基于74LS系列的多功能LED流水灯

电工大作业基于74LS系列的多功能LED流水灯1101800221王骋1018202班摘要：流水灯是一串按一定规律像流水一样连续闪动的小灯。随着社会的发展和人们生活水平的提高，流水灯在现实生活中所起的作用越来越重要。繁忙的交通路段，流水交通灯提醒人们遵守交通规则；繁华的大街夜晚降临时，流水灯做成的广告牌吸引人的眼球；现代楼房里流水灯做成的时钟方便提醒人们日期和时间……可以说流水灯无处不在。流水灯可用多种方法实现，经过本学期电工学电子技术的学习，笔者学习了74LS系列部分芯片的使用方法，并基于这些芯片自行设计了几种具有不同功能的流水灯电路。其中所有电路经Proteus仿真成功，并且利用电工自主实验的机会进行了实物操作，验证了仿真结果。笔者设计的流水灯功能包括：8LED单向流水灯、8LED单向延时流水灯、8LED双闪流水灯、5LED单向往复流水灯、10LED双向往复流水灯。关键词：LED流水灯74LS芯片Proteus仿真多功能一.设计电路预期功能1.1设计基于74LS161与74LS138的8LED单向流水灯1.2设计基于74LS161、74LS138与74LS74的8LED延时流水灯1.3设计基于74LS161与74LS138的8LED双闪流水灯1.4设计基于74LS194的4LED单向流水灯1.5设计基于74LS194与74LS112的5LED单向往复流水灯1.6设计基于74LS194与74LS112的10LED双向往复流水灯二.总体设计方案或技术路线2.1时钟触发信号的选择时钟信号可由自组555芯片构成的无稳态触发电路充当，也可由试验箱上的1Hz脉冲信号充当。2.274LS161与74LS138芯片的应用由74LS161生成地址，再将其低3位输出端QA、QB、QC信号传给74LS138的A、B、C输入端，则可在Y0-Y7端依次输出低电平。2.3保持功能的实现在原电路基础上，由74LS74组成T’计时触发器，依次连接每个LED灯，即可实现延时功能。2.4双闪功能的实现在原电路基础上，将时钟信号取反后再接入一组平行的74LS161和74LS138电路，产生一组与原来的Y0-Y7错后一位的输出信号，将两组信号经与非门后输出，即可实现双闪功能。2.574LS194双向移位寄存器的应用将四位输出Q0-Q3通过非和与的逻辑运算反馈到左移串行输入端实现流水功能。2.6正逆流水功能的实现利用74LS112的JK触发器的计数功能控制74LS194的左移和右移，以此实现正逆流水功能。2.7双向往复流水功能的实现在原电路基础上，增加LED数目并按顺序接好，即可实现双向往复流水功能。三.实验电路图与工作原理1.1基于74LS161与74LS138的8LED单向流水灯本方案由脉冲发生器、地址生成器、译码器和发光电路组成。脉冲发生器由555芯片和电阻R1、R2、电容C1、C2组成的多谐振荡电路构成，脉冲频率可调，主要为地址生成器提供流动控制的脉冲。地址生成器由74LS161型同步二进制计数器构成。在时钟脉冲控制下74LS161开始计数,并把低三位输出端Q0、Q1、Q2的信号传给由74LS138构成的译码器的A、B、C输入端。经译码器译码后依次在Y0-Y7端输出低电平，在经非门取反后接发光电路，实现单向流水功能。1.2基于74LS161、74LS138与74LS74的8LED延时流水灯上一个基本流水灯电路的基础上，将74LS74芯片的D端和Q端相连，构成T’触发器。再将Y0-Y7端依次与T’触发器相连后，与发光电路相连。当Y0-Y7每出现一个脉冲时，T’触发器输出端电平翻转一次，以实现延时亮灭的功能。1.3基于74LS161与74LS138的8LED双闪流水灯本方案在原电路基础上，将时钟信号取反后，再接入一组平行的由74LS161和74LS138组成的电路，产生一组与原来的Y0-Y7错后一位的输出信号Y’0-Y’7，将两组信号经74LS00与非门后输出,与发光电路连接，即可实现每次点亮两个LED灯的双闪功能。1.4基于74LS194的4LED单向流水灯本方案利用了74LS194双向移位寄存器的移位寄存功能。首先将74LS194调整到右移串行输入功能状态，在时钟脉冲控制下，低三位输出Q0、Q1、Q2分别取反后再经过或门形成反馈信号，接入右移串行输入端SR构成环路。这样可以实现单向流水功能，其真值表见附录。1.5基于74LS194与74LS112的5LED单向往复流水灯本方案利用了74LS194的双向移位寄存功能。在上一个方案的基础上做了改动，将74LS194的四个输出端Q0、Q1、Q2、Q3分别取反后经或门形成反馈信号Q4。再将Q0和Q4分别取反后经或门形成另一个反馈信号Q5。利用74LS112JK触发器的计数功能，Q5作为JK触发器的计数脉冲，其输出端Q和Q分别连接74LS194的移位方向控制端S0和S1，形成环路。这样每当Q0或Q4出现高电平时，移位方向就会改变，Q0-Q4分别控制一个LED灯，从而实现往复流水的功能。真值表见附录。1.6基于74LS194与74LS112的10LED双向往复流水灯本方案在上一个电路的基础上略作改动，只改变了发光电路。增加了5个与原来发光电路对称的LED灯，实现了10LED双向往复功能。四.理论分析或仿真分析结果经过Proteus仿真，各电路可以实现预期功能。五．实验、调试与分析完成电路设计与仿真，找好元器件，准备好实验工具，开始实物实验与测试。5.1实验测试前完成以下步骤1.按电路图连接实物。2.检查导线连接与实验原理图一致。3.检查导线连接，并用将数字万用表调到合适档位，测试各导线连接点是否导通。4.检查实验仪器是否正常；电源5V直流电是否正常输出；每个LED灯是否能正常点亮；芯片是否工作正常。5.接通电源。5.2实验现象流水灯基本按照预期功能流动点亮。但是初始时哪一个灯点亮并不确定。5.3测试和分析5.3.1由于本实验电路都没有初始化，因此最开始点亮哪一个灯具有随机性。通过数据开关的初始化可以解决这个问题。5.3.2由于集成电路传递信号需要时间，因此当对实验1.3进行实验时，双闪效果不如仿真时明显。六.实验中出现的问题及解决对策6.1部分芯片管脚悬空，造成对逻辑功能的干扰。解决对策：将悬空管脚置高。6.2试验箱上14管脚芯片座不够用。解决对策：改用16管脚芯片座，但是管脚序号需改变，与芯片管脚序号一致。6.3实验中芯片数量和导线数量过多，故障排查困难。解决对策：逐个芯片功能排查，需要耐心与细心。七.本次实验的收获和体会本次自主实验极大地激发了我对电子电路学习地兴趣，以至于报名参加了大学生电子设计大赛。对于名次我没有要求，只希望能提高自己的能力。为了对电路仿真，我自学了Proteus软件。在设计电路的过程中，我对74LS系列芯片的使用方法有了进一步地熟悉。通过对电路的设计，我觉得随着逻辑功能复杂性的提高，需要74LS芯片的数量和导线数量以更大地速度提高，因此仅仅依靠手中的系列芯片不适合设计逻辑功能十分复杂地电路。解决办法包括：利用更小封装的74LS芯片；利用可编程芯片等等。在自主实验过程中，实验室的老师和助教对我提高了极大地帮助与鼓励，向他们表示我深深地感谢！参考文献：【1】秦曾煌工学.下册，电子技术等教育出版社2009.6【2】王宇红工学实验教程机械工业出版社2009.8【3】周润景-蔡雨恬PROTEUS入门实用教程械工业出版社2011附录一仪器设备名称、型号序号型号/名称数量174LS1612274LS1382374LS744474LS003574LS201674LS1121774LS19418EEL-69试验箱1附录二验数据、真值表1.1基于74LS161与74LS138的8LED单向流水灯74LS138ABCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7000100000000010100000001000100000011000100001000000100010100000100110000000101110000000100010000001.2基于74LS161、74LS138与74LS74的8LED延时流水灯74LS112YiQ110110001.3基于74LS161与74LS138的8LED双闪流水灯74LS138Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y711000000002010000003001000004000100005000010006000001007000000108000000019100000001001000000Y0’Y1’Y2’Y3’Y4’Y5’Y6’Y7’10100000020010000030001000040000100050000010060000001070000000181000000090100000010001000001.4基于74LS194的4LED单向流水灯74LS194Q0Q1Q2Q3SR1000012100003010004001005000116100007010008001009000111010000110100012001001.5基于74LS194与74LS112的5LED单向往复流水灯74LS194Q0Q1Q2Q3SR/SLS0S1110000102010001030010010400010105000010160001001700100018010000191000010100100010110010010120001010130000101140001001150010001160100001附录三：部分74LS芯片管脚图与功能表CB55574LS7474LS16174LS112