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(dòng)的小燈。隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，流水燈在現(xiàn)實(shí)生活中所起的作用越來(lái)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(shí)，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(shí)鐘方便提醒人們?nèi)掌诤蜁r(shí)間可以說(shuō)流水燈無(wú)處不在。流水燈可用多種方法實(shí)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(jì)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(shí)驗(yàn)的

2、機(jī)會(huì)進(jìn)行了實(shí)物操作，驗(yàn)證了仿真結(jié)果。筆者設(shè)計(jì)的流水燈功能包括：8LED單向流水燈、8LED單向延時(shí)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(jì)電路預(yù)期功能1.1設(shè)計(jì)基于74LS161與74LS138的8LED單向流水燈1.2設(shè)計(jì)基于74LS161、74LS138與74LS74的8LED延時(shí)流水燈1.3設(shè)計(jì)基于74LS161與74LS138的8LED雙閃流水燈1.4設(shè)計(jì)基于74LS194的4LED單向流水燈1.5設(shè)計(jì)基于74LS194與74LS112的5LED單向往復(fù)流水燈1.6設(shè)計(jì)基于74LS194與

3、74LS112的10LED雙向往復(fù)流水燈總體設(shè)計(jì)方案或技術(shù)路線2.1時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)的選擇時(shí)鐘信號(hào)可由自組555芯片構(gòu)成的無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路充當(dāng)，也可由試驗(yàn)箱上的1Hz脈沖信號(hào)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(hào)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(shí)現(xiàn)在原電路基礎(chǔ)上，由74LS74組成T計(jì)時(shí)觸發(fā)器，依次連接每個(gè)LED燈，即可實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能。雙閃功能的實(shí)現(xiàn)在原電路基礎(chǔ)上，將時(shí)鐘信號(hào)取反后再接入一組平行的74LS161和74LS138電路，產(chǎn)生一組與原來(lái)的Y0-Y7錯(cuò)后一位的輸出信號(hào)，將兩

4、組信號(hào)經(jīng)與非門后輸出，即可實(shí)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(yùn)算反饋到左移串行輸入端實(shí)現(xiàn)流水功能。正逆流水功能的實(shí)現(xiàn)利用74LS112的JK觸發(fā)器的計(jì)數(shù)功能控制74LS194的左移和右移，以此實(shí)現(xiàn)正逆流水功能。雙向往復(fù)流水功能的實(shí)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(shí)現(xiàn)雙向往復(fù)流水功能。實(shí)驗(yàn)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(dòng)控

5、制的脈沖。地址生成器由74LS161型同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成。在時(shí)鐘脈沖控制下74LS161開始計(jì)數(shù)，并把低三位輸出端QO、Ql、Q2的信號(hào)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(shí)現(xiàn)單向流水功能?；?4LS161、74LS138與74LS74的8LED延時(shí)流1.2上一個(gè)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(gè)脈沖時(shí),T觸發(fā)器輸出端電平翻轉(zhuǎn)一次，以實(shí)現(xiàn)延時(shí)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(shí)鐘信號(hào)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(lái)的Y0-Y7錯(cuò)后一位的輸出信號(hào)Y0-Y7,將兩組信號(hào)經(jīng)74LS00與非門后輸出，與發(fā)光電路連接，即可實(shí)現(xiàn)每次點(diǎn)亮兩個(gè)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(shí)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(hào)，接入右移串行輸入端SR構(gòu)成環(huán)路。這樣可以實(shí)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(gè)方案的基礎(chǔ)上做了改動(dòng)，將74LS194的四個(gè)輸出端QO、QI、Q2、Q3分別取反后經(jīng)或門形成反饋信號(hào)Q4。再將Q0和Q4分別取反后經(jīng)或門形成另一個(gè)反饋信號(hào)Q5。利用74LS112JK觸發(fā)器的計(jì)數(shù)功能，Q5作為JK觸發(fā)器的計(jì)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(shí)，移位方向就會(huì)改變，Q0Q4分別控制一個(gè)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(gè)電路的基礎(chǔ)上略作改動(dòng)，只改變了發(fā)光電路。增加了5

8、個(gè)與原來(lái)發(fā)光電路對(duì)稱的LED燈，實(shí)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(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。五實(shí)驗(yàn)、調(diào)試與分析完成電路設(shè)計(jì)與仿真，找好元器件，準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)工具，開始實(shí)物實(shí)驗(yàn)與測(cè)試5.1實(shí)驗(yàn)測(cè)試前完成以下步驟按電路圖連接實(shí)物。檢查導(dǎo)線連接與實(shí)驗(yàn)原理圖一致。檢查導(dǎo)線連接，并用將數(shù)字萬(wàn)用表調(diào)到合適檔位，測(cè)試各導(dǎo)線連接點(diǎn)是否導(dǎo)通。4檢查實(shí)驗(yàn)儀器是否正常；電源5V直流電是否正常輸出；每個(gè)LED燈是否能正常點(diǎn)亮；芯片是否工作正常。5.接通電源。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象流水燈基本按照預(yù)期功能流動(dòng)點(diǎn)亮。但是初始時(shí)哪一個(gè)燈點(diǎn)亮并不確定。5.3測(cè)試和分析5.3.1由于本實(shí)驗(yàn)電路都沒有初始化，

9、因此最開始點(diǎn)亮哪一個(gè)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(gè)問題。由于集成電路傳遞信號(hào)需要時(shí)間，因此當(dāng)對(duì)實(shí)驗(yàn)1.3進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，雙閃效果不如仿真時(shí)明顯。六.實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題及解決對(duì)策6.1部分芯片管腳懸空，造成對(duì)邏輯功能的干擾。解決對(duì)策：將懸空管腳置高。試驗(yàn)箱上14管腳芯片座不夠用。解決對(duì)策：改用16管腳芯片座，但是管腳序號(hào)需改變，與芯片管腳序號(hào)一致。實(shí)驗(yàn)中芯片數(shù)量和導(dǎo)線數(shù)量過多，故障排查困難。解決對(duì)策：逐個(gè)芯片功能排查，需要耐心與細(xì)心。七.本次實(shí)驗(yàn)的收獲和體會(huì)本次自主實(shí)驗(yàn)極大地激發(fā)了我對(duì)電子電路學(xué)習(xí)地興趣，以至于報(bào)名參加了大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽。對(duì)于名次我沒有要求，只希望能提高自己的能力。為

10、了對(duì)電路仿真，我自學(xué)了Proteus軟件。在設(shè)計(jì)電路的過程中，我對(duì)74LS系列芯片的使用方法有了進(jìn)一步地熟悉。通過對(duì)電路的設(shè)計(jì)，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(jì)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(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)室的老師和助教對(duì)我提高了極大地幫助與鼓勵(lì)，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(cè)，電子技術(shù)等教育出版社2009.6【2】王宇紅工學(xué)實(shí)驗(yàn)教程機(jī)械工業(yè)出版社2009.8【3】周潤(rùn)景-蔡雨恬PROTEUS入門實(shí)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(hào)序號(hào)型號(hào)/名稱數(shù)量174LS1612274LS1382374LS744474LS003574LS201674LS1121774LS19418EEL-69試驗(yàn)箱1附錄二驗(yàn)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(shí)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