路流水灯控制电路资料

一、概述

随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯不断变化 闪烁。LED，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街 道和城市灯由于其丰富的灯光色彩建筑物已经成为一种时尚。

但目前市场上各式样的LED灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。因此有必要对现有彩灯控制器进行改进。 流水彩灯控制器在我们日常生活中有重要的应用，如广告牌的设计和节日彩灯的设计都能运用到它的原理。本次设计的流水彩灯控制器是其中较简单的，但这是复杂设计的基础。 设计要求：

1、在选择器件时，应考虑成本。

2、根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。 3、画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。 技术指标：

1、用中规模计数器设计该12路流水灯控制电路； 2、要求每盏灯的点亮时间介于1s～1.2s之间；

3、要求用555定时器设计时钟脉冲，12路流水灯采用12个发光二极管代替。

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二、方案设计

1原理框图

图1 12路流水灯设计原理图

555多谐振荡电路 74LS161计数部分 74HC154译码电路部分 LED显示部分 该电路主要由555定时器、74LS161计数器和74HC154译码器和LED发光二极管。由555定时器构成脉冲发生器，并由LED发光二极管监视电路是否工作；将74SL161接成二进制计数器，74SL154的12个输出端依次与排成一排的12个LED发光管相接。161芯片的QC、QD端接与非门然后与161的LOAD端相接；且161的LOAD端通过非门与154芯片的G1与G2相接。取74SL161的QD、QC、QB、QA接到74SL154的地址控制端D、C、B、A， 12个发光二极管按一定方向循环亮灭。

2各模块组成及功能分析

1、振荡电路：由一个555芯片与滑动变阻器，电阻和电容组成。周期可调，控制计数器。

2、计数器：由一个74LS161芯片与两个非门组成，输出信号至译码器，控制LED灯的亮灭的顺序。

3、译码器：由一个74HC154芯片组成，为4-16译码器，输出来自555芯片的信号到LED灯。

4、显示部分:由12个发光二极管和电阻组成，通过发光二极管的亮灭情况判断电是否达到设计要求。

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三、电路设计

1 555多谐振荡电路

多谐振荡电路由LMC555定时器、一个滑动变阻器、一个电阻、两个电容组成。555定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路，利用它可以方便的构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活方便，所以555芯片在波形的产生与变化、测量与控制等多种领域得到广泛应用。本次课设的多谐振荡电路在这次课程设计中，LMC555定时器用来产生脉冲信号。LMC555定时器的管脚图如图2所示：

图2 555定时器管脚555定时器内部主要由以下几个部分组成：

1、电阻分压器：由3个5kΩ的电阻组成。

2、电压比较器：由C1与C2组成，当控制输入端悬空时，C1与C2的基准电压分别是1/3VCC与2/3VCC。

3、基本RS触发器：由两个与非门G1与G2构成，对两个比较器输出的电压进行控制。

4、放电三极管VT:VT是集成极开路的三极管，VT的集成极做定时器的引出端D。

5、缓冲器：由G3与G4构成，提高电路的负载能力。

引脚功能：

1脚位接地端；2脚是低电平触发器入端；3脚输出端；4脚复位端；5脚是电压控制器；6脚是高电平触发器入端；7脚是放电端；8脚是电源端。 由555定时器构成的谐振荡电路如图3所示：

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图3 555多谐振荡电路

555定时器构成多谐振荡电路，电路输出可以得到一个周期性的矩形脉冲，其周期为：

T=T1+T2=（R1+2R2）C1ln 2

由于1s50％。C2为滤波电容，起滤波作用，一般取C2=0.01μF。

接通电源后，Vcc经R1，R2给电容C充电。由于电容上电压不能突变，电源Vc=0，当Vc上升到大于Vcc/3时，RD=1，SD=1，基本RS触发器不变，即Q仍为高电平，当Vc上升到略大于2Vcc/3时，RD=0,SD=1,基本触发器置零，Q为低电平。这时Q=1，使内部放电管饱和导通，于是电容C经内部放电管和R2放电，Uc按指数规律减小。 当Vc下降略小于Vcc/3时，内部比较器A1输出高电平，A2输出低电平，基本RS触发器置1，输出高电平。这时，Q=0，内部放电管截止。于是C结束放电并重新开始充电。如此循环不止，输出端就得到一系列的矩形脉冲。

2 74LS161计数部分

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计数部分主要由161芯片，一个与非门和一个反向器组成。因为在课设中需要一个十进制计数器，因此采用了74LS161芯片作为计数器，用来控制LED灯的亮灭顺序。74LS161的引脚图如图4所示：

图4 161芯片引脚图

74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，它可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能。74161型四位同步二进制可预置计数器的外引线排列图及其逻辑符号，其中CLR（RD）端是直接清零端，LOAD（LD）端是预置数控制端，A（A0）、B（A1）、C（A2）、D（A3）是预置数据输入端，ENP（EP）和ENT（ET）是计数控制端，QA（Q0）、QB(Q1)、QC（Q2）、QD（Q3）是计数输出端，RCO是进位输出端。74161型计数器的功能表如表1所示

表1 74LS161功能表

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由表1可知，74LS161具有以下功能：

1、 异步清零：CLR（RD）=0时，计数器输出被直接清零，与其他输入端的状态无关。

2 、同步并行预置数：在CLR（RD）=1条件下，当LOAD（LD）=0且有时钟脉冲CP的上升沿作用时，A（A0）、B（A1）、C（A3）、D(A4)输入端的数据d3、d2、d1、d0 将分别被 QA（Q0）、QB（Q1）、QC（Q2）、QD（Q3）所接收。

3、保持：在CLR（RD）=LOAD（LD）=1条件下，当ENT（ET）·ENP（EP）=0，不管有无CLK（CP）脉冲作用，计数器都将保持原有状态不变。需要说明的是，当ENP=0，ENT=1时，进位输出RCO也保持不变；而当ENT=0时，不管ENP状态如何，进位输RCO=0。 4、计数：当CLR=LOAD=ENP=ENT=1时，74161处于计数状态。

由于本次课设需要用到组合逻辑运算，因此需要一个74LS00芯片,其引脚图如图5所示：

图5 74LS00芯片引脚图

真值表如表2所示：

表2 74LS00真值表 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y 1 1 1 0 反相器74LS04引脚图以及功能表如下图所示:

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图6 74LS04引脚图 表3 74LS04功能表 A 0 1

Y 1 0 74LS161芯片构成的译码电路部分如图7所示：

图7 74LS161译码电路部分

置数端A、B、C、D分别置0。2接脉冲信号，同555振荡器的3相接，1、7、10接电源。QA、QB、QC、QD端接154芯片的A、B、C、D端，QC、QD端通过与非门与LOAD

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端相接；LOAD端通过反相器与154芯片的G1与G2相连。

3 74LS154译码部分与LED显示部分

该部分分主要由一个74HC154芯片和12个发光二极管以及电阻构成。74HC154的引脚图如下图所示:

图8 74HC154引脚图

74HC154 功能简述: 74HC154 4线-16 线译码器/解调器 1、 将4个二进制编码输入译成16个彼独立的输出之一 ；

2、将数据从一个输入线分配到16个输出的任意一个而实现解调功能； 3、输入箝位二极管简化了系统设计；

4、与大部分TTL和DTL电路完全兼容。

74154这种单片4线—16线译码器非常适合用于高性能存储器的译码器。当两个选通输入G1和G2为低时, 它可将4个二进制编码的输入译成16个互相独立的输出之一。实现解调功能的办法是：用4个输入线写出输出线的地址，使得在一个选通输入为低时数据通过另一个选通输入。当任何一个选通输入是高时，所有输出都为高。

功能表如表4所示:

表4 74HC154功能表

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引脚端 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,13,14,15,16,17 18,19 23,22,21,20 12 24

符号 O0～O15 G1,G2 A～D GND Vcc 名称及功能 输出低电平 使能输入（低电平） 地址输入 接地 接电源电压

74HC154及LED灯构成的译码显示部分如图9所示：

图974HC154译码及LED显示部分

引脚端A、B、C、D分别接来自74LS161的QA、QB、QC、QD端，G1，G2端通过反相器与161芯片的LOAD端相接，1～13引脚接电阻与发光二极管，二极管另一端接4V电

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源电压。

四、性能测试

1 多谐振荡电路的测试 仿真电路图如图10所示：

图10 多谐振荡电路测试图

1、周期为1.278s时多谐振荡器输出的波形图如下：

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图11 多谐振荡电路输出波形图

2、改变滑动变阻器阻值，让周期落在1～1.2s之间，此时输出的波形图如下：

图12 多谐振荡电路输出波形图

2 电路整体测试

第一盏灯亮，其余的灯不亮，如图13所示：

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图13 整体测试电路

第四盏灯亮，其余的灯不亮，如图14所示：

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图14 整体测试电路

第九盏灯亮，其余的灯不亮，如图15所示：

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图15 整体测试电路

第十二盏灯亮,其余的灯都不亮,如图16所示:

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图16 整体测试电路

所有的灯都不亮,处于全灭状态,如图17所示:

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图17 整体测试电路

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五、结论

电路的设计能完成基本功能的实践，使用的芯片数量少，设计思路清晰明了。但是在两个星期的课设过程中我也遇到了不少的问题，比如第一次连电路的时候因为把LED灯接反导致没看到预期的结果。第二次因为串联的电阻阻值过大导致LED灯不亮。而且在老师的帮助下，我改正了我原来电路的不足之处，我原来的设计方案是用两个138芯片代替154芯片进行译码，然而结果并不尽人意，在运行过程中出了不少问题，不能达到预期效果，后来多亏了老师，才能顺利完成课设。 通过本次课程设计，让我了解了12路流水灯的基本原理与设计理念。更让我明白具备扎实的理论基础是非常重要的，如果理论知识不够强，随意一点小的差错就可能导致电路不能达到预期的效果。而且，通过这次课程设计，充分的将理论知识与实践知识相结合，也提高了我的查阅资料的水平，让我的经验，能力得到了锻炼。

经过了这次课设，也让我对于电路产生了兴趣，我从中学到了将整体的功能分成若干部分一一实现的简化电路的方法，这对我们平时生活，学习也很有帮助。我认为，老师之所以让我们去做课设，就是为了锻炼我们的自主学习能力和实践动手能力。 最后，再次对关心我的老师，帮助过我的同学表示衷心的感谢！！

参考文献

[1] 童诗白，华成英编. 模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社 [2] 朱定华主编，电子电路测试与实验.[M]北京：清华大学出版社 [3] 路勇主编，电子电路实验及仿真。[M]北京：北方交通大学出版社 [4] 康华光主编，电子技术基础数字部分〈第五版〉.高等教育出版社 [5] 阎石主编，数字电子技术基础.高等教育出版社

[6] 周巍，黄雄华主编，数字逻辑电路 实验 设计 仿真，电子科技大学出版社 [7] 包兴，胡明主编，电子器件导论，北京理工大学出版社 [8] 王港元主编，电工电子实践指导，江西科学技术出版社 [9] 吴立新主编，实用电子技术手册，机械工业出版社

[10] 陈永甫主编，新编555集成电路应用800例，电子工业出版社

[11] 阎有运主编，电工电子实践系列教程----电子技术实践，中国矿业大学出版社 [12]艾永乐，付子义主编，数字电子技术基础，中国电力出版社 [13] 江晓主编，数字电子技术 ，西安电子科技大学出版社

附录I 总电路图

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图18 总电路图

附录II 元器件清单

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序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

编号 U1 U2 U3 U4 U5 R1～R14 C1 C2 LED Vcc R3 名称 译码器 与非门 型号 74HC154DW 74LS00D 数量 1 1 1 1 1 14 555定时振荡器 LMC555CM 计数器 反相器 电阻 电容 发光二极管 电源电压 滑动变阻器 74LS161N 74LS04D 25k 100Ω 22μF 0.01μ 2 F 12 LED 5V 50k 1 1 19 / 19