数电大作业流水灯docx.docx

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数电大作业流水灯docx

综合设计题

一.流水灯

1.总体思路

8位流水灯始终是一亮七暗的，根据这个特点可以考虑采用74LS138译码器的输出来实现流水灯的循环电路。

同时，还可以用74LS161四位二进制计数器来控制74LS138的输入端，从而实现对灯亮灭的控制

2.使用元件

3—8译码器74LS138，四位二进制计数器74LS161，555定时器，七段数码管译码器驱动器4511芯片，数码管，电容，电阻，非门若干。

3.电路原理框图

4.元器件在本电路中的主要功能

555定时器

555定时器在本电路中的作用主要是产生占空比可调的矩形脉冲从而可以改变灯亮时间，而且它的振荡周期为T=0.7（

+2

）C。

此处C=0.1uF.由电路参数可知，当R1为10kΩ时，灯亮时间为0.0014s.它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。

电路图如下：

74LS161计数器

74LS161计数器在本电路中的作用是产生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。

所以采用反馈置数法，产生000-111脉冲序号，时钟脉冲外部接入，原理图如下图所示

74LS138译码器

74LS138译码器在本电路中的作用主要是选通指示灯发光。

它的输出端为一个低电平，经过取反之后可以得到一个高电平，从而控制灯的亮灭。

它的工作原理是：

①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，经过取反之后

为1，其余为0，因此只剩下与

相连的指示灯亮，其余灯不亮。

因为要控制八位指示灯循环点亮，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。

4511芯片驱动器

4511芯片驱动器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，其引脚图如下图所示。

共阴极数码管

在本电路中的作用主要是显示目前是几号灯亮，便于观测。

其原理图如下：

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数码管驱动电路如下

5.整体电路仿真及结果分析

电路仿真

用逻辑分析仪对译码器输出端进行高低电平显示，得到以下结果：

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，所以指示灯会闪烁变化，但必须脉冲频率最好在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,每个灯亮的时间为0.014s。

6.不同的思路的流水灯电路

因为流水灯每次只有一个灯亮，且亮灯的方向是逐步移动有规律的。

所以还可以考虑用74LS194移位寄存器来实现，每个灯亮的时间为1s。

电路图如下：

示波器图形如下：

二.交通灯控制器

本电路设计一个十字路口交通灯控制电路，东西方向车道和南北方向车道两条交叉掉路上的车辆交替运行，每次通行的时间设置为24秒。

在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮4秒钟，才能变换运行车道。

可用LED模拟交通灯。

用倒计时时显示每个状态的时间。

1.总体思路

电路有四个状态：

东西绿南北红→东西黄南北红→东西红南北绿→东西红南北黄，一共有四个状态循环，所以可以先用一个模4计数器来转换这四个状态。

2.使用元件

十进制加减计数器76LS190，四位二进制计数器74LS163，2—4译码器74LS139，数码管若干，少量的或非门，与非门和非门电路。

3.各个单元电路的功能与分析

74LS163四位二进制计数器

这里采用74LS163构成模4计数器，状态由00→01→10→11循环。

L1（东西绿）：

当00时亮，其他状态时不亮。

L2（东西黄）：

当01时亮，其他状态时不亮。

L3（东西红）：

当10、11时亮，00、01时不亮。

L4（南北绿）：

当10时亮，其他状态时不亮。

L5（南北黄）：

当11时亮，其他状态时不亮。

L6（南北红）：

当00、01时亮，10、11时不亮。

电路可以这样实现：

其中，74LS139是2-4译码器，它的功能表如下：

所以，Y0~Y4口接上非门后可以控制L1、L2、L4、L5。

L3=B，L6=

，所以将L3直接连在1B端，将1A端加非门与L6相连。

通过这样的连接便可以实现这四个状态的循环。

74LS190十进制加减计数器

由于要实现倒计时显示，所以可以采用两片74LS190，该芯片是十进制加减法计数器。

通过网络找出一下功能表。

由于要实现倒计时，所以U/D端输入高电平，此时计数器进行减计数。

用两片74LS190，通过RC端进行异步级联，

由于红灯28秒，黄灯4秒，绿灯24秒，所以各状态及持续时间如下：

状态1：

东西绿南北红（00）：

24秒

状态2：

东西黄南北红（01）：

4秒

状态3：

东西红南北绿（10）：

24秒

状态4：

东西红南北黄（11）：

4秒

当状态转变时，给计数器置数即可。

两片计数器一个作为十位，一个作为个位。

“24”相当于给计数器置00100100，“4”相当于给计数器置00000100。

电路连接如下：

当QA~QD全为0的时候，Rc端输出0，两个计数器的Rc端连在一个或非门上，当为全0时，或非门输入1，将这个输出连接到74LS163的时钟端，即倒计时到00000000时，立即转化状态，并且通过一个非门使两片74LS190立即置数，转入下一个转态的倒计时。

电路的显示部分：

4.整体电路仿真及结果分析

整体电路仿真

结果分析

经过仿真，我们观察到与预想结果一摸一样，说明电路完全正确。

计数器保证了倒计时的准确性，而且通过调节脉冲的频率，就可以改变数码管计数的快慢。

LED控制电路又可以清楚地观察到红绿灯的变化，而且还可以检测电路的准确性，经过检查，发现时间与理论时间一样，十分正确。