数电大作业流水灯
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
○1555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
（R1+2R2）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
的同相
电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C
1
的反相输入端的电
输入端的电压为 2VCC /3，C
2
压为VCC /3。

若触发输入端 TR 的电压小于VCC
/3，则比较器 C
的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。

如
2
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
C
1的输出为 0，C
2
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：
○2 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A
2A
1
A
，依次选通Y
-Y
7。

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
○374LS138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（E
1）为高电平，另两个选通端E
2
和E
3
为低电平时，
可将地址端（A
0、A
1
、A
2
）的二进制编码在Y
至Y
7
对应的输出端以低电平译出。

举例说明：如果A
2A
1
A
=001，那么Y
1
输出0，其余输出1，经过取反之后Y1为1，
其余为0，因此只剩下与Y1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A
2A
1
A
电平发生变化。

即依次选通
Y
0-Y
7
，脉冲从000-111。

○44511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。

○5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A
0A
1
A
2
A
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数码管驱动电路如下
5.整体电路仿真及结果分析
○1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：
○2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Y
0-Y
7
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
○174LS163四位二进制计数器
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=B，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。

○274LS190十进制加减计数器
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0010 0100，“4”相当于给计数器置0000 0100。

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0000 0000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。

○3电路的显示部分：
4.整体电路仿真及结果分析
○1整体电路仿真
○2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。