(1) 不少于八個彩燈。 (2) 實現一一兩滅-偶數燈亮-奇數燈亮如此循環。
2 電路總體設計
設計框圖：
圖1
總體原理說明： 脈沖發生電路：脈沖發生電路產生標準1HZ脈沖，供計數器進行計數，即彩燈循環頻率。 循環計數電路：一個計數器對脈沖發生電路產生的脈沖進行0-7循環計數，并且輸入譯碼器。另一個計數器對0-7循環計數計數器循環次數進行計數。 3-8譯碼器電路：選用74LS138譯碼器，將計數器輸入的信號進行譯碼，再將譯碼結果作為彩燈的循環信號。 開關：選用兩檔開關，兩檔分別接地與VCC，公共端接入計數器置數端，控制計數器是否置數成0，從而控制彩燈是否循環。 循環花樣判斷電路：判斷0-2循環計數器輸出，實現循環花樣變化。 LED燈：LED陽極接VCC，陰極串聯一個330Ω電阻作為限流電阻，一共八路。
3各部分電路設計 3.1 脈沖發生電路設計 脈沖發生電路采用555構成的多諧振蕩電路。 
圖2 用 555 定時器構成的多諧振蕩器電路如圖所示：圖中電容 C、電阻 R1 和 R2 作 為振蕩器的定時元件，決定著輸出矩形波正、負脈沖的寬度。定時器的觸發輸入端（2腳）和閥 值輸入端（6 腳）與電容相連；集電極開路輸出端（7腳）接 R1、R2 相連處，用以控制電容 C 的充、放電；外界控制輸入端（5腳）通過 0.01uF 電容接地。 
圖3 多諧振蕩器的工作波形如圖 6-11(b) 所示： 電路接通電源的瞬間，由于電容 C 來不及充電， Vc=0v ，所以 555 定時器狀態為 1，輸出 Vo為高電平。同時，集電極輸出端（7 腳）對地斷開，電源 Vcc 對電容 C 充電，電路進入暫穩態 I，此后，電路周而復始地產生周期性的輸出脈沖。多諧振蕩器兩個暫穩態的維持時間取決于 RC 充、放電回路的參數。暫穩態Ⅰ的維持時間，即輸出 Vo 的正向脈沖寬度 T1≈0.7(R1+R 2)C； 暫穩態Ⅱ的維持時間，即輸出 Vo 的負向脈沖寬度 T2≈0.7R 2C。 因此， 振蕩周期 T=T 1+T 2=0.7(R 1+2R 2 )C，振蕩頻率 f=1/T 。正向脈沖寬度 T1 與振蕩周期 T 之比稱矩形波的 占空比Ｄ ，由上述條件可得 D=（R1+R2）/（R1+2R 2），若使 R2>>R 1，則 D≈1/2， 即輸出信號的正負向脈沖寬度相等的矩形波（方波）。 
圖4多諧振蕩電路仿真電路圖 3.2 循環計數電路設計 循環計數電路采用74LS160計數器。 74LS160 芯片同步十進制計數器（直接清零）。用于快速計數的內部超前進位 ，用于n 位級聯的進位輸出，同步可編程序 ，有置數控制線 ，二極管箝位輸入 ，直接清零 ，同步計數 。
74LS160引腳功能：
RCO 進位輸出端 ENP 計數控制端 QA-QD 輸出端 ENT 計數控制端 CLK 時鐘輸入端 CLR 異步清零端（低電平有效） LOAD 同步并行置入端（低電平有效） 本次設計分別有0-7循環計數作為彩燈循環信號，和0-2循環計數作為三種循環花樣判斷信號。 0-7循環計數采用異步清零計數方式，當74LS160計數器計數到8時即計數器輸出為1000時，計數器74LS160 CLR端置低電平，從而實現0-7循環計數。 0-2循環計數采用異步清零計數方式，當74LS160計數器計數到3時即計數器輸出為0011時，計數器74LS160 CLR端置低電平，從而實現0-2循環計數。
圖5循環計數仿真電路圖
3.3 3-8線譯碼器電路設計 3-8線譯碼器電路采用74LS138 3-8譯碼器。 74LS138 為3 線－8 線譯碼器，共有 54/74S138和 54/74LS138兩種線路結構型式，其工作原理如下： ①當一個選通端（E1）為高電平，另兩個選通端（（/E2））和（/E3））為低電平時，可將地址端（A0、A1、A2）的二進制編碼在Y0至Y7對應的輸出端以低電平譯出。（即輸出為Y0至Y7的非）比如：A2A1A0=110時，則Y6輸出端輸出低電平信號。 ②利用 E1、E2和E3可級聯擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯擴展成 32 線譯碼器。 ③若將選通端中的一個作為數據輸入端時，74LS138還可作數據分配器。 ④可用在8086的譯碼電路中，擴展內存。 74LS138功能表如下表1所示： 
表1 74LS138將0-7循環計數器輸出進行譯碼，譯碼結果如上表所示。 仿真電路如下圖6: 
圖6譯碼器仿真電路 3.4 循環花樣判斷單元電路設計 循環花樣判斷電路只需對0-2循環計數電路輸出進行判斷，判斷則用或門即可，當0-2循環計數電路輸出為0000時或門輸出不變，則LED燈皆可亮。當輸出為0001時偶數燈或門輸出為1，則偶數位LED燈不亮。當輸出為0010時奇數位或門輸出為1，則奇數位LED燈不亮。 仿真電路如下圖7所示: 
圖7 循環花樣判斷仿真電路
3.5 LED燈單元電路設計 LED做為循環彩燈的載體，發光二極管簡稱為LED。 LED陽極接VCC，陰極串聯一個330Ω電阻作為限流電阻，一共八路。 仿真電路如下圖8所示： 
圖8蜂鳴器報警仿真電路 3.6 開關控制單元電路設計 開關控制電路采用一個雙刀開關，兩檔分別接電源的地與VCC，公共端接入0-7循環計數器74LS160的置數端，并且計數器輸入端為0000，置數端低電平有效。當開關打到VCC端時循環計數器不計數，則彩燈不循環。當開關打到地端時循環計數器開始計數，則彩燈開始循環。 仿真電路如下圖9所示： 
圖9蜂鳴器報警仿真電路
4 結論 通過對軟件 Multisim 的學習和使用， 進一步加深了對數字電路的認識。 在仿真過程中遇到許 多困難，但通過自己的努力和同學的幫助都一一克服了。布局的時候因元件比較多，整體布局比 較困難，因子電路不如原電路直觀，最后在不斷努力下，終于不用子電路布好整個電路。 調試時有的器件在理論上可行，但在實際運行中就無法看到效果，所以得換不少器件，有時 無法找出錯誤便更換器件重新接線以使電路正常運行。同時，在最后仿真時，預置的頻率一開始 用的是 1Hz，結果仿真結果反應很慢， 后把頻率加大， 這才在短時間內就能看到全部結果。 總之， 通過這次對數字時鐘的設計與仿真，為以后的電路設計打下良好的基礎，一些經驗和教訓，將成 為寶貴的學習財富。
附錄A 整體邏輯電路圖（Multisim繪制） 
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2019-11-5 20:49 上傳
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