八位流水灯设计报告

第1页共8页555定时器产生方波74LS161产生000-111脉冲序列74LS138选通发光二极管八位发光二极管4511驱动数码管数码管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.原理框图第2页共8页5.主要元器件介绍5.174LS13874LS138为3线－8线译码器，其工作原理如下：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。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。5.274LS16174LS161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=ET=“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。5.445114511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。第3页共8页6.电路设计及计算总的设计思想：电路分模块进行，最后再整合。6.1发光二极管电路设计所选取的红色发光二极管，导通压降为1.5-2V，取1.5V计算，导通电流为2-5mA,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.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信号。VCC5VU174ALS138NY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16~G2A4~G2B5LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7LED8R1470ΩR2470ΩR3470ΩR4470ΩR5470ΩR6470ΩR7470ΩR8470ΩVCC5VJ1Key=SpaceJ2Key=SpaceJ3Key=SpaceVCC5VVCC5VVCC5VVCC5VU174ALS138NY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16~G2A4~G2B5LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7LED8R1470ΩR2470ΩR3470ΩR4470ΩR5470ΩR6470ΩR7470ΩR8470ΩVCC5VJ1Key=SpaceJ2Key=SpaceJ3Key=SpaceVCC5VVCC5VVCC5V第4页共8页U3LM555CNGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2C10.01µFVCC5VC20.1µFR1010kΩR1110kΩVCC5VU44511BP_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3U6ABCDEFGCKR12220ΩR13220ΩR14220ΩR15220ΩR16220ΩR17220ΩR18220Ω6.3000-111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U274ALS161BNQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VCC5VVCC5VV11kHz5VXLA1CQT1F6.4矩形波发生器利用555定时器构成多谐振荡电路，由RC电路充放电公式计算得：T1=0.7（R1+R2）C,T2=0.7R2CT=T1+T2.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，信号从A0A1A2A3输入，a,b,c,d,e,f,g,分别接数码管的ABCDEFG,连接数码管和4511还需要限流电阻220Ω.第5页共8页7.电路仿真及结果分析7.1电路仿真U174ALS138NY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16~G2A4~G2B5LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7LED8R1470ΩR2470ΩR3470ΩR4470ΩR5470ΩR6470ΩR7470ΩR8470ΩVCC5VU274ALS161BNQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VCC5VVCC5VVCC5VU3LM555CNGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2C10.01µFVCC5VC20.1µFR1010kΩR1110kΩU44511BP_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3U6ABCDEFGCKR12220ΩR13220ΩR14220ΩR15220ΩR16220ΩR17220ΩR18220ΩVCC5V7.2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脉第6页共8页冲输入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GNDCLR1LOAD9ENT10ENP7CLK2RCO15A3QA14B4QB13C5QC12D6QD11U1SN74LS161AVCCTRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DIS7+VCC8GND1U2LM555CNVCC0.01uFC110uFC2GNDVCC10KR310KR1DISDISA1B2C3E14E25E36Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U574LS138AQAQAQBQBQCQCVCCGNDD3D4D9D6D5D8D7D10VCCQAQBQCVCCK1f2g3e4d5K6c8DP7b9a10DS1DpyRed-CC220R7220R5220R9220R11220R13220R15220R17GND12P1Header2GNDVCC0.1uFC3a1b1c1d1e1f1g1a1b1c1d1e1f1g1A7B1C2D6LT3BI4LE5A13B12C11D10E9F15G14U34511GND470R2470R4470R6470R8470R10470R12470R14470R16S1SW-SPST9.PCB图9.1Toplaer层21211212212121212121212112345109876212112212112122112211221123487651234567816151413121110991011121314151687654321121221121221910111213141516876543219.2Bottomlayer层第7页共8页21211212212121212121212112345109876212112212112122112211221123487651234567816151413121110991011121314151687654321121221121221910111213141516876543219.3双层2121121221212121212121211234510987621211221211212211221122112348765123456781615141312111099101112131415168765432112122112122191011121314151687654321第8页共8页10.硬件电路参数测试输入电压（V）输入电流（mA）5.00~5.0137.9~39.111．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。