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：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。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4.原理框图5.主要元器件介绍5.1 74LS13874LS138 为3 线8 线译码器，其工作原理如下：l 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。l 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= Q0Q1Q2Q3CET。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 45114511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=1.75k,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 。6.3 000-111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6.4 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=0.1F,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220.7.电路仿真及结果分析7.1 电路仿真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9.PCB图9.1 Toplaer层9.2 Bottomlayer层9.3 双层10.硬件电路参数测试输入电压（V）输入电流（mA）5.005.0137.939.111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50k，电容0.1F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0.1F电容计算：T=