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循环彩灯.zip
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(1) 不少于八个彩灯。 (2) 实现一一两灭-偶数灯亮-奇数灯亮如此循环。
2 电路总体设计
设计框图：
图1
总体原理说明： 脉冲发生电路：脉冲发生电路产生标准1HZ脉冲，供计数器进行计数，即彩灯循环频率。 循环计数电路：一个计数器对脉冲发生电路产生的脉冲进行0-7循环计数，并且输入译码器。另一个计数器对0-7循环计数计数器循环次数进行计数。 3-8译码器电路：选用74LS138译码器，将计数器输入的信号进行译码，再将译码结果作为彩灯的循环信号。 开关：选用两档开关，两档分别接地与VCC，公共端接入计数器置数端，控制计数器是否置数成0，从而控制彩灯是否循环。 循环花样判断电路：判断0-2循环计数器输出，实现循环花样变化。 LED灯：LED阳极接VCC，阴极串联一个330Ω电阻作为限流电阻，一共八路。
3各部分电路设计 3.1 脉冲发生电路设计 脉冲发生电路采用555构成的多谐振荡电路。
图2 用 555 定时器构成的多谐振荡器电路如图所示：图中电容 C、电阻 R1 和 R2 作 为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端（2脚）和阀 值输入端（6 脚）与电容相连；集电极开路输出端（7脚）接 R1、R2 相连处，用以控制电容 C 的充、放电；外界控制输入端（5脚）通过 0.01uF 电容接地。
图3 多谐振荡器的工作波形如图 6-11(b) 所示： 电路接通电源的瞬间，由于电容 C 来不及充电， Vc=0v ，所以 555 定时器状态为 1，输出 Vo为高电平。同时，集电极输出端（7 脚）对地断开，电源 Vcc 对电容 C 充电，电路进入暂稳态 I，此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于 RC 充、放电回路的参数。暂稳态Ⅰ的维持时间，即输出 Vo 的正向脉冲宽度 T1≈0.7(R1+R 2)C； 暂稳态Ⅱ的维持时间，即输出 Vo 的负向脉冲宽度 T2≈0.7R 2C。 因此， 振荡周期 T=T 1+T 2=0.7(R 1+2R 2 )C，振荡频率 f=1/T 。正向脉冲宽度 T1 与振荡周期 T 之比称矩形波的 占空比Ｄ ，由上述条件可得 D=（R1+R2）/（R1+2R 2），若使 R2>>R 1，则 D≈1/2， 即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波（方波）。
图4多谐振荡电路仿真电路图 3.2 循环计数电路设计 循环计数电路采用74LS160计数器。 74LS160 芯片同步十进制计数器（直接清零）。用于快速计数的内部超前进位 ，用于n 位级联的进位输出，同步可编程序 ，有置数控制线 ，二极管箝位输入 ，直接清零 ，同步计数 。
74LS160引脚功能：
RCO 进位输出端 ENP 计数控制端 QA-QD 输出端 ENT 计数控制端 CLK 时钟输入端 CLR 异步清零端（低电平有效） LOAD 同步并行置入端（低电平有效） 本次设计分别有0-7循环计数作为彩灯循环信号，和0-2循环计数作为三种循环花样判断信号。 0-7循环计数采用异步清零计数方式，当74LS160计数器计数到8时即计数器输出为1000时，计数器74LS160 CLR端置低电平，从而实现0-7循环计数。 0-2循环计数采用异步清零计数方式，当74LS160计数器计数到3时即计数器输出为0011时，计数器74LS160 CLR端置低电平，从而实现0-2循环计数。
图5循环计数仿真电路图
3.3 3-8线译码器电路设计 3-8线译码器电路采用74LS138 3-8译码器。 74LS138 为3 线－8 线译码器，共有 54/74S138和 54/74LS138两种线路结构型式，其工作原理如下： ①当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（（/E2））和（/E3））为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。（即输出为Y0至Y7的非）比如：A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。 ②利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。 ③若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。 ④可用在8086的译码电路中，扩展内存。 74LS138功能表如下表1所示：
表1 74LS138将0-7循环计数器输出进行译码，译码结果如上表所示。 仿真电路如下图6:
图6译码器仿真电路 3.4 循环花样判断单元电路设计 循环花样判断电路只需对0-2循环计数电路输出进行判断，判断则用或门即可，当0-2循环计数电路输出为0000时或门输出不变，则LED灯皆可亮。当输出为0001时偶数灯或门输出为1，则偶数位LED灯不亮。当输出为0010时奇数位或门输出为1，则奇数位LED灯不亮。 仿真电路如下图7所示:
图7 循环花样判断仿真电路
3.5 LED灯单元电路设计 LED做为循环彩灯的载体，发光二极管简称为LED。 LED阳极接VCC，阴极串联一个330Ω电阻作为限流电阻，一共八路。 仿真电路如下图8所示：
图8蜂鸣器报警仿真电路 3.6 开关控制单元电路设计 开关控制电路采用一个双刀开关，两档分别接电源的地与VCC，公共端接入0-7循环计数器74LS160的置数端，并且计数器输入端为0000，置数端低电平有效。当开关打到VCC端时循环计数器不计数，则彩灯不循环。当开关打到地端时循环计数器开始计数，则彩灯开始循环。 仿真电路如下图9所示：
图9蜂鸣器报警仿真电路
4 结论 通过对软件 Multisim 的学习和使用， 进一步加深了对数字电路的认识。 在仿真过程中遇到许 多困难，但通过自己的努力和同学的帮助都一一克服了。布局的时候因元件比较多，整体布局比 较困难，因子电路不如原电路直观，最后在不断努力下，终于不用子电路布好整个电路。 调试时有的器件在理论上可行，但在实际运行中就无法看到效果，所以得换不少器件，有时 无法找出错误便更换器件重新接线以使电路正常运行。同时，在最后仿真时，预置的频率一开始 用的是 1Hz，结果仿真结果反应很慢， 后把频率加大， 这才在短时间内就能看到全部结果。 总之， 通过这次对数字时钟的设计与仿真，为以后的电路设计打下良好的基础，一些经验和教训，将成 为宝贵的学习财富。
附录A 整体逻辑电路图（Multisim绘制）
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