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5．三色彩灯同时右移，每组灯亮的时间为1．6秒；
6．三色彩灯同时左移，每组灯亮的时间为1．6秒；
7．彩灯控制电路工作状态按照上述2至6步自动重复循环。
2方案设计
2．1设计思路
依照设计要求，第一层3只红灯右移，第二层3只蓝灯右移，第三层3只黄灯右移，每盏灯亮时间为0.8秒;
三色彩灯同时右移，三色彩灯同时左移每列灯亮时间为1.6。
所以总体思路是将电路分为两部分，通过彼此间与或关系建立联系从而成为彼此联系的整体。
第一部分电路通过4017控制，4017输出高电平有效，控制单个灯的亮灭。
第二部分由74ls161和74ls138共同控制。
138输出低电平有效，所以输出信号要经过非后再经或门控制同列不同色彩等右移左移。
2．2方案设计
2.2.2设计方案二及电路图
原理分析：
该电路是通过两片4017控制两部分电路。
一部分是使九盏灯依次亮起，第二部分是控制三排队等同时右移或同时左移。
两个555多频发生器产生两种频率的信号分别控制第一个第二个部分的频率的输入。
第一部分是采用4017芯片器输出为高电平有效，九盏灯可在4017的控制下依次亮起，当4017的11端输出高电平时通过或门和与非门与第二部分的4017的11端共同控制第一片4017的信号源的输入，用此方法控制4017的工作与否。
4017的11端同时控制计数器第二片4017的时钟信号的输入，从而启动或停止第二片4017的运作。
第二片4017工作时Q2与Q9、Q3与Q8、Q4与Q6通过或门控制第一排第二排和第三排的灯。
这就是此电路的基本原理。
2.3方案比较
2-2-2电路方案二电路原理图
本组方案是通过比较在成员间选择较简单的电路加以修改而得的。
来两种方案比较，小组方案的优点如下：
（1）小组方案较个人的方案更简便更以做成实物，可实现性高。
个人的方案用了较多的非或门三片芯片器件两线较复杂；
小组方案使用芯片个数较少且芯片是普通芯片易于购买。
两个方案原理是相似的主要是功能的化简的区别。
（2）方案一138只有三个输出端，当一遍循环结束进行第二遍循环时红灯直接亮起无间隙，但小组方案第二部分电路由4017控制，4017有十个输出端，进行第二遍循环时开始可先灭所以更符合要求。
两种方案的相同之处
（1）两个方案均使用两个555频率发生器分别常产生频率的信号可分别加入一二部分的电路中。
（2）两组方案都有缺陷，主要是4017芯片本身的问题，当信号源刚刚加入时，4017并非是Q1输出高点平，而是Q2输出的高电平，但当进行第二次循环电路恢复正常
3部分电路设计
3.1脉冲输出信号
脉冲源由555有电容电阻构成的频率发生器，通过此电容得充放电工作。
电容充电过程初始状态为（1/3）Vcc，终止状态为（2/3）Vcc，稳定状态为Vcc。
电容放电过程中由于晶体管基本处于饱和和导通状态，两端电压很低，因此供电电源对供电电路影响很小，放电初始状态为（2/3）Vcc，终止状态为（1/3）Vcc，稳定状态为0。
结合条件及一阶暂稳态过程的三要素法，已知要求时间，可以求出需要的电容电阻。
电路图如下3-1
3-1频率发生器
C1为100uF，C2为0.047uF，R1为3.2千欧，R2为5千欧。
通过计算
T1=0.7（R1+2R2）=0.8s
1.6秒的时钟信号发生器也是类似的，C1为100uF，C2为0.047uF，R1为6.4千欧，R2为10千欧
T2=0.7（R1+2R2）=1.6s
3.24017芯片控制电路
4017芯片控制电路工作原理如下：
当时钟信号输入时4017开始工作，由Q0到Q9依次输出高电平，由电路图可知每盏灯与对应引脚相连，依次点亮。
如要求所述第一排第一层3只红灯右移；
第二层3只蓝灯右移；
第三层3只黄灯右移。
当Q9输出高电平时通过回馈电路，12输入高电平，11输入高电平使13端得输出为低，从而是输入信号无法加入4017停止工作，同时Q9的高电平触发与之相连的161开始工作。
3017控制电路如图3-2
3-24017控制电路
3.3不同色彩等移动控制电路
如图所示第一部分电路的Q9高电平开启161工作，161开始计数，输出0001，译码器138的输入端输入001是Y1输出为低电平，其余为高电平当Y1为低Y7为高，通过非或门输出为高，控制第一列的三盏不同色的LED灯同时亮当Y7为低Y1为高是同样可开启同一列不同色灯亮起整个原理是低电平从Y1向Y7依次输出灯LED灯亮起顺序为第一列、第二列、第三列、再从第三列亮到第一列，从而实现三色彩灯同时右移；
三色彩灯同时左移。
161的11端控制清零端使161成为8进制计数器
第二部分电路控制图如3-3
3-3不同色彩等移动控制电路
3.4回馈控制电路
4017的Q9与138的Y7通过非或门，共同控制4017的信号源输入.4017先开始工作，Q9为高时Y7为高是使U4的输出为低使4017的时钟信号无法加入。
4017停止工作，Q9为高开启U11使时钟信号加入到161使其开始计数。
当Y7为低时再次开启U4时钟信号又一次加入到4017，时期开始循环工作。
非门U9是控制161为8进制计数器。
通过回馈电路实现了电路的一二部分转换及电路的循环。
其电路图如3-4所示
3-4回馈控制电路
4调试与检测
4.1调试中故障及解决办法
电路开始的设计思路是分为两部分，所以在调试时应风部分进行。
（1）由于4017自动计数，且输出为高电平所以电路的第一个功能即第一排第一层3只红灯右移；
第三层3只黄灯右移可以轻松实现。
主要调试对象是第二部分与第二部分和第一部分的衔接。
（2）调试初期设想是通过4017清零端控制其工作与否，但仿真期间出现竞争与冒险，电路出现一些混乱，当11变为高电平时无法固定在高电平从而不能控制4017第一部分会一直工作下去。
所以改为控制时钟信号来控制4017.
（3）在进行循环电路调试时，开始选择用161的Q3输出端，但选择Q3由于芯片原因也出现了电路混乱的现象所以选择用138的Y7端控制。
（4）在未加555产生的频率时，选用软件自身带的频率且按要求输入时钟信号时电路可实现正常工作。
但使用555产生的频率时，电路的第一遍输出较为混乱，主要现象是138的Y1输出为低是第一列不同色LED灯来亮起干扰电路。
当电路循环第二遍时电路恢复正常。
可通过加开关控制两部分电路从而消除干扰。
4.2调试与运行结果
运行结果有要求基本符合，运行结果为开始一二三列第一盏灯全亮同时电路实行九盏灯依次亮起的功能，以后的循环中电路恢复正常第一层3只红灯右移，第二层3只蓝灯右移，第三层3只黄灯右移，每盏灯亮时间约为0.8秒;
三色彩灯同时右移，三色彩灯同时左移每列灯亮时间约为1.6s。
5仿真操作步骤及使用说明
本实验仿真是采用7.5版本的protues，方案一二仿真是可直接点击开始，但由于4017及138芯片本身存在一些不稳定的问题，及555频率发生器本身发出的频率是近似值，所以在仿真初期即第一遍进行时，有些灯亮不与实验要求一致，一二三列第一盏灯全亮同时电路实行九盏灯依次亮起的功能。
但当循环至第二遍时一切恢复正常，电路第一层3只红灯右移，第二层3只蓝灯右移，第三层3只黄灯右移，每盏灯亮时间约为0.8秒;
三色彩灯同时右移，三色彩灯同时左移每列灯亮时间约为1.6s，与实验要求一致
6元件名细表
组数
元件名称
个数
1
4017
2片
2
74ls32
4片
3
74ls00
1片
4
555频率发生器
2个
5
LED红灯
3个
6
LED蓝灯
7
LED黄灯
7附录及电路图
所需芯片为555、74ls138、74ls161、4017及相关门电路
7.1、555芯片
555定时器内部由分压器、两个电压比较器、基本RS触发器、晶体管及缓冲器组成。
555定时器逻辑符号如图7-1所示。
脚是接地端GND，2脚是低电平触发端（也称触发端），3脚是输出端OUT，4脚是复位端ft，，5脚是电压控制端，6脚是高电平触发端（也称阈值端），7脚是放电端，8脚是电源端VCC。
．集成555定时器的功能555定时器功能表见表1，其中4脚RD，为复位端，当RD为低电平时，不管其他输人端的状态如何，输出Uo为低电平。
只有当RD为高电平时，输出的状态将由2脚低电平触发端和6脚高电平触发端电压的大小来决定，因此，在正常工作时，应将4脚接高电平。
当uil＜（2/3）Vcc,u2＜（1/3）Vcc时，放电晶体管VT截止，输出端仍。
为高电平。
当uil＞（2/3）Vcc,ui2＞（1/3）Vcc时，放电晶体管VT导通，输出端uo为低电平。
当uil＜（2/3）Vcc,ui2＞（1/3）Vcc时，电路亦保持原状态不变。
如果在电压控制端（5脚）施加一个外加电压（其值在0～Vcc之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，进而影响电路的工作状态
555内部结构7-1555逻辑符号图
555内部结构图555逻辑符号图
、
表1
555定时器功能表
7.2、4017芯片
4017简要说明：
CD4017是五位计数器，具有十个译码输出端，CP、CR、IN输入端。
时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整性功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。
IN为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；
反之计数功能无效。
CR为高电平是，计数器清零。
在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并作为多级计数链的下级时钟。
其真值表和引脚图如下7-2、7-3
7-24017真值表
7-34017引脚图
7.3、74LS138
工作原理如下：
当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/（G2A）和/（G2B））为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
74LS138功能:
利用G1、/（G2A）和/（G2B）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.
3线-8线译码器74LS138的功能表如7-4引脚图如7-5
7-474LS138的功能表
7-5138引脚图
7.4、74ls161
工作原理如下
（1）161为可预置的4位二进制同步计数器，共有54/74161和54/74LS161两种线路结构型式，161的清除端是异步的。
当清除端CLEAR为低电平时，不管时钟端CLOCK状态如何，即可完成清除功能。
（2）161的预置是同步的。
当置入控制器LOAD为低电平时，在CLOCK上升沿作用下，输出端QA－QD与数据输入端A－D相一致。
对于54/74161，当CLOCK由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端ENP、ENT为高电平，则LOAD应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS161无此种限制。
（3）161的计数是同步的，靠CLOCK同时加在四个触发器上而实现的。
当ENP、ENT均为高电平时，在CLOCK上升沿作用下QA－QD同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
对于54/74161，只有当CLOCk为高电平时，ENP、ENT才允许由高至低电平的跳变，而54/74LS161的ENP、ENT跳变与CLOCK无关。
（4）161有超前进位功能。
当计数溢出时，进位输出端（RCO）输出一个高电平脉冲，其宽度为QA的高电平部分。
在不外加门电路的情况下，可级联成N位同步计数器。
对于54/74LS161，在CLOCk出现前，即使ENP、ENT、CLEAR发生变化，电路的功能也不受影响。
其功能表与引脚图分别如图7-6、7-7
7-674ls161功能表
7-774ls161引脚图
结束语
本次课程设计主要考察我们队以往所学知识的掌握情况，怎样运用所学理论知识去解决一些实际问题，也是考察我们的动手能力。
经过一段时间的学习与实践，我终于完成了设计任务，从芯片的选择，再到设计、实现，在这个过程中我不仅对以往所学知识有了更深入了解，也学习到不少课本以外的东西，对于一个大学学习也有了新的认识。
以前我只知道通过考试检验自己是否学会学懂，但不亲自设计与实践仅仅通过考试是不能够判断出来的，只有通过实践才能真正固化知识使之成为自己脑中的知识。
同时我对日常生活中遇到的产品有了新的认识，原来不知道交通灯密码锁的工作原理一位特别深奥，其实通过自己的深思熟虑是可以做出来的，由此感觉到数电知识的重要性。
通过这次课程设计我收到了如下几点收获：
1在动手设计之前，应仔细阅读设计要求，明白设计方向，了解该查找那些资料文献。
2耐心分析，在设计与实践的过程中遇到各种各样的问题是正常的，不应放弃急躁，不能遇到一个难题就慌了手脚。
在本次课程设计过程中我开始设计的方案是由计数器控制译码器通过译码器控制5个状态的输出，再通过计数器控制LED灯，设计时出现了这样那样的问题但关键是与小组成员基本思路相仿且设计方案相近，于是我决定换方案，但当时应经7月4日了，我用了整整一个下午静心思考，将总的要求划分小要求从而一步一步设计，最终设计出来。
3在仿真时发现自己用理论知识推理的与实际有出入，在仿真软件上通过耐心的思考一步一步修改才最终较满意的完成，但我也发现，芯片不是课本，没有绝对的服从理论，要通过仿真发现芯片存在的却不可更改的问题，并想办法修改。
本次课程设计虽然已经结束了，但我深知学习的道路是永无止境的，在今后生活学习之中还应重视该科目重视理论与实践相结合通过理论巩固知识的方法。
设计方案原理图
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