八位流水灯设计报告
八位流水灯循环点亮电路设计
1.设计要求
采用74LS138芯片，实现8位流水灯循环点亮电路。
2.题目分析
74LS138为3-8线译码器，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，发光二极管阴极接Y0-Y7，阳极接VCC，接上限流电阻，则Y1端发光二极管发光。
课题要求设计八位二极管循环点亮，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。
3.方案选择
利用74LS138选通发光二极管发光。
利用74LS161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。
74LS161计数必须有时钟脉冲，如何获得时钟脉冲：
一、函数发生器获得；
二、555定时器可以产生方波；
三、LM358设计成方波发生器。
因为在电子设计这门课程中，我们做过LED闪烁灯，产生方波的原理前面实验报告中已经有所介绍，所以决定采用555定时器产生方波，而且频率更容易控制。
到此，所需设计已经完成，但如果加上数码管显示第几个LED灯发光，还需要将信号进行译码，才能输出显示数字。采用4511芯片驱动数码管，功耗比较低。
4.原理框图
5.主要元器件介绍
5.1 74LS138
74LS138 为3 线－8 线译码器，其工作原
理如下：
●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。
●若将选通端中的一个作为数据输入端时，
74LS138还可作数据分配器。
5.2 74LS161
74LS161是常用的四位二进制可预置的
同步加法计数器。
当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、
Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异
步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，
在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端
Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端P3，P2，P1，P0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清
零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。
5.3 555定时器
555 定时器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。
5.4 4511
4511芯片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。
6.电路设计及计算
总的设计思想：电路分模块进行，最后再整合。
6.1发光二极管电路设计
所选取的红色发光二极管，导通压降为1.5-2V ，
取1.5V 计算，导通电流为2-5mA, 如图所示，最大R=(VCC-1.5)/2=1.75k Ω,最小R=（VCC-2）/5=700Ω,但做实际电路时限流电阻取470Ω电阻，所以仿真及原理图绘制时都选取的470Ω。
数码管限流电阻选择220Ω.
6.2 74LS138译码电路，在A2A1A0手动控制高低电平测试灯的亮灭是否符合要求，如图所示，测试的是000信号和101信号 。
6.3 000-111脉冲序列设计
采用反馈置数法，产生000-111脉冲序号，时钟脉冲外部接入，原理图如图所示
6.4 矩形波发生器
利用555定时器构成多谐振荡电路，由RC 电路充放电公式计算得：
T 1=0.7（R 1+R 2）C, T 2=0.7R 2C T=T 1+T 2.
通过计算可得到一定频率，一定占空比的方波信号，此处C=0.1μF,如右图所示
6.5 数码管显示电路
采用4511七段显示译码器，显示第几个灯在闪烁，信号从A 0A 1A 2A 3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
7.电路仿
7.2 仿真结果分析
Y0-Y7输出波形如上图所示，由于Y0-Y7高低电平的变化，所以LED灯会闪烁变化，但必须脉冲频率在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。
8.protel电路图
9.PCB图
9.1 Toplaer层
9.2 Bottomlayer层
9.3 双层
10.硬件电路参数测试
11．总结
这学期的电子设计课让我感受很深刻，从虚拟平台到实物都有涉及，不仅让我学到了Multisim和Protel的使用，还让我体会到焊接也是一门技术，提高了我的动手能力。仿真时让我了解到这一种设计思想是否可行，还能更直观的看出一些电压电流参数，但是，当我做硬件时，遇到了不少的问题，首先我搭建第一个模块，即74LS138选通LED灯，手动置地置高来验证这一模块是否完成，在焊接每一根线时，都用万用表短路档测试导线是否连通，第二步焊接74LS161模块，先用实验室的函数发生器手动植入脉冲，调节成功，最后是矩形波发生器的设计，利用555定时器设计矩形波，这一部分让我感受到了仿真与硬件完全不同，仿真时可调电阻50kΩ，电容0.1μF就够了，但是当我这样接上时，LED灯全部闪，且全部亮着，看不到循环流动，知道阻容参数选错了，频率太高了。所以想计算1Hz的频率，开始用0.1μF电容计算：T=0.7（R1+2R2）C=1s，代人C得，R1+2R2=14MΩ,去市区没有买这么大的电阻，觉得应该改电容比较合适，所以就选了10μF的电容,R1+2R2=140 kΩ,如果R2=50kΩ，R1=40kΩ，觉得这样可以了，于是在原来基础上并联一个电容，灯就循环闪动了。