电子课程设计双色顺序闪光灯.docx
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电子课程设计双色顺序闪光灯
电子课程设计
——双色顺序闪光灯
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一、设计任务要求
1．双色顺序闪光灯的设计与要求..............................3
二、总体框图
1．双色顺序闪光灯的总体框图................................3
2．双色顺序闪光灯的设计原理................................3
三、选择器件
1．555计时器...............................................4
2．74LS160同步十进制计数器.................................6
3．74LS1383—8译码器......................................7
4．三极管.................................................10
5．发光二极管..............................................11
6．74LS04非门.............................................11
四、功能模块
1.定时器555组成的多谐振荡触发器..........................12
2.同步可预置数4位十进制加法计数器74LS160.................13
3.4—16译码器.............................................13
4.三极管和发光二级管组成的电路.............................14
五、总体设计电路图
1．总体设计电路图..........................................16
2．课程设计心得体会........................................17
3．参考文献................................................18
双色顺序闪光灯
一、设计任务与要求
设计一双顺序闪光灯，在脉冲信号得作用下，双色发光二极管的红色管点亮形成得红色流水灯序。
然后双色发光二极管中的绿色管一次点亮。
形成绿色光序，在时钟脉冲的不断作用下，两色发光带不断流动。
要求发光二极管得流动速率得流动速度可调。
二、总体框图
双色顺序闪光灯总体框图
555
定时器
单稳态
触发器
74LS160
十进制加法计数器
4--16译码器
图1
输出（双色发光二极管）
如图1所示，需要三大模块：
1.555定时器：
产生时钟脉冲信号。
2．10进制加法计数器功能：
由四位十进制数构成，从0开始计数直到9计数结束。
3．4段—16段译码器功能：
四个输入信号，分别是二进制数，输出是十六个信号。
设计原理：
该装置的发光器件采用了双色发光二极管，形成红、绿光依次交替流水发光。
它的电路工作原理如图1所示。
它是由555计时器构成的多谐振荡器电路、74LS160同步十进制计数器电路、74LS1383—8译码器构成的译码器电路、双色发光二极管构成的发光部分组成。
输入部分是一个由555时基电路构成一个自激振荡器，不断输出方波脉冲供给74LS160。
74LS160对输入的方波脉冲进行编码，再通过译码器依次变为高电平。
当Y0—Y4依次变为高电平时，三极管Q0—Q4依次导通，使得双色发光二极管红色灯依次点亮，形成红色流水灯序。
当Y5—Y9依次变为高电平时，三极管Q5—Q9依次导通，双色发光二极管绿色灯依次点亮，形成绿色光序。
在时钟脉冲的不断作用下，两色光带不断交替流动，颇为美观。
三、选择器件
双色顺序闪光灯中所用到的器件
1、555定时器
2、74LS160同步十进制计数器
3、74LS1383—8译码器
4、三极管
5、双色发光二极管
6、74LS04非门
功能介绍
1.555定时器
它是由比较器C1和C2，基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。
555定时器是一种多功能集成电路，只要在外部接上几个电阻和电容，就可以方便地构成脉冲产生和整形电路。
555定时器功能表
输入
输出
阈值输入（vI1）
触发输入（vI2）
复位（
）
输出（
）
放电管T
×
×
0
0
导通
1
1
截止
1
0
导通
1
不变
不变
表1
其内部结构图如下
图2
其管脚图如下：
图3
由图2可知，当5脚悬空时，比较器C1和C2比较电压分别为2/3VCC和1/3VC。
①当vI1>2/3VCC，vI2>1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平基RS
触发器被置0,放电三极管T导通，输出端vO为低电平。
②当vI1<2/3VCC，vI2<1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器被置1,放电三极管T截止，输出端vO为高电平。
③当vI1<2/3VCC，vI2>1/3VCC时，基本RS触发器R=1、S=1,触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。
2．集成十进制计数器74LS160简介
其逻辑符号如下：
其管脚图如下：
图4
其功能表如下：
74LS160逻辑功能表
CP
EPET
工作状态
×
0
×
××
置零
脉冲
1
0
××
预置数
×
1
1
01
保持
×
1
1
×0
保持（RCO=0）
脉冲
1
1
11
计数
表2
其内部原理图如下：
图5
由逻辑图与功能表知，在CT74LS160中LD为预置数控制端，D0-D3为数据输入端，C为进位输出端，RD为异步置零端，Q0-Q3位数据输出端，EP和ET为工作状态控制端。
当RD=0时所有触发器将同时被置零，而且置零操作不受其他输入端状态的影响。
当RD=1、LD=0时，电路工作在预置数状态。
这时门G16-G19的输出始终是1，所以FF0-FF1输入端J、K的状态由D0-D3的状态决定。
当RD=LD=1而EP=0、ET=1时，由于这时门G16-G19的输出均为0，亦即FF0-FF3均处在J=K=0的状态，所以CP信号到达时它们保持原来的状态不变。
同时C的状态也得到保持。
如果ET=0、则EP不论为何状态，计数器的状态也保持不变，但这时进位输出C等于0。
当RD=LD=EP=ET=1时，电路工作在计数状态。
从电路的0000状态开始连续输入16个计数脉冲时，电路将从1111的状态返回0000的状态，C端从高电平跳变至低电平。
利用C端输出的高电平或下降沿作为进位输出信号。
逻辑功能：
当CLR，LOAD，EP，ET均接高电平时，时钟CP端每来一个上升沿，计数器在原来的基数上加1，并从QA，QB，QC，QD，输出相应的十进制BCD码。
利用74LS160的这个功能特点可以设计出十分频器，计数器。
3．3—8译码器74LS138简介
74LS138为3线－8线译码器，，其74LS138工作原理如下：
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的作用:
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。
图6
用与非门组成的3线-8线译码器74LS138如图7所示：
74LS138译码器内部电路图7
3线-8线译码器74LS138的功能表表3
输入端
输入端
输出
×
1
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1
1
0
×
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
从逻辑图还是功能表我们可以看到74LS138的八个输出管脚，任何时刻要么全为高电平1—芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出管脚全为高电平1。
如果出现两个输出管脚在同一个时间为0的情况，说明该芯片已经损坏。
当附加控制门的输出为高电平（S＝1）时，可由逻辑图写出
由上式可以看出，在同一个时间又是这三个变量的全部最小项的译码输出，所以也把这种译码器叫做最小项译码器。
71LS138有三个附加的控制端，输出为高电平（S＝1），译码器处于工作状态。
否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表3.3.5所示。
这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器的功能。
4.三极管：
其电路符号如图所示
主要作用是对基极输入信号的放大作用，是二极管发光。
5.双色发光二极管：
发光二极管（LED）是用半导体材料制作的正向偏置的PN结二极管。
其发光机理是当在PN结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电子－空穴对）在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要对应光的自发发射过程。
按光输出的位置不同，发光二极管可分为面发射型和边发射型。
这次用的是LTL—293SIW红绿发光二极管。
双色发光二极管内部其实是两个管芯；一般是三个引出线，有共阴和共阳两种封装。
图8三端变色发光二极管的外形图和电路图形符号
6.非门74LS04
74LS04管脚图
图9
74LS04的逻辑功能：
晶体管“非”门电路不同于放大电路，管子的工作状态或从截止转为饱和，或从饱和转为截止。
“非”门电路只有一个输入端A.当A为“1”（设其电位为3V）时，晶体管饱和，其集电极，即输出端Y为“0”（其电位在零伏附近）；当A为“0”时，晶体管截止，输出端Y为“1”（其电位近似等于）。
所以“非”门电路也称为反相器。
加负电源是为了使晶体管可靠截止。
74LS04的逻辑符号
图10
输入1A为高电平时，输出1Y为低电平。
输入1A为低电平时，输出1Y为高电平。
四、功能模块：
单脉冲波形图
图11
1.定时器555组成的单稳态触发器
555时基电路构成一个自激振荡器，由RP1、R1、R2和VD1、C1构成的充放电回路，不断输出方波脉冲供给74LS160
图12
2.同步可预置数4位十进制加法计数器74LS160
74LS160对输入的方波脉冲进行编码
图13
3.74LS138组成的4—16译码器
用两片74LS138接成的4线－16线译码器
第
（1）片74LS138工作，第
（2）片74LS138禁止，将0000～0111这8个代码译成8个低电平信号。
第
（2）片74LS138工作，第
（1）片74LS138禁止，将1000～1111这8个代码译成8个低电平信号。
这样就用两个3线－8线译码器扩展成一个4线－16线的译码器。
图14
4.三极管和发光二极管组成的发光电路
当Y0—Y4依次变为高电平时，三极管Q0—Q4依次导通，使得发光二极管LED1—LED5点亮，形成红色流水灯序。
当Y5—Y9依次变为高电平时，三极管Q5—Q9依次导通，发光二极管LED6—LED10依次点亮，形成绿色光序。
图15
五、总体设计电路图
图16
分析电路图：
由555定时器部分输入的脉冲信号得作用下，不断输出方波脉冲供给74LS160。
74LS160对输入的方波脉冲进行编码，在通过译码器依次变为低电平，再经过74LS04变为高电平，使双色发光二极管的红色管点亮形成得红色流水灯序，然后双色发光二极管中的绿色管一次点亮，形成绿色光序，在脉冲得不断作用下，两色管带不断流动。
调节滑动变阻器可以改变脉冲频率，从而改变发光二极管之间的发光时间间隔。
通过软件与硬件的双重验证，可知此次设计思路与电路的连接都是正确的，很好的实现了设计任务要求。
3.课程设计心得体会：
通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，感觉理论上行得通，但实际在进行仿真的时候，总是实现不了，不是这个环节出问题就是对某些器件不是了解，查了很多资料和进行仿真才得以解决。
而且这次课程设计，也是对课本知识的一个巩固加深的过程，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
毕竟是第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，确实令人难忘，不过最终顺利完成，感觉上题目简单了点，毕竟时间有限，以后有机会再做尝试，不过此次课程设计还是有所突破，再接再厉。
六、参考文献：
1、《数字电子技术》电子工业出版社主编：
夏路易
2、《电子技术试验与课程设计》第3版机械工业出版社主编：
毕满清
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