12路流水灯控制电路

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。

二、方案设计

1 原理框图

图1 12路流水灯设计原理图

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。

555多谐振荡电路

74LS161计数部分

LED 显示部分

74HC154译码电路部分

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1/3V CC与2/3V CC。

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：

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

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