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。

2.2 74LS161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。

2.5 74LS194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 1 2 3 4 5 6 7 8 附录二 验数据、真值表

1.1基于74LS161与74LS138的8LED单向流水灯 74LS138 ABC 000 001 010 011 100 101 110 111 000

1.2基于74LS161、74LS138与74LS74的8LED延时流水灯 74LS112 Yi 1 0 1 0

1.3基于74LS161与74LS138的8LED双闪流水灯 74LS138 1 Y0 1 Y1 0 Y2 0 Y3 0 Y4 00 Y5 0 Y6 0 Y7 0 Q 1 1 0 0 Y0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 Y1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 Y2 0 0 1 0 0 0 0 0 0 Y3 0 0 0 1 0 0 0 0 0 Y4 0 0 0 0 1 0 0 0 0 Y5 0 0 0 0 0 1 0 0 Y6 0 0 0 0 0 0 1 0 0 Y7 0 0 0 0 0 0 0 1 0 型号/名称 74LS161 74LS138 74LS74 74LS00 74LS20 74LS112 74LS194 EEL-69试验箱 数量 2 2 4 3 1 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 0 0 0 0 0 0 1 0 Y0’ 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 Y1’ 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 Y2’ 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 Y3’ 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 Y4’ 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 Y5’ 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 Y6’ 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 Y7’ 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1.4基于74LS194的4LED单向流水灯 74LS194 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Q0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 Q1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 Q2 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 Q3 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 SR 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1.5基于74LS194与74LS112的5LED单向往复流水灯 74LS194 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Q0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 Q1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 Q2 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 Q3 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 SR/SL 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 S0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 S1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 附录三：部分74LS芯片管脚图与功能表 CB555

74LS74

74LS161

74LS112

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6036.html