8路彩灯设计电路

一、概述
多功能流水灯因其具有高效节能、美观耐用等特点，而被广泛应用于节日、广告装饰，同时也为家居、庭院、休闲广场等装饰增添了不少色彩。

要求运用所学的数字逻辑知识设计一个8路彩灯控制电路。

8路彩灯控制电路功能描述：首先点亮第一盏灯，在第一盏灯熄灭之后，点亮第二盏灯，在第二盏灯熄灭之后，再去点亮第三盏灯，依次类推，直到点亮第八盏灯，看上去的效果就像亮点从第一盏灯依次流向第八盏灯，然后全部熄灭，反复循环这一过程。

理论部分已用Multisim软件进行仿真，完全符合要求。

二、方案论证
设计一个8路彩灯控制电路，利用8进制计数法器依次输出一个低电平信号，每个信号对应一盏彩灯，控制每盏灯依次点亮然后灭掉，以此循环，做成一组流水灯。

方案一：
方案一原理框图如图1所示。

其中8进制计数电路是利用74LS161N十进制计数器改变而成，通过产生1000的输出信号的状态进行异步置零，完成8进制循环，由一片74LS138芯片进行译码，来输出信号控制彩灯。

图1 8路彩灯电路的原理框图
方案二：
基本实际思路不变，采用74LS160芯片，但是其输出信号由两片74LS138芯片进行控制，其中一片进行3-8进制译码，另一片控制循环。

本设计采用方案一，只用两片主要芯片74LS161和74LS138，节省资源。

三、电路设计
1.多谐振荡器电路
采用555定时器，输出一个周期的脉冲。

由多谐振荡器的周期公式
T=(R1+2*R2)*Ln2*C可知。

要求灯亮的时间为100ms-120ms，所以输出脉冲的周期也为100ms-120ms之间。

本实验选取的6欧的R1，5欧的R2，10uF的电容，所以输出周期为111.7ms的脉冲。

多谐振荡器电路图如图2。

图2 多谐振荡器示意图
对于多谐振荡器调试情况如图3。

图3 多谐振荡器电路输出信号调试图
2.8进制计数电路
本设计采用74LS16110进制计数器，输出端口为QA,QB,QC,QD（QD为高位）。

产生0000至1111十六个信号，由于实验内容要求8盏流水灯点亮与熄灭，所以只需利用0000到0111八个信号即可，由于74LS161芯片是异步置数，所以在输出信号为1000时利用反向器74LS04把QD端口的信号反馈到LD`端，把初始信号重新置为0000，完成八进制循环输出。

ENT,ENP端口均接在高电平VCC端，使芯片处于工作状态。

CLR端接在高电平VCC 端，不产生置零作用。

QD端经过74LS04反相器输入到LOAD（LD）端，完成八进制循环作用，CLK端接受多谐振荡器输出的脉冲。

74LS161芯片电路图如图4。

图4 74LS161芯片连接示意图
3.译码器电路
本设计译码器电路采用74LS138芯片，有芯片使能控制端G1，G2A，G2B3个端口，A、B、C三个信号输入端口以及Y0-Y7八个输出端口。

G1口接74LS161芯片QD 端经过反相器输出的信号，当74LS161芯片输出信号为0000-0111是，G1口均为高电平，74LS138芯片开启；当74LS161芯片输出信号为1000时，QD端输出高电平，G1口接受低电平，74LS138芯片关闭达到一轮流水灯亮过之后全部熄灭的效果。

G2A,G2B 口均接地。

A、B、C三个端口分别接受从161芯片QA、QB、QC三个端口输出的信号，译为0-7八个数字信号，分别从Y0-Y7八个端口输出。

译码器电路图如图5所示。

图5 译码器电路连接示意图
4.二极管电路
驱动电路是接受74LS138芯片8个输出口的信号经过74LS04芯片反向输出分别连接在8个发光二极管上，每个二极管都串联上一个100欧的电阻，八个输出共同接地。

电路图如图6所示。

图6 二极管电路连接示意图
设计要求灯管点亮的时间为100ms-120ms，二极管发光时间电路调试图如图7。

图7 二极管发光时间调试电路
由图可以看出，发光二级管的发光时间为109.848ms，符合设计要求。

四、性能的测试
1.多谐振荡器的测试
2.二极管电路测试
五、结论
对于8路彩灯设计电路来说，最重要的是如何设计8进制循环算法和对于控制彩灯点亮时间的计算，即多谐振荡器周期的计算。

本设计完全
按照所给要求设计，使等点亮的时间完全符合要求（100ms-120ms）。

六、性价比
相比于市场上的彩灯，本设计流水灯性价比较高，只利用了74LS161和74LS138两个主要芯片和两片反相器74LS04芯片即可，元器件较少功耗低，比较节省资源。

而且8个流水彩灯循环流动比单一彩灯更具有观赏性，8盏彩灯循环流动解决审美疲劳问题又具有现代化气息。

对于我的第二种方案来说，第一方案少了一片74LS138芯片，但是功能没有丝毫减少，更加节省资源。

七、课设体会及合理化建议
对于这次课程设计我感慨比较深刻。

刚开始做课程设计的时候认为这个方案很简单，并没有任何心理负担。

但是初步连接完成后发现二极管无法循环点亮，对此我很是不解，后来去找老师答疑，老师说没有用上芯片的使能控制端导致无法循环。

经过老师教导以后我发现我的基础知识还有好多欠缺，眼高手低。

于是我又翻阅了有关章节，对那部分不熟悉的知识进行温习，了解到了我需要的内容。

然后对那个我自认为简单的程序调试了一整天终于成功了。

从此次课程设计中我学会了要谦虚，正如乔布斯所说的：stay hungry，stay foolish。

永远都不能自满，没有什么都会的人，学习过的知识你也不一定能完全掌握。

所以以后我要在学习中改变一下自己的态度问题，希望在学业中更进一步。

建议：对于我们大学生的课程设计，可以选一些和现代科技接轨的一小部分课题中比较简单的部分来给学生做，也可以给学生一些老师，教授们做的课题中简单部分。

这样即可以锻炼学生的实践能力，也可以让学生接触到更多现代化知识，有助于将带我们踏入社会更好的接触社会。

参考文献
1．刘修文主编.实用电子电路设计制作.[M]北京：中国电力出版社，2005年
2．朱定华主编.电子电路测试与实验.[M]北京：清华大学出版社，2004年
3．路勇主编.电子电路实验及仿真.[M]北京：北方交通大学出版社，2004年
附录I 总电路图
电路总图
附录II 元器件清单。