移位寄存器組成。每組寄存器都有一個cp輸入端、一個清零端cl和一個串行數(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，又可實現(xiàn)并行輸出。加在ds端上的數(shù)據(jù)在時鐘脈沖上升沿的作用下向右移位。當在cl端加高電平時，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個時鐘周期。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?shù)谝粋€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?shù)诙€移位脈沖輸入后，q1變?yōu)榈碗娖剑琹ed1不發(fā)光。而此時原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 時間脈沖產(chǎn)生電路555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個

15、電阻、電容，就可以實現(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。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。本系統(tǒng)使用由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，由其產(chǎn)生計時脈沖，為其余電路提供脈沖信號，通過對振蕩器產(chǎn)生的脈沖計數(shù)即能對時間進行計時。555定時器構(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r1、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，點擊運行，led燈會間隔閃爍。在該部分中層因為只接了一個與非門的問題而產(chǎn)生錯誤，經(jīng)過修改

16、之后，運行正常。圖11-1頂層紅色閃光燈電路圖11-2 在這一部分中，經(jīng)74ls160計數(shù)器作用后，若數(shù)碼管顯示0和1，led燈處于點亮的狀態(tài)，若顯示2的時候，led燈熄滅。 圖12-1在這一過程中，由于計數(shù)器的加減狀態(tài)， led燈是處于來回點亮的狀態(tài)。圖12-2 在該部分電路中，信號源提供一個信號，經(jīng)過74ls160以及與非門的作用，當上方led燈閃爍時，下方的led燈處于熄滅狀態(tài)，同樣地，下方led等點亮時，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，實現(xiàn)清零作用。停頓幾秒后，再斷開開關(guān)。接下來就會出現(xiàn)移動發(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?shù)谝粋€移位脈沖輸入后，q1變?yōu)楦唠娖?，第一個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?shù)诙€移位脈沖輸入后，q1變?yōu)榈碗娖?，第一個led不發(fā)光。而此時原q1端的高電平被移位至q2，使第二個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)計中讓我印象最深的是要設(shè)計一個成功的電路，必須要有對系統(tǒng)原理和各器件的充分了解，設(shè)計合理的方案圖，分析要達到的指標，實現(xiàn)每個模塊的功能，并做好最后的仿真調(diào)試電路，最終完成實物的制作。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，著是我們邁向社

18、會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程?！鼻Ю镏惺加谧阆隆保ㄟ^這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義。今天認真對待課程設(shè)計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。鳴 謝在這次課程設(shè)計中，我在整個設(shè)計過程中懂得了許多東西，也培養(yǎng)了獨立思考和設(shè)計的能力，樹立了對知識應(yīng)用的信心，相信會對今后的學習工作和生活有非常大的幫助，并且提高了自己的動手實踐操作能力， 使自己充分體會到了在設(shè)計過程中的成功喜悅。雖然這個設(shè)計做的不是很理想，但是在設(shè)計過程中所學到的東西是這次課程設(shè)計的最大收獲和財富。通過這次的課程設(shè)計，我對一些專業(yè)的電子設(shè)計有了更深的了解，同時也嘗試著

19、去應(yīng)用自己所掌握的知識。這次課程設(shè)計主要是對電路的設(shè)計，經(jīng)過這次的課程設(shè)計，讓我受益頗多，同時也明白自己還有很多的不足之處，明白自己應(yīng)該在以后的學習生活中更加虛心學習，在學習生活中也不應(yīng)該僅僅只是注重理論上的學習，結(jié)合本專業(yè)的情況而言，實踐能力與理論知識是同等重要的。都說理論與實踐相結(jié)合，理論源于實踐，實踐是理論的應(yīng)用與發(fā)展，因此，我們更應(yīng)該注重平時的實踐能力，豐富自己，也豐富人生。課程設(shè)計不僅給我們提供了一個很好的展現(xiàn)和應(yīng)用自己所學知識的平臺，而且給檢驗自己所學的知識和實現(xiàn)知識價值能力提供了一個機會。本次課程設(shè)計，不僅使我學會了用multisim，而且對學過的相關(guān)知識得到了進一步的鞏固和提高，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；同時也熟悉了很多的硬件設(shè)備，更重要的是使我在學習和掌握這些知識的同時，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)