摘要在21世纪，电子行业的发展越来越快，其中数字电路一直是其中比较重要的一个方向。

许多户外商业广告、公益广告、节日彩灯等大多都是采用流水灯形式。

他们通过巧妙构思与创作，做出广告、各类彩灯等作品，富有创意，变化形式也很丰富，起到了宣传和美化环境的作用，同时也营造了文明氛围。

在“八位双向流水灯”设计中，作者利用廉价的数字集成器件，采用移位寄存器和计数器等，设计一种八路灯自动调节的循环灯控制器。

该循环灯控制器是由555构成的时钟信号发生器、74LS161计数器、74LS194移位寄存器组成。

关键词：555时钟信号发生器；74LS161计数器；74LS194移位寄存器AbstractIn the 21st century, the increasingly rapid development of the electronics industry, including digital circuits has been one of the more important direction. Many outdoor commercial advertising, public service announcements, holiday lights and other lights in the form mostly by water.Them through clever and creative ideas to make advertising, various types of lanterns and other works, creative, change the form of very rich, played the role of advocacy and beautify the environment, but also create a civilized atmosphere.In the "eight-way water light" design, the number of integrated devices using inexpensive, the use of shift registers and counters, to design a cycle of eight street lights automatically adjust the controller.The loop signal controller 555 constituted by the clock signal generator, 74LS161 counter, 74LS194 shift registers.Key words:555 The clock signal generator ；74LS161 timer；74LS194 shift register引言在数字电路中,中规模集成电路以其功能强大、种类繁多,得到广泛应用。

很多中规模集成电路都具有通用性,它的应用已不仅仅局限于其本身所具有的功能,如本设计的流水灯电路,就是利用中规模集成电路的功能扩展,将移位寄存器构成移存型计数器,将其输出端接到数字电路实验箱的八个LED指示上,利用实验箱上指示灯的状态,来显示设计结果。

该设计对提高学生的实验兴趣,启发学生的想象力、创造性,有一定的帮助。

本实验选用了计数器和移位寄存器等时序逻辑电路，移位寄存器的移位功能，是指寄存器里存储的代码能在移位脉冲的作用下依次的左移或右移。

因此，移位寄存器不但可以用来寄存代码，还可以用来实现数据的串行-并行转换、数值的运算以及数据处理等。

而计数器分为同步式和异步式两种，同步计数器中，当时钟脉冲输入时，触发器的翻转是同时发生的。

而在异步计数器中，触发器的翻转不是同时发生的的，有先有后。

计数器也可分为加法计数器和减法计数器，本设计选用74ls161加法计数器。

1 八位双向流水灯的功能和构成器件1.1 八位双向流水灯的功能可以变换出以下三种样式：（1）八路灯分两半，从左至右渐亮，全亮后，在分两半从左至右渐灭，循环两次。

（2）从中间到两边对称的逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边逐次渐灭，循环两次。

（3）从左至右依次渐亮，全亮后逆次渐灭，循环两次。

（4）八位流水灯能演示完上面的三种样式并用发光二极管LED模拟。

1.2 主要器件555构成的时钟信号发生器74LS161计数器74LS194移位寄存器2 电路设计原理与单元模块2.1 设计注意事项实现流水灯控制的方法很多，如EPROM编程、RAM编程、单板机、单片机等，都可以组成大型流水灯控制系统。

因为本次要求设计的流水灯路数较少，且花型变换较为简单，故采用移位寄存器型流水灯控制电路。

电路在功能相当的情况下设计越简单越好，注意布线，要直角连接，选最短路径，不要相互交叉，注意用电安全，所加电压不能太高，以免烧坏芯片和面板。

2.2 设计原理把流水灯设计分为几个独立的功能模块进行设计,每一个模块完成特定的功能,再把它们有机的组织起来构成一个系统完成流水灯控制器的设计。

系统可由三个模块组成，它们分别是：555构成的信号发生器、74LS161计数器、74LS194移位寄存器及LED二极管。

555构成的信号发生器为电路提供时钟脉冲；74LS161计数器为电路进行计数和控制；74LS194移位寄存器及LED二极管为电路的变化显示部分。

设计框图如下：2.3 设计方案首先，采用555构成的多谐振荡器提供脉冲信号，使其在脉冲信号的作用下进行样式改变。

把555构成的多谐振荡器输出的CP信号连接到74LS161计数器的CP端，使其在脉冲下，进行计数和三个样式之间的控制的改变。

74LS194移位寄存器及LED二极管主要就是显示我所想要做出来的三个样式。

它们三个样式之间的自动变化主要依靠计数器和移位寄存器的控制来起作用。

2.4 单元模块2.4.1 时钟模块为了给计数器74LS161和移位寄存器74LS194提供一个时序脉冲信号，使计数器完成计数和移位器移位，本设计采用555构成的多谐振荡电路。

555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集成电路，利用它能极方便的其他触发器，使用灵活、方便，555定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用家电、电子玩具等行业应用广泛，555定时器主要是通过外接电阻R和电容器C构成充放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。

555 定时器的外引脚排列图内部电路框图分别下图所示。

它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。

它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 。

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。

555定时器的管脚图如下图所示：图1 555定时器的管脚图Figure 1 Figure 555 timer pin它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。

一般用5V。

3脚：输出端Vo2脚：低触发端6脚：TH高触发端4脚：是直接清零端。

当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH 处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：VC为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

7脚：放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

555定时器的内部结构：图2 555定时器的内部电路图Figure 2 The internal circuit 555 timer我们只要把555定时器的v11和v12连在一起结成施密特触发器，然后再将v0经RC积分电路接回输入端就可以了。

用555定时器构成多谐振荡器电路如图所示。

电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC 通过R1和R2向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC /3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容器C通过电阻R2和D端放电,使uC 下降,降到VCC/3时,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R 1和R2向电容器C充电。

如此循环,振荡不停, 电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图所示。

图 3 555构成的多谐振荡器及波形Figure 3 555 and multivibrator composed of the waveform其周期设为1秒左右, 电阻值和电容值可设为：R 1=1K Ω ， R 2=51K Ω ， C=0.01μF 由公式计算得：T=0.721S2.4.2 74LS194八位移位寄存器模块4位双向移位寄存器74LS194，是由4个触发器FF0、FF1、FF2、FF3和各自的输入控制电路组成，该移位寄存器功能比较齐全，具有左移﹑右移﹑并行置数﹑保持﹑清除等多种功能。

74LS194共有16个管脚，各引出端功能如下：D 0～D 3为并行数码输入端；CR 为异步清零端，低电平有效，当CR 为0时，执行清零操作；D SL 为左移串行数据输入端；D SR 为右移串行数据输入端；S 1﹑S 0为工作方式控制端；Q 0～Q 3为并行数据输出端。

当S 1 S 0=00时，为状态保持；S 1 S 0=10时，数据右移；S 1 S 0=01时，数据左移；S 1 S 0 =11时，为并行送数。

此外，清除功能共五个功能。

这些功能的实现是由逻辑图中的门电路来实现的。

下图为74LS194引脚图：ou u cV 32V 31。