基于74LS系列的多功能LED流水燈

1、電工大作業(yè)基于74LS系列的多功能LED流水燈1101800221王騁1018202班摘要：流水燈是一串按一定規(guī)律像流水一樣連續(xù)閃動的小燈。隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，流水燈在現(xiàn)實生活中所起的作用越來越重要。繁忙的交通路段，流水交通燈提醒人們遵守交通規(guī)則；繁華的大街夜晚降臨時，流水燈做成的廣告牌吸引人的眼球；現(xiàn)代樓房里流水燈做成的時鐘方便提醒人們?nèi)掌诤蜁r間可以說流水燈無處不在。流水燈可用多種方法實現(xiàn)，經(jīng)過本學(xué)期電工學(xué)電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，筆者學(xué)習(xí)了74LS系列部分芯片的使用方法，并基于這些芯片自行設(shè)計了幾種具有不同功能的流水燈電路。其中所有電路經(jīng)Proteus仿真成功，并且利用電工自主實驗的

2、機(jī)會進(jìn)行了實物操作，驗證了仿真結(jié)果。筆者設(shè)計的流水燈功能包括：8LED單向流水燈、8LED單向延時流水燈、8LED雙閃流水燈、5LED單向往復(fù)流水燈、10LED雙向往復(fù)流水燈。關(guān)鍵詞：LED流水燈74LS芯片Proteus仿真多功能設(shè)計電路預(yù)期功能1.1設(shè)計基于74LS161與74LS138的8LED單向流水燈1.2設(shè)計基于74LS161、74LS138與74LS74的8LED延時流水燈1.3設(shè)計基于74LS161與74LS138的8LED雙閃流水燈1.4設(shè)計基于74LS194的4LED單向流水燈1.5設(shè)計基于74LS194與74LS112的5LED單向往復(fù)流水燈1.6設(shè)計基于74LS194與

3、74LS112的10LED雙向往復(fù)流水燈總體設(shè)計方案或技術(shù)路線2.1時鐘觸發(fā)信號的選擇時鐘信號可由自組555芯片構(gòu)成的無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路充當(dāng)，也可由試驗箱上的1Hz脈沖信號充當(dāng)。74LS161與74LS138芯片的應(yīng)用由74LS161生成地址，再將其低3位輸出端QA、QB、QC信號傳給74LS138的A、B、C輸入端，則可在Y0-Y7端依次輸出低電平。保持功能的實現(xiàn)在原電路基礎(chǔ)上，由74LS74組成T計時觸發(fā)器，依次連接每個LED燈，即可實現(xiàn)延時功能。雙閃功能的實現(xiàn)在原電路基礎(chǔ)上，將時鐘信號取反后再接入一組平行的74LS161和74LS138電路，產(chǎn)生一組與原來的Y0-Y7錯后一位的輸出信號，將兩

4、組信號經(jīng)與非門后輸出，即可實現(xiàn)雙閃功74LS194雙向移位寄存器的應(yīng)用將四位輸出Q0-Q3通過非和與的邏輯運算反饋到左移串行輸入端實現(xiàn)流水功能。正逆流水功能的實現(xiàn)利用74LS112的JK觸發(fā)器的計數(shù)功能控制74LS194的左移和右移，以此實現(xiàn)正逆流水功能。雙向往復(fù)流水功能的實現(xiàn)在原電路基礎(chǔ)上，增加LED數(shù)目并按順序接好，即可實現(xiàn)雙向往復(fù)流水功能。實驗電路圖與工作原理1.1基于74LS161與74LS138的8LED單向流水燈本方案由脈沖發(fā)生器、地址生成器、譯碼器和發(fā)光電路組成。脈沖發(fā)生器由555芯片和電阻Rl、R2、電容Cl、C2組成的多諧振蕩電路構(gòu)成，脈沖頻率可調(diào)，主要為地址生成器提供流動控

5、制的脈沖。地址生成器由74LS161型同步二進(jìn)制計數(shù)器構(gòu)成。在時鐘脈沖控制下74LS161開始計數(shù)，并把低三位輸出端QO、Ql、Q2的信號傳給由74LS138構(gòu)成的譯碼器的A、B、C輸入端。經(jīng)譯碼器譯碼后依次在Y0-Y7端輸出低電平，在經(jīng)非門取反后接發(fā)光電路,實現(xiàn)單向流水功能?；?4LS161、74LS138與74LS74的8LED延時流1.2上一個基本流水燈電路的基礎(chǔ)上，將74LS74芯片的D端和Q端相連,構(gòu)成T觸發(fā)器再將Y0-Y7端依次與t觸發(fā)器相連后，與發(fā)光電路相連。當(dāng)Y0-Y7每出現(xiàn)一個脈沖時,T觸發(fā)器輸出端電平翻轉(zhuǎn)一次，以實現(xiàn)延時亮滅的功能。1.3基于74LS161與74LS138

6、的8LED雙閃流水燈本方案在原電路基礎(chǔ)上，將時鐘信號取反后，再接入一組平行的由74LS161和74LS138組成的電路，產(chǎn)生一組與原來的Y0-Y7錯后一位的輸出信號Y0-Y7,將兩組信號經(jīng)74LS00與非門后輸出，與發(fā)光電路連接，即可實現(xiàn)每次點亮兩個LED燈的雙閃功能。1.4基于74LS194的4LED單向流水燈本方案利用了74LS194雙向移位寄存器的移位寄存功能。首先將74LS194調(diào)整到右移串行輸入功能狀態(tài)，在時鐘脈沖控制下，低三位輸出QO、QI、Q2分別取反后再經(jīng)過或門形成反饋信號，接入右移串行輸入端SR構(gòu)成環(huán)路。這樣可以實現(xiàn)單向流水功能，其真值表見附錄。1.5基于74LS194與74

7、LS112的5LED單向往復(fù)流水燈本方案利用了74LS194的雙向移位寄存功能。在上一個方案的基礎(chǔ)上做了改動，將74LS194的四個輸出端QO、QI、Q2、Q3分別取反后經(jīng)或門形成反饋信號Q4。再將Q0和Q4分別取反后經(jīng)或門形成另一個反饋信號Q5。利用74LS112JK觸發(fā)器的計數(shù)功能，Q5作為JK觸發(fā)器的計數(shù)脈沖，其輸出端Q和Q分別連接74LS194的移位方向控制端SO和S1,形成環(huán)路。這樣每當(dāng)Q0或Q4出現(xiàn)高電平時，移位方向就會改變，Q0Q4分別控制一個LED燈,1.6基于74LS194與74LS112的10LED雙向往復(fù)流水燈本方案在上一個電路的基礎(chǔ)上略作改動，只改變了發(fā)光電路。增加了5

8、個與原來發(fā)光電路對稱的LED燈，實現(xiàn)了10LED雙向往復(fù)功能。理論分析或仿真分析結(jié)果經(jīng)過Proteus仿真，各電路可以實現(xiàn)預(yù)期功能。五實驗、調(diào)試與分析完成電路設(shè)計與仿真，找好元器件，準(zhǔn)備好實驗工具，開始實物實驗與測試5.1實驗測試前完成以下步驟按電路圖連接實物。檢查導(dǎo)線連接與實驗原理圖一致。檢查導(dǎo)線連接，并用將數(shù)字萬用表調(diào)到合適檔位，測試各導(dǎo)線連接點是否導(dǎo)通。4檢查實驗儀器是否正常；電源5V直流電是否正常輸出；每個LED燈是否能正常點亮；芯片是否工作正常。5.接通電源。實驗現(xiàn)象流水燈基本按照預(yù)期功能流動點亮。但是初始時哪一個燈點亮并不確定。5.3測試和分析5.3.1由于本實驗電路都沒有初始化，

9、因此最開始點亮哪一個燈具有隨機(jī)性。通過數(shù)據(jù)開關(guān)的初始化可以解決這個問題。由于集成電路傳遞信號需要時間，因此當(dāng)對實驗1.3進(jìn)行實驗時，雙閃效果不如仿真時明顯。六.實驗中出現(xiàn)的問題及解決對策6.1部分芯片管腳懸空，造成對邏輯功能的干擾。解決對策：將懸空管腳置高。試驗箱上14管腳芯片座不夠用。解決對策：改用16管腳芯片座，但是管腳序號需改變，與芯片管腳序號一致。實驗中芯片數(shù)量和導(dǎo)線數(shù)量過多，故障排查困難。解決對策：逐個芯片功能排查，需要耐心與細(xì)心。七.本次實驗的收獲和體會本次自主實驗極大地激發(fā)了我對電子電路學(xué)習(xí)地興趣，以至于報名參加了大學(xué)生電子設(shè)計大賽。對于名次我沒有要求，只希望能提高自己的能力。為

10、了對電路仿真，我自學(xué)了Proteus軟件。在設(shè)計電路的過程中，我對74LS系列芯片的使用方法有了進(jìn)一步地熟悉。通過對電路的設(shè)計，我覺得隨著邏輯功能復(fù)雜性的提高，需要74LS芯片的數(shù)量和導(dǎo)線數(shù)量以更大地速度提高，因此僅僅依靠手中的系列芯片不適合設(shè)計邏輯功能十分復(fù)雜地電路。解決辦法包括：利用更小封裝的74LS芯片；利用可編程芯片等等。在自主實驗過程中，實驗室的老師和助教對我提高了極大地幫助與鼓勵，向他們表示我深深地感謝！參考文獻(xiàn)：【1】秦曾煌工學(xué).下冊，電子技術(shù)等教育出版社2009.6【2】王宇紅工學(xué)實驗教程機(jī)械工業(yè)出版社2009.8【3】周潤景-蔡雨恬PROTEUS入門實用教程械工業(yè)出版社201

11、1附錄一儀器設(shè)備名稱、型號序號型號/名稱數(shù)量174LS1612274LS1382374LS744474LS003574LS201674LS1121774LS19418EEL-69試驗箱1附錄二驗數(shù)據(jù)、真值表1.1基于74LS161與74LS138的8LED單向流水燈74LS138aBC-、Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7000100000000010100000001000100000011000100001000000100010100000100110000000101110000000100010000001.2基于74LS161、74LS138與74LS74的8LED延時流水燈74LS

12、1121.3基于74LS161與74LS138的8LED雙閃流水燈74LS138Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y711000000001.4基于74LS194的4LED單向流水燈74LS1941.5基于74LS194與74LS112的5LED單向往復(fù)流水燈74LS194Q0Q1Q211002010300140005000600070018010910010010110011200013000140001500116010Q3SR/SLS0S10010001000101010010110010001000100100010001010100101100100010001附錄三：部分74LS芯片管腳圖與功能表CB555LZJL2J74LS74TR觸發(fā)THSliiiTITS放屯端UIT輸川A-VccVtcf導(dǎo)通I.VccII限橫態(tài)XII截I.HXXL導(dǎo)通屮J74LS161VccTCQo0102QjCETPE崗麗網(wǎng)向而回冋回312|3|H|5678*RCPPqPjP2P3CEPGND輸岀丄II込0葩0中中中中中中中00001t0i1i1dcbadCba1t1U中中中中Q3Qz沏Qo1t1i10i1i1i1中Q3Q2眉1Qo1t111中中中狀盍