(1) 不少于八個(gè)彩燈。

(2) 實(shí)現(xiàn)一一兩滅-偶數(shù)燈亮-奇數(shù)燈亮如此循環(huán)。

脈沖發(fā)生電路：脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)1HZ脈沖，供計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，即彩燈循環(huán)頻率。

循環(huán)計(jì)數(shù)電路：一個(gè)計(jì)數(shù)器對脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行0-7循環(huán)計(jì)數(shù)，并且輸入譯碼器。另一個(gè)計(jì)數(shù)器對0-7循環(huán)計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器循環(huán)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

3-8譯碼器電路：選用74LS138譯碼器，將計(jì)數(shù)器輸入的信號進(jìn)行譯碼，再將譯碼結(jié)果作為彩燈的循環(huán)信號。

開關(guān)：選用兩檔開關(guān)，兩檔分別接地與VCC，公共端接入計(jì)數(shù)器置數(shù)端，控制計(jì)數(shù)器是否置數(shù)成0，從而控制彩燈是否循環(huán)。

循環(huán)花樣判斷電路：判斷0-2循環(huán)計(jì)數(shù)器輸出，實(shí)現(xiàn)循環(huán)花樣變化。

LED燈：LED陽極接VCC，陰極串聯(lián)一個(gè)330Ω電阻作為限流電阻，一共八路。

脈沖發(fā)生電路采用555構(gòu)成的多諧振蕩電路。

圖2

用 555 定時(shí)器構(gòu)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(shí)元件，決定著輸出矩形波正、負(fù)脈沖的寬度。定時(shí)器的觸發(fā)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(shí)器狀態(tài)為 1，輸出 Vo為高電平。同時(shí)，集電極輸出端（7 腳）對地?cái)嚅_，電源 Vcc 對電容 C 充電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài) I，此后，電路周而復(fù)始地產(chǎn)生周期性的輸出脈沖。多諧振蕩器兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間取決于 RC 充、放電回路的參數(shù)。暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ的維持時(shí)間，即輸出 Vo 的正向脈沖寬度 T1≈0.7(R1+R 2)C； 暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ的維持時(shí)間，即輸出 Vo 的負(fù)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(fù)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(huán)計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)

              循環(huán)計(jì)數(shù)電路采用74LS160計(jì)數(shù)器。

              74LS160 芯片同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（直接清零）。用于快速計(jì)數(shù)的內(nèi)部超前進(jìn)位 ，用于n 位級聯(lián)的進(jìn)位輸出，同步可編程序 ，有置數(shù)控制線 ，二極管箝位輸入 ，直接清零 ，同步計(jì)數(shù) 。

RCO 進(jìn)位輸出端

ENP 計(jì)數(shù)控制端

QA-QD 輸出端 ENT 計(jì)數(shù)控制端

CLK 時(shí)鐘輸入端

CLR 異步清零端（低電平有效）

              本次設(shè)計(jì)分別有0-7循環(huán)計(jì)數(shù)作為彩燈循環(huán)信號，和0-2循環(huán)計(jì)數(shù)作為三種循環(huán)花樣判斷信號。

              0-7循環(huán)計(jì)數(shù)采用異步清零計(jì)數(shù)方式，當(dāng)74LS160計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到8時(shí)即計(jì)數(shù)器輸出為1000時(shí)，計(jì)數(shù)器74LS160 CLR端置低電平，從而實(shí)現(xiàn)0-7循環(huán)計(jì)數(shù)。

              0-2循環(huán)計(jì)數(shù)采用異步清零計(jì)數(shù)方式，當(dāng)74LS160計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到3時(shí)即計(jì)數(shù)器輸出為0011時(shí)，計(jì)數(shù)器74LS160 CLR端置低電平，從而實(shí)現(xiàn)0-2循環(huán)計(jì)數(shù)。

3.3  3-8線譯碼器電路設(shè)計(jì)

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(jié)構(gòu)型式，其工作原理如下：

①當(dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平，另兩個(gè)選通端（（/E2））和（/E3））為低電平時(shí)，可將地址端（A0、A1、A2）的二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。（即輸出為Y0至Y7的非）比如：A2A1A0=110時(shí)，則Y6輸出端輸出低電平信號。

②利用 E1、E2和E3可級聯(lián)擴(kuò)展成 24 線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。

　　③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。

④可用在8086的譯碼電路中，擴(kuò)展內(nèi)存。

74LS138功能表如下表1所示：

表1

74LS138將0-7循環(huán)計(jì)數(shù)器輸出進(jìn)行譯碼，譯碼結(jié)果如上表所示。

仿真電路如下圖6:

3.4 循環(huán)花樣判斷單元電路設(shè)計(jì)

              循環(huán)花樣判斷電路只需對0-2循環(huán)計(jì)數(shù)電路輸出進(jìn)行判斷，判斷則用或門即可，當(dāng)0-2循環(huán)計(jì)數(shù)電路輸出為0000時(shí)或門輸出不變，則LED燈皆可亮。當(dāng)輸出為0001時(shí)偶數(shù)燈或門輸出為1，則偶數(shù)位LED燈不亮。當(dāng)輸出為0010時(shí)奇數(shù)位或門輸出為1，則奇數(shù)位LED燈不亮。

              仿真電路如下圖7所示:

3.5 LED燈單元電路設(shè)計(jì)

LED做為循環(huán)彩燈的載體，發(fā)光二極管簡稱為LED。

LED陽極接VCC，陰極串聯(lián)一個(gè)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(bào)警仿真電路

3.6  開關(guān)控制單元電路設(shè)計(jì)

              開關(guān)控制電路采用一個(gè)雙刀開關(guān)，兩檔分別接電源的地與VCC，公共端接入0-7循環(huán)計(jì)數(shù)器74LS160的置數(shù)端，并且計(jì)數(shù)器輸入端為0000，置數(shù)端低電平有效。當(dāng)開關(guān)打到VCC端時(shí)循環(huán)計(jì)數(shù)器不計(jì)數(shù)，則彩燈不循環(huán)。當(dāng)開關(guān)打到地端時(shí)循環(huán)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，則彩燈開始循環(huán)。

              仿真電路如下圖9所示：

圖9蜂鳴器報(bào)警仿真電路

4 結(jié)論

通過對軟件 Multisim 的學(xué)習(xí)和使用， 進(jìn)一步加深了對數(shù)字電路的認(rèn)識。 在仿真過程中遇到許 多困難，但通過自己的努力和同學(xué)的幫助都一一克服了。布局的時(shí)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(gè)電路。 調(diào)試時(shí)有的器件在理論上可行，但在實(shí)際運(yùn)行中就無法看到效果，所以得換不少器件，有時(shí) 無法找出錯(cuò)誤便更換器件重新接線以使電路正常運(yùn)行。同時(shí)，在最后仿真時(shí)，預(yù)置的頻率一開始 用的是 1Hz，結(jié)果仿真結(jié)果反應(yīng)很慢， 后把頻率加大， 這才在短時(shí)間內(nèi)就能看到全部結(jié)果。 總之， 通過這次對數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與仿真，為以后的電路設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)，一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，將成 為寶貴的學(xué)習(xí)財(cái)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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