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 题目分析题目分析 74LS138 为 3 8 线译码器 它的工作原理是 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 4 原理框图原理框图 第 2 页 共 8 页 5 5 主要元器件介绍主要元器件介绍 5 1 74LS138 74LS138 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 2 74LS16174LS161 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 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 3 555 定时器定时器 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 4 4511 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 第 3 页 共 8 页 以十进制数显示 主要驱动共阴数码管 6 电路设计及计算电路设计及计算 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 75k 最小 R VCC 2 5 700 但做实际电路时限流电阻取 470 电阻 所以仿真及原理图绘制时 都选取的 470 数码管限流电阻选择 220 6 2 74LS138 译码电路 在译码电路 在 A2A1A0 手动控制高低电平测试灯的亮灭是否符手动控制高低电平测试灯的亮灭是否符 合要求 如图所示 测试的是合要求 如图所示 测试的是 000 信号和信号和 011 信号信号 VCC 5V U1 74ALS138N Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 A 1 B 2 C 3 G1 6 G2A 4 G2B 5 LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 LED8 R1470 R2470 R3470 R4470 R5470 R6470 R7470 R8470 VCC 5V J1 Key Space J2 Key Space J3 Key Space VCC 5V VCC 5V VCC 5V VCC 5V U1 74ALS138N Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 A 1 B 2 C 3 G1 6 G2A 4 G2B 5 LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 LED8 R1470 R2470 R3470 R4470 R5470 R6470 R7470 R8470 VCC 5V J1 Key Space J2 Key Space J3 Key Space VCC 5V VCC 5V VCC 5V 第 4 页 共 8 页 U3 LM555CN GND 1 DIS 7 OUT 3 RST 4 VCC 8 THR 6 CON 5 TRI 2 C1 0 01 F VCC 5V C2 0 1 F R10 10k R11 10k VCC 5V U4 4511BP 5V DA 7 DB 1 DC 2 DD 6 OA 13 OD 10 OE 9 OF 15 OC 11 OB 12 OG 14 EL 5 BI 4 LT 3 U6 A B C D E F G CK R12220 R13220 R14220 R15220 R16220 R17220 R18220 6 3 000 111 脉冲序列设计脉冲序列设计 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 U2 74ALS161BN QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 VCC 5V VCC 5V V1 1kHz 5 V XLA1 C Q T 1 F 6 4 矩形波发生器矩形波发生器 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 7R2C T 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 1 F 如右图所示 6 5 数码管显示电路数码管显示电路 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 220 第 5 页 共 8 页 7 电路仿真及结果分析电路仿真及结果分析 7 1 电路仿真电路仿真 U1 74ALS138N Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 A 1 B 2 C 3 G1 6 G2A 4 G2B 5 LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 LED8 R1 470 R2 470 R3470 R4470 R5470 R6470 R7470 R8470 VCC 5V U2 74ALS161BN QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 VCC 5V VCC 5V VCC 5V U3 LM555CN GND 1 DIS 7 OUT 3 RST 4 VCC 8 THR 6 CON 5 TRI 2 C1 0 01 F VCC 5V C2 0 1 F R10 10k R11 10k U4 4511BP 5V DA 7 DB 1 DC 2 DD 6 OA 13 OD 10 OE 9 OF 15 OC 11 OB 12 OG 14 EL 5 BI 4 LT 3 U6 A B C D E F G CK R12220 R13220 R14220 R15220 R16220 R17220 R18220 VCC 5V 7 2 仿真结果分析仿真结果分析 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 第 6 页 共 8 页 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 电路图电路图 GND C LR 1 LOAD 9 ENT 10 ENP 7 C LK 2 R C O 15 A 3 QA 14 B 4 QB 13 C 5 QC 12 D 6 QD 11 U1 S N74LS 161A VC C TR IG 2 OUT 3 R S T 4 C VOLT 5 THR 6 DIS 7 VC C 8 GND 1 U2 LM 555C N VC C 0 01uF C 1 10uF C 2 GND VC C 10K R 3 10K R 1 DIS DIS A 1 B 2 C 3 E1 4 E2 5 E3 6 Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 U5 74LS 138 A QA QA QB QB QC QC VC C GND D3 D4 D9 D6 D5 D8 D7 D10 VC C QA QB QC VC C K 1 f 2 g 3 e 4 d 5 K 6 c 8 DP 7 b 9 a 10 DS 1 Dpy R ed C C 220 R 7 220 R 5 220 R 9 220 R 11 220 R 13 220 R 15 220 R 17 GND 1 2 P1 Header 2 GND VC C 0 1uF C 3 a1 b1 c1 d1 e1 f1 g1 a1 b1 c1 d1 e1 f1 g1 A 7 B 1 C 2 D 6 LT 3 B I 4 LE 5 A 13 B 12 C 11 D 10 E 9 F 15 G 14 U3 4511 GND 470 R 2 470 R 4 470 R 6 470 R 8 470 R 10 470 R 12 470 R 14 470 R 16 S 1 S W S PS T 9 PCB 图图 9 19 1 ToplaerToplaer 层层 9 2 Bottomlayer 层层 第 7 页 共 8 页 9 39 3 双层双层 第 8 页 共 8 页 10 硬件电路参数测试硬件电路参数测试 输入电压 V 输入电流 mA 5 00 5 0137 9 39 1 1111 总结 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