数字电子技术课程设计报告-圣诞树设计.doc

xxx学校 数字电子技术课程设计报告圣诞树的设计学 院： 学生姓名： 班 级： 学 号： 指导教师： 摘 要 本设计是利用数字电子技术设计的方法设计一个微型圣诞树，它是由led灯、74ls138、74ls193、74ls293、74ls00、74ls160、7404n、4015bd和4069bd等元器件构成的一种电子产品；共有红、绿两种颜色的led灯，两种led灯相互间隔闪烁，因此可以形成依次闪动的效果，类似于圣诞树的效果。 关键词：led灯；74ls138；圣诞树；555定时器目 录前 言1设计要求2第一章 系统概述3第二章 单元电路设计与分析4 2.1 顶层红色闪光灯电路4 2.2双闪式信号闪光灯电路 5 2.3循环闪烁式闪光灯电路6 2.4周期闪烁式闪光灯电路 7 2.5移动发光式闪光灯电路7 2.6交替发光式闪光灯电路9 2.7 时间脉冲产生电路9第三章 电路的仿真与调试11第四章 结束语14鸣 谢15元器件明细表16附 图17- 1 -圣诞树的设计前 言当今社会各种娱乐节目层出不穷，不仅中国的许多节日，就连外国的许多节日都在中国年轻人中很流行。圣诞节就是一个最好的例子。一接近圣诞节日就会有许多圣诞商品出售，其中圣诞彩灯又是最必不可少的物品。本次的课程设计就是设计一个简易的圣诞彩灯，它是集发光二极管、74ls138、74ls193、74ls293、74ls00、74ls160、7404n、4015bd和4069bd芯片于一体的一个电子产品。此次课程设计经过查阅资料、反复计算以及多次调试，也曾在该过程中遇到诸多困难，最终完成了该课程设计。 设计要求 圣诞树一共由六层彩灯控制电路组成。顶层用一个五角星红色闪光灯构成；第一层由74ls160和7404n构成一个双闪信号闪光电路；第二层有8个不同颜色的彩灯组成的控制电路，控制要求彩灯依次由暗变亮，又变暗不断重复闪烁发光；第三层由两组不同颜色的彩灯构成，形成红灯闪烁完毕绿灯接着闪烁，红灯再次闪烁，然后绿灯再次闪烁，从而形成一个周期闪烁的彩灯控制电路；第四层由一只双四位串入/并出移位存储器cd4015组成形成光点逐个发光又逐个熄灭的移动闪烁效果；第五层在第四层的基础上对电路结构进行适当的变化形成一亮一暗交替闪烁发光电路。 任务完成后，总体效果就是各层设计的彩灯电路在各自控制的电路下形成交替动感闪烁发光效果。第一章 系统概述 在对题目和设计要求认真研究之后，我的设计方案大体如下：该课程设计内容可以分为六层结构，分别为六个模块。具体模块分类如下图。圣诞树的设计周期闪烁式闪光灯电路移动发光式闪光灯电路交替发光式闪光灯电路循环闪烁式闪光灯电路红色闪光灯电路双闪式信号闪光灯电路 图3-1圣诞树的设计与制作的总体框图 在顶层闪光灯电路中，用二进制计数器74ls293。利用其二进制功能，从而实现led闪光灯电路。在第一层双闪电路中，用十进制计数器74ls160构成三进制计数器来实现双闪电路。在第二层循环闪烁灯电路中，用同步4位二进制加减计数器74ls193的输出接到3-8译码器的输入端，再用四个与非门共同组成一个循环闪烁的闪光灯电路。在第三层周期闪烁的闪光的电路中，用十进制计数器74ls160实现了红灯绿灯的循环闪烁。在第四层移动发光式闪烁灯电路中，用两只双四位串入/并出移位寄存器4015bd组成led灯光移动闪烁电路，在脉冲的作用下，移位寄存器的输出端依次输出驱动脉冲，通过驱动二极管的发光，形成光点逐个发光又逐个熄灭的移动闪烁效果。第五层的交替发光式led闪光灯电路是在移动闪烁电路的基础上改变输入数据。第2章 单元电路设计与分析 2.1 顶层红色闪光灯电路该部分由74ls293构成的二进制计数器，在脉冲的作用下，输出端会输出0000和0001两种状态。若输出0000，则经过与门后输出信号就变为高电平，发光二极管就发光；接着输出0001，经与非门后的输出信号就变为低电平，发光二极管就变暗，因此形成闪烁发光的闪光灯电路。74ls293是4位异步二进制加法计数器，具有二分频和八分频能力。它由一个二进制和八进制计数器组成，两个计数器各具有下降沿有效的时钟端，两个计数器具有相同的高电平使能清除端r0（1）和r0（2）.74ls293的管脚图如下： 图4-1利用74ls293可构成二进制计数器，如下图： 图4-2 2.2双闪式信号闪光灯电路 该部分的工作原理是通过控制74ls160将信号转化为3个信号，分别为0000,0001,0010，比较三个信号在qb处为与前两个数字与第三个数字的不同之处，故设计0000,0001的qb=0为灯亮时的信号控制灯亮，反之0010时发光二极管阴极信号为高电平，发光二极管灭，如此循环得到控制双闪灯的电路。74ls160的管脚图如下： 图4-1其内部原理图如下：图4-2逻辑真值表如下： 图6-1 2.3循环闪烁式闪光灯电路该部分用同步4位二进制加/减计数器74ls193计数输出到3-8译码器74ls138，g1和g2组成与非门结构的sr锁存器。在译码器输出1引脚为低电平时，g1输出高电平，使g2输出低电平，g3门解除封锁，计数脉冲通过g3门，使计数器加计数。在译码器输出8引脚为低电平时，g2输出高电平，使g1输出低电平，g4解除封锁，计数脉冲通过g4门，使计数器减计数。译码器输出连接共阳极连接的发光二极管，译码器输出低电平时，二极管发光。由于计数器工作在加/减计数状态，则发光二极管将来回顺序点亮。74ls138是3线-8线译码器。将输入二进制代码转换成与代码对应的高、低电平的电路称为译码器。74ls138的逻辑符号如下： 图6-274ls138的逻辑功能入下表所示：图7-1其中,a、b、c都是译码器的数据输入端，y0到y7是输出端。2.4周期闪烁式闪光灯电路 在周期闪烁的闪光灯电路中，利用二进制计数器形成了红灯绿灯的周期闪烁。当输出端为0000时，输出的低电平经过与非门后变为高电平，led1就会发光；当输出端为0001时，输出端输出高电平，led2就会发光；周而复始，一直下去。2.5移动发光式闪光灯电路cd4015中的两个移位寄存器，第二寄存器的数据端d2接第一个寄存器的1d输出端，构成了一个八位移位寄存器。第一寄存器的数据端1d通过一只反相器与第二寄存器的qd输出端相连，使电路开机复位后第一寄存器的数据端为“1”。c2、r9组成的开机复位电路，接通电源后使寄存器复位，各输出端均输出低电平“0”。当由移位脉冲发生器输出的移位脉冲同时加以至移位寄存器的两个脉冲输出端cp1和cp2后，由于第一寄存器的数据端为“1”，所以它的输出端q1-q4依次输出高电平，接在它的输出端的发光二极管led1-led4依次发光；而第二寄存器的数据端为“0”,所以它的输出端qa-qd依次输出低电平，接在它的输出端的发光二极管led5-led8不发光。在d来了高电平后，led5-led8就会依次发光，当led8发光后，高电平就会通过非门变为低电平回到d端，从而使led1-led8依次熄灭。此后的各循环将按上述状态继续下去。注意：在接通电源后，首先将开关a闭合，实现清零。停顿几秒后，再断开开关a。接下来就会出现移动发光的效果。cd4015是一个串入并出移位寄存器，从逻辑结构上看，移位寄存器有以下两个显著特征：(1)移位寄存器是由相同的寄存单元所组成。一般说来，寄存单元的个数就是移位寄存器的位数。为了完成不同的移位功能，每个寄存单元的输出与其相邻的下一个寄存单元的输入之间的连接方式也不同。(2)所有寄存单元共用一个时钟。在公共时钟的作用下，各个寄存单元的工作是同步的。每输入一个时钟脉冲，寄存器的数据就顺序向左或向右移动一位。通常可按数据传输方式的不同对cmos移位寄存器进行分类。移位寄存器的数据输入方式有串行输入和并行输入之分。串行输入就是在时钟脉冲作用下，把要输入的数据从一个输入端依次一位一位地送入寄存器；并行输入就是把输入的数据从几个输入端同时送入寄存器。在cmos移位寄存器中，有的品种只具有串行或并行中的一种输入方式，但也有些品种同时兼有串行和并行两种输入方式。串行输入的数据加到第一个寄存单元的d端，在时钟脉冲的作用下输入，数据传送速度较慢；并行输入的数据一般由寄存单元的r、s端送入，传送速度较快。移位寄存器的移位方向有右移和左移之分。右移是指数据由左边最低位输入，依次由右边的最高位输出；左移时，右边的第一位为最低位，最左边的则为最高位，数据由低位的右边输入，由高位的左边输出。移位寄存器的输出也有串行和并行之分。串行输出就是在时钟脉冲作用下，寄存器最后一位输出端依次一位一位地输出寄存器的数据；并行输出则是寄存器的每个寄存单元均有输出。cmos移位寄存器有些品种只有一种输出方式，但也有些品种兼具两种输出方式。实际上，并行输出方式也必然具有串行输出功能。cd4015是由两组独立的4位串入并出移位寄存器组成。每组寄存器都有一个cp输入端、一个清零端cl和一个串行数据输入端ds。每位寄存单元都有输出端引出，因而即可作串行输出，又可实现并行输出。加在ds端上的数据在时钟脉冲上升沿的作用下向右移位。当在cl端加高电平时，寄存器的输出被全部清零。cd4015真值表如下：图8-1通过查阅相关资料可知cd4015具有下述功能：(1)从串行输入到串行输出，数据延迟了4个时钟周期。因此，cd4015可用作延迟电路。(2)串行数据经过cd4015以后，转换成了并行数据，可由q0q3端并行输出。(3)可作为数据寄存器使用。 2.6交替发光式闪光灯电路当电路接通电源后使电路复位后，q1的低电平首先通过反相变为高电平后加至第一寄存器的数据端。当第一个移位脉冲输入后，q1变为高电平，led1发光。q1的高电平经反相器反相后变为低电平加至数据端，当第二个移位脉冲输入后，q1变为低电平，led1不发光。而此时原q1端的高电平被移位至q2，使led2发光。此后在连续输入移位脉冲的作用下，发光二极管led1-led8将按照一亮一暗的形式交替闪烁发光。 2.7 时间脉冲产生电路555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。本系统使用由555定时器构成的多谐振荡器，由其产生计时脉冲，为其余电路提供脉冲信号，通过对振荡器产生的脉冲计数即能对时间进行计时。555定时器构成多谐振荡器，组成信号产生电路；如图2.1，其振荡周期为： t=0.7（r1+2r2）c，f=1/t。因此改变r1、r2和电容c的值，便可改变矩形波的周期和频率。图10-1第三章 电路的仿真与调试 在这一层电路中，点击运行，led灯会间隔闪烁。在该部分中层因为只接了一个与非门的问题而产生错误，经过修改之后，运行正常。图11-1顶层红色闪光灯电路图11-2 在这一部分中，经74ls160计数器作用后，若数码管显示0和1，led灯处于点亮的状态，若显示2的时候，led灯熄灭。 图12-1在这一过程中，由于计数器的加减状态， led灯是处于来回点亮的状态。图12-2 在该部分电路中，信号源提供一个信号，经过74ls160以及与非门的作用，当上方led灯闪烁时，下方的led灯处于熄灭状态，同样地，下方led等点亮时，上方的则不亮，因此形成一层周期性的闪烁式灯光。图13-1 在该部分中，接通电源后，首先将开关闭合，实现清零作用。停顿几秒后，再断开开关。接下来就会出现移动发光的效果。图13-2在该部分中，接通电源后电路复位，当第一个移位脉冲输入后，q1变为高电平，第一个led发光。q1的高电平经反相器反相后变为低电平加至数据端，当第二个移位脉冲输入后，q1变为低电平，第一个led不发光。而此时原q1端的高电平被移位至q2，使第二个led发光。此后在连续输入移位脉冲的作用下，连续的8个led灯将按照一亮一暗的形式交替闪烁发光。第四章 结束语 在本次课程设计中让我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有对系统原理和各器件的充分了解，设计合理的方案图，分析要达到的指标，实现每个模块的功能，并做好最后的仿真调试电路，最终完成实物的制作。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。今天认真对待课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。鸣 谢在这次课程设计中，我在整个设计过程中懂得了许多东西，也培养了独立思考和设计的能力，树立了对知识应用的信心，相信会对今后的学习工作和生活有非常大的帮助，并且提高了自己的动手实践操作能力， 使自己充分体会到了在设计过程中的成功喜悦。虽然这个设计做的不是很理想，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富。通过这次的课程设计，我对一些专业的电子设计有了更深的了解，同时也尝试着去应用自己所掌握的知识。这次课程设计主要是对电路的设计，经过这次的课程设计，让我受益颇多，同时也明白自己还有很多的不足之处，明白自己应该在以后的学习生活中更加虚心学习，在学习生活中也不应该仅仅只是注重理论上的学习，结合本专业的情况而言，实践能力与理论知识是同等重要的。都说理论与实践相结合，理论源于实践，实践是理论的应用与发展，因此，我们更应该注重平时的实践能力，丰富自己，也丰富人生。课程设计不仅给我们提供了一个很好的展现和应用自己所学知识的平台，而且给检验自己所学的知识和实现知识价值能力提供了一个机会。本次课程设计，不仅使我学会了用multisim，而且对学过的相关知识得到了进一步的巩固和提高，通过阅读相关专业书籍掌握了一些以前未了解的知识；同时也熟悉了很多的硬件设备，更重要的是使我在学习和掌握这些知识的同时，能够在思维上得到提高和升华，在分析问题和解决问题的能力上得到培养和提高。这次课程设计