哈工大数电自主实验 数字流水灯.doc

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。 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： 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） (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 名称 数量 74LS138 1 74LS161 1 555定时器 1 74LS00 1 试验台 1 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