哈工大数电自主实验 数字流水灯

Harbin Institute of Technology

数字电路自主设计实验

院系：航天学院

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

哈尔滨工业大学

一、实验目的

1．进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。

2．熟悉几种常用集成数字芯片的功能和应用，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。

3．了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。

4．培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。

5．数电课程实验为我们提供了动手实践的机会，增强动手实践的能力。

二、实验要求

设计流水灯，即一排灯按一定的顺序逐次点亮，且可调频、暂停、步进。

三、实验步骤

1．设计电路实现题目要求，电路在功能相当的情况下设计越简单越好；

2. 画出电路原理图（或仿真电路图）；

3.元器件及参数选择；

4.电路仿真与调试；

5.到实验时进行电路的连接与功能验证，注意布线，要直角连接，选最短路径，不要相互交叉，注意用电安全，所加电压不能太高，以免烧坏芯片；

6.找指导教师进行实验的检查与验收；

7.编写设计报告：写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，心得体会。

四、实验原理

设计流水灯的方法有很多种，我的设计思路是：

利用555定时器产生秒脉冲信号，74LS161组成8进制计数器，74LS138进行译码，点亮电平指示灯。并通过调节555的电阻，实现频率可调。通过两与非门，实现暂停、步进功能。

1.秒信号发生器

（1）555定时器结构（2）555定时器引脚图（3）555定时器功能表

（4）555定时器仿真图

2. 74LS161实现8进制加计数

74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器,它可以灵活地运用在各种数字电路，以及单片机系统中实现分频器等很多重要的功能。

（1）74LS161同步加法器引脚图

管脚图介绍:

始终CP和四个数据输入端

P0-P3

清零CLR

使能EP,ET

置数PE

数据输出端Q0-Q3

进位输出TC

（2）74LS161功能表

（5）74LS161仿真图

对74LS161进行八进制计数改组，需要一个与非门，即芯片74LS00,也就是将74LS161的输出端通过与非门，当输出为8时将输出为高电平的端口与非后接到74LS161的清零段。即计数到8是异步清零，所以74LS161变为八进制计数。

仿真图如下：

2.74LS138实现的译码器

74LS138 为3 线－8 线译码器，其工作原理如下：

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。比如：A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。

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。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。

（1）74LS138引脚图（2）74LS138功能

(3)74LS138仿真图

五、实验电路图

1. 总电路图：

如下图所示

2. 实验器材

不同阻值的电容，电阻若干备用。

六、实验结果

实现流水灯功能，即一排灯按一定的顺序逐次熄灭，且可调频、暂停、步进。

七、实验总结

1.实验过程中遇到的问题及解决方法

(1)各芯片的测试

实验前一定要进行芯片的测试,防止实验出不了结果.包括导线,实验箱都有可能接触不良,实验过程中一定要细心谨慎,这是实验成功的必要条件。

(2)实验中遇到的问题：

电平指示灯闪烁较快看不清依次点亮，熄灭的变化。

(3)修改电路解决问题

利用双踪示波器检测555定时器输出的波形发现波形频率较小导致74LS161的时钟信号改变太快，最终影响74LS138的输出导致流水灯变化太快看不清。发现问题后对555定时器根据实际情况进行调试。想要使输出波形频率增大，则需要增大电阻R18，将电阻增大至240kΩ后发现示波器显示555输出波形频率变大，流水灯变化速度明显变缓，能观察到电平指示灯一次点亮熄灭，然后依然不是很明显，于是考虑改变电容大小。将电容C1由原来的100nF 增大到1000nF即1μF后再进行实验，发现示波器显示555输出波形频率增大，流水灯速度明显减缓利于观察，问题得到解决，实现了流水灯功能。

2.实验心得体会

在这一个星期的设计与学习时间里，在老师的悉心指导和我的积极努力下，本人所做的流水灯取得了比较令人满意的结果，现就此次设计谈一下自己的体会：

首先，对自己的学习能力有一定的提高，为了这次设计，我在图书馆和网上查阅了不少的资料，思考了不少的问题，以前的学习通常是老师手把手的把一门课程从头讲到尾，这次却基本上靠自己来系统地学习，碰到问题的时候先通过查书或上机自己先试着解决，如果还不能解决的话，再请教导师。这样的过程锻炼了自己独立解决问题的能力。

本次课程设计能够顺利完成，离不开学校提供的教学环境，各位教师的悉心指导和同学的热情帮助。

再此特别感谢指导教师的悉心指导，在整课程设计过程中，老师以严谨的治学态度对我遇到的问题给予认真详细的解答。同时感谢在此期间给予过我帮助的老师和同学。谢谢！

参考文献

[1] 康华光编著数字电子技术基础高等教育出版社,2002,(7)，47-50

[2] 电子技术基础实验、设计与仿真贾更新编著, 郑州大学出版社,2003,20-25

[3] 杨志忠主著数字电子技术（第二版），高等教育出版社,2010-03-01

[4] 丁贵广. 数字电路与逻辑设计[M]. 北京：机械工业出版社, 2003,20-25

[5] 徐罕, 吴玉新. 数字电路[M]. 北京：人民邮电出版社, 2001，22-28