基于数字集成电路流水灯的设计

　　当今时代是一个新技术层出不穷的时代，尤其是在自动化智能控制的电子领域，给人们的生活增添了色彩，也带来了方便和舒适。比如五颜六色的广告流水灯每到晚上把许多娱乐场所，理发店、宾馆、饭店、公司的门外点缀得格外迷人。制作流水灯的方法有多种，有传统的分立元件，由数字逻辑电路构成的控制系统和单片机智能控制系统等。对于第一种方法，虽然电路简单，但性能不稳定，工作可靠性差;而第三种方法对于电子技术初学者来说，难度又偏大，因此下面根据多年的教学经验来介绍由数字集成电路控制的流水灯的设计方法。

　　1 设计的任务要求

　　采用边沿JK触发器(74LS112)、D触发器(74LS74)和3-8线译码器(74LS138)构成一个流水灯电路。要求系统共有8个灯，其效果始终是7亮1暗，且这1暗灯循环下移或者上移。

　　2 设计的思路与电路组成框图

　　首先应用74LS112和74LS74中3个触发器构成异步八进制加法或减法计数器;再将输出端Q2Q1Q0分别与74LS138(3-8译码器)的地址码输入端A2A1A0相连，使译码器相继译码。其电路组成框图如图1所示。

　　3 电路工作原理

　　3.1 电路原理

　　电路原理图如图2所示，该系统为8路流水灯控制器，它的控制形式为7亮1暗，且这1暗始终是从上至下移动，如此反复循环，形成流动效果。该电路由电源、时钟脉冲产生电路、加法计数器、译码及LED显示系统等五部分组成。

　　3.2 各部分电路功能

　　3.2. 1 电源电路

　　电源电路中，220 V市电通过变压器降压成12 V的交流电，后经过VD1～VD4组成的桥式整流电路整流和Ct滤波，再经7805稳压到5 V直流电压作为时钟脉冲产生电路和计数器及译码显示电路的电源。

　　3.2.2 时钟脉冲产生电路

　　时钟脉冲产生电路主要是为计数器提供时钟脉冲，它是由555定时器构成的多谐振荡器，如图2所示。

　　其中，R1，R2和C3是外接定时元件，那么当接通电源瞬间，由于电容C3来不及充电，致使电容器C3两端电压为低电平，即555的第2和第6脚电位小于电源电压的1/3，故555的第3脚输出为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C3充电，使第2和第6脚电位按指数规律上升，当第2和第6脚电位上升到电源电压的2/3时，第3脚输出翻转为低电平，放电管VT导通，此时电容C3充电结束，开始通过R2和放电管放电。随着电容C2放电的不断进行，其两端电压逐渐下降，当降到电源电压的1/3时，输出又变为高电平，放电管VT截止，电源再次对电容C3充电，这样经过电容C3的不断充电和放电，在输出端可得一系列的矩形脉冲。由上分析可知，电容的充电过程实质为电容两端电压从1/3Vcc上升至2/3Vcc这段时间，故充电时间为：T充=0.7(R1+R2)C3，而电容的放电是指电容两端电压从2/3Vcc降至1/3Vcc这段时间，放电时间为：T放=0.7R2C3。可见，电路一旦起振后，电容两端电压始终在(1/3～2/3)Vcc之间变化，其振荡周期为：T=T充+T放=0.7(R1+2R2)