八位流水灯设计报告.docx
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八位流水灯设计报告
八位流水灯循环点亮电路设计
1.设计要求
采用74LS138芯片，实现8位流水灯循环点亮电路。
2.题目分析
74LS138为3-8线译码器，它的工作原理是：
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。
举例说明：
如果A2A1A0=001，那么Y1输出0，其余输出1，发光
二极管阴极接Y0-Y7，阳极接VCC，接上限流电阻，则Y1端发光二极管发光。
课题要求设计八位二极管循环点亮，则需要一系列脉冲序列，使得A2A1A0电平发生
变化。
即依次选通Y0-Y7，脉冲从000-111。
3.方案选择
利用74LS138选通发光二极管发光。
利用74LS161产生000-111脉冲控制74LS138的A2A1A0，依次选通Y0-Y7。
产生脉冲序列也可以用74LS191是四位二进制同步加/减计数器，与74LS161相比，它能够实现减计数，此处只需要求产生脉冲序列，而且74LS161是常用的计数器，所以选择74LS161产生
脉冲序列。
74LS161计数必须有时钟脉冲，如何获得时钟脉冲：
一、函数发生器获得；
二、555定时器可以产生方波；
三、LM358设计成方波发生器。
因为在电子设计这门课程中，我们做过LED闪烁灯，产生方波的原理前面实验报告中已经有所介绍，所以决定采用555定时器产生方波，而且频率更容易控制。
到此，所需设计已经完成，但如果加上数码管显示第几个LED灯发光，还需要讲信号
进行译码，才能输出显示数字。
采用4511芯片驱动数码管，功耗比较低。
4.原理框图
5.主要元器件介绍
5.174LS138
74LS138为3线－8线译码器，其工作原如下：
当一个选通端（E1）为高电平，另两个选端（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对的输出端以低电平译出。
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。
5.274LS161
74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器。
当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。
当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，
74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。
而只有当CR=LD=EP=E“T=1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。
74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。
合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。
5.3555定时器
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
5.44511
4511芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，使输入的二进制数在数码管上
以十进制数显示，主要驱动共阴数码管。
6.
电路设计及计算
如图所示，最大R=（VCC-1.5）/2=1.75kΩ,最小
R=（VCC-2）/5=700Ω,但做实际电路时限流电阻取470Ω电阻，所以仿真及原理图绘制时都选取的470Ω。
数码管限流电阻选择220Ω.
号。
6.274LS138译码电路，在A2A1A0手动控制高低电平测试灯的亮灭是否符合要求，如图所示，测试的是000信号和011信
6.3000-111脉冲序列设计
采用反馈置数法，产生000-111脉冲序号，时钟脉冲外部接入，原理图如图所示
74ALS161BN
1
7
74ALS161BN
U2
U2
A
EBNT
EBNT
~CLRQD
CLK
11
ENP
RCO15
5V9~LOAD
V1
2
1kHz
5V
XLA1
VCC5V
CQT
VCC
5V
6.4矩形波发生器
利用555定时器构成多谐振荡电路，由路充放电公式计算得：
T1=0.7（R1+R2）C,
T2=0.7R2C
T=T1+T2.
R11
10kΩ
U3
RC电
TRI
CON
VCC
OUT3
LM555CN
通过计算可得到一定频率，一定占空比的方
波信号，此处C=0.1μF,如右图所示
5
R10
C2
C1GND
0.01μF1
10kΩ
0.1μF
2
THR
RST
7DIS
6
6.5数码管显示电路
采用4511七段显示译码器，显示第几个灯在闪烁，
分别接数码管的ABCDEFG连,接数码管和4511还需
信号从
a,b,c,d,e,f,g,
A0A1A2A3输入，
要限流电阻
220Ω.
CK
5V
DA
DB
DC
DD
~EL
~BI
~LT
OE
R13220
R12220
U6
OA
126OOBC
6OD
5OF
4OG
3
VCC
U4
13
12
11
10
15
14
R14
R15
R16
R17
R18
4511BP
5V
220
220
220
220
220
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页
7.电路仿真及结果分析
7.1电路仿真
VCC5V
R1322Ω0
U4
R1222Ω0
R14
22Ω0
R15
R1622Ω0
15R1722Ω0R1822Ω04511BP_5V
7OAD1A3
12OOBCDD11BC12
D1D0
~ELO
~~LBTIOG14O
6354O
3
VCC
OOFE
22Ω0
U6
VCC
5V
R11
10Ωk
8U3
VCC
RSTOUT3
DIS
THR
TRI
CON
R10
10Ωk
C2
C1GND
.01μ
LM555CN
74
A
10
5VLS161BN
A
BQB
QD
ENT
~CLR
CLK
7
190
R147Ω0LED
Y1Y2Y3Y5Y6
R847Ω0LED8
7.2仿真结果分析
Y0-Y7输出波形如上图所示，由于Y0-Y7高低电平的变化，所以LED灯会闪
烁变化，但必须脉冲频率在1KHz以下，以便人眼能够识别，计数器产生000-111
脉冲输入74LS138的输入端，实现Y0-Y7的选通，从而实现上述功能。
8.protel电路图
VCC
P1S1VC
R1
10K
DIS
1R03K
C2
GND
VC
U2
4RST
10uF8
D4
D6
THR
LM555CN
D3
D9
D8
D7R14470
R16470
VC
U1
RCO
+VCC
GND
QA
QB
QC
QD
6
62TRIG
2TRIG
R2470
R4470
R6470
R8470
D5470
D5R10470
70
SN74LS161A
2
1SW-SPSTHead2er15
GND
14QAU3
13QBQA7
QCQB1
12
11
0.1uF
C3
A
QC2BCD
634LT
45BIVCC5LE4511
GND
DS1
U5
1
15
1Q
A6
K
K
14A
13
12
11
10
9
7
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
QB
QC
ab190b98cd85d4e2
cdef
74LS138
DpyRed-CC
EE21546DGPNDg73
E36VCC
A
B
C
D
E
F
G
12b1
11c1
10d1
9e1
15f1
14g1
R5220a1
R7220b1
R9220c1
R11220d1
R13220e1
R15220f1
R17220g1
9.PCB图
9.1Toplaer层
9.2Bottomlayer层
9.3双层
10.硬件电路参数测试
输入电压（V）
输入电流（mA）
5.00~5.01
37.9~39.1
11．总结
这学期的电子设计课让我感受很深刻，从虚拟平台到实物都有涉及，不仅让我学到了
Multisim和Protel的使用，还让我体会到焊接也是一门技术，提高了我的动手能力。
仿真时让我了解到这一种设计思想是否可行，还能更直观的看出一些电压电流参数，但是，当我做硬件时，遇到了不少的问题，首先我搭建第一个模块，即74LS138选通LED灯，手动置地置高来验证这一模块是否完成，在焊接每一根线时，都用万用表短路档测试导线是否连通，第二步焊接74LS161模块，先用实验室的函数发生器手动植入脉冲，调节成功，最后是矩形波发生器的设计，利用555定时器设计矩形波，这一部分让我感受到了仿真与
硬件完全不同，仿真时可调电阻50kΩ，电容0.1μF就够了，但是当我这样接上时，LED灯全部闪，且全部亮着，看不到循环流动，知道阻容参数选错了，频率太高了。
所以想计算1Hz的频率，开始用0.1μF电容计算：
T=0.7（R1+2R2）C=1s，代人C得，R1+2R2=14MΩ,去市区没有买这么大的电阻，觉得应该改电容比较合适，所以就选了10μF的电容,R1+2R2=140kΩ,如果R2=50kΩ，R1=40kΩ，觉得这样可以了，于是在原来基础上并联一个电容，灯就循环闪动了。
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