广告灯控制器.doc

赣南师院
物理与电子信息学院
数字电路课程设计报告书

姓名： 陈祯祯
班级：电子信息工程09级
学号： 090802048
时间： 2011年 6 月 3 日

广告灯控制器
一、设计任务与要求
本广告灯控制器是应用所学的电信专业知识把彩灯可以呈现多种形式的变化，以增强广告得宣传效果。
该广告灯是由三盏灯泡E1,E2,E3,呈现多种不同得亮灭状
态按照“轮流点亮，依次点亮，闪亮”的方式循环点亮的，即:E1 亮→E2亮→E3亮 →E1亮→E1E2亮 →E1E2E3亮 →E1E2E3灭→ E1E2E3亮→ E1亮 →E2亮
→........以此进行循环点亮，呈现8种状态闪亮。
二、总体框图
1、电路组成及原理
外部电源
图一 电路的总体框图

↓
555多谐振荡器
数据选择器
灯 E1

↓
计数器
数据选择器
灯E2

数据选择器
灯E3

2、功能模块
(1)、外部电源 给下部元器件的运行提供电源

(2)、555多谐振荡器 是利用555定时器接成多谐振荡器来产生时序脉

冲【可调频率】

(3)、计数器 是对时钟脉冲进行计数，在时钟脉冲下产生不同的状态，

具有预置数，清零等功能。

(4)、数据选择器 在信号得传输过程中，从一组数据中选出某个来，让

被选中的通过，没有被选择得截止。

(5)、灯泡 对于不同的输入的信号，对应得产生不同的亮、灭情况.

3、设计思路

在接有+5V的电源下，555多谐振荡器来产生时序脉冲【可通过调节

变阻器得阻值来改变输出频率】，时钟脉冲有CLK端进入同步二进制计数器

中开始计数（000~1110），计数器当清除端为低电平时，在时钟端（CLK）

上升沿作用下，才可完成清除功能。163 的预置是同步的。当置入控制端

（L OAD）为低电平时，在CLK上升沿作用下，输出端（QA-QD）与数据

输入端（A－B）相一致。当计数脉冲输入给数据选择器74151时，数据选

择器对输入得数据进行选择；数据选择器1对输入的000--011--100--101--

111 进行数据选择器2对输入的 001--100--101--111 进行选择，数据选择

器3对输入的 010--101--111 进行选择，对应的数据选择器1。2.3.把所选

择来数据分别接到负载灯E1.E2.E3.上给出不同的输入状态，对应的E1。E2。

E3。显示不同的亮、灭情况。呈现多种形式得变化

三、选择器件

1、555 定时器
555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一

般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，

除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源

电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出

驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路

电平兼容。

555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就

可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变

换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测

量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分

别如图 4 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 /3555 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 A1 的反相输入端的电压为

2VCC/3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电

压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，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 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将

RS触发器置 0，使输出为 0 电平。

555的应用：

（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅

等；

（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路；

(3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲 信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路，频率变换电路、自动控制电路等

1、555多谐振荡器

(1) 555的逻辑框图

图二

(2)、555结构图

它是由比较器C1和C2，SR锁存器和集电极开路的放电三

极管TD三部分组成，如下图。

图三电路结构图
VI1是比较器C1的输入端（也称阈值端。用TH标注），VI2是比较器

C2的输入端（也称触发端，用TR'标注）。C1和C2的参考电压（电压比

较的基准）VR1和VR2由Vcc经三个5000欧的电阻分压给出。在控制电

压输入端Vco悬空时，Vr1=2/3Vr2, Vr2=1/3Vcc.如果Vco外接固定电压，则

VR1= Vco，VR2=1/2Vco.RD'是置零输入端。只要RD'上加上低电平，输出

端Vo便立即被置成低电平，不受其他输入端的影响。正常工作时必须使

RD处 于高电平。

由上图知，当VI1>VR1，VI2>VR2时，比较器C1的输出Vc1=o,

比较器C2的输出Vc2=1,SR锁存器被置成0，TD导通，Vo为低电平

当VI1<VR1，VI2<VR2时，Vc1=1，Vc2=1，SR锁存器状态 保持不

变，TD导通，Vo为低电平

当VI1<VR1，VI2<VR2时，Vc1=1，Vc2=0，锁存器被置成1，TD 截止，

Vo为高电平。

当VI1>VR1，VI2<VR2时，Vc1=0，Vc2=0，锁存器处于Q=Q'=1的状态，

TD导通，Vo为低电平。

(3)、555的功能表、波形图

‘

图五、六555的功能表、波形图

2、4位二进制同步计数器74163

简要说明

163 的清除是同步的。当清除端（CLR）为低电平时，在时钟端

（CLK）上升沿作用下，才可完成清除功能。
＿＿＿＿＿＿ ＿
163 的预置是同步的。当置入控制端（L OAD）为低电平时，CLK

上升沿作用下，输出端（QA-QD）与数据输入端（A－B）相一致。对于
54/74163，当CLK由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端（ENP、ENT）

为高电平，则L OAD应避免由低至高电平的跳变，而其它两种结构形式无

此种限制。

163 的计数是同步的，靠CLK同时加在 4 个触发器上而实现。当

ENP和ENT均为高电平时，在CLK上升沿作用下QA-QD同时变化，从而

消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于 54/74163，只有当CLK为高

电平时ENP、ENT才允许由高至低电平的跳变，而 54S163/74S163，

54LS163/74LS163 的ENP、ENT跳变与CLK无关。

163 有超前进位功能。当计数溢出时，进位端（RCO）输出一个高

电平脉冲，其宽度为 Q0 的高电平部分。在不外加门电路的情况下可级

联成 N 位同步计数器。对于 54/74S163，54/74LS163，在CLK出现前，即

使ENP、ENT、CLR发生变化，电路的功能也不受影响。

(1)、74163 逻辑图

引出端符号

RCO 进位输出端

CLK 时钟输入端（上升沿有效）
＿＿_ _ ＿
CLR 同步清除输入端（低电平有

ENP 计数控制端
ENT 计数控制端
A－B 并行数据输入端

L OAD 同步并行置入控制端（低电平有效）

QA-QD 输出端

图七74163 逻辑图 图八

极限值

电源电压………………………………… 7V

输入电压
54/74163，54/74S163……………… 5.5V

54/74LS163………………………… 7V

ENP 与 ENT 间电压

54/74163,54/74S163………………… 5.5V

工作环境温度

54×××…………………………… -55～125℃

74×××…………………………… -0～70℃

储存温度 ……………………………… -65℃～150℃

(2)、图九为74163的原理图及时序图
　原理图

时序图

(3)CT74163功能表
表2-1　74163功能表
输 入 输 出

CP R LD P(S1) T(S2) A B C D

Ф 0 Ф Ф Ф Ф Ф Ф Ф

↑ 1 0 Ф Ф A B C D

Ф 1 1 0 Ф Ф Ф Ф .Ф

Ф 1 1 Ф 0 Ф Ф Ф Ф

↑ 1 1 1 1 Ф Ф Ф Ф

QA QB QC QD

0 0 0 0

A B C D

保 持

保 持

计 数

(4)、四位二进制同步计数器CT74163
1、外引线排列和CT74161相同
2、置数，计数，保持等功能与CT74161相同
3、清零功能与CT74161不同
——采用同步清零方式。
当R=0时，只有当CP 的上升沿来到时, 输QDQCQBQA
才被全部清零
(5)、比较四位二进制同步计数器

异步清零
同步预置
保持
计数

同步清零
同步预置
保持
计数
表2-3
3、数据选择器
数据选择器有多个输入，一个输出。其功能类似于单刀多掷开关，故又

称多路开关（MUX）。在控制端的作用下可从多路并行数据中选择一路送输

出端。数据选择器的主要用途是实现多路信号的分时传送、实现组合逻辑函

数进行数据的串-并转换。

（1）数据选择器主要品种、性能及功能

双极型数据选择器及性能见2-3，数据选择器主要品种及性能见表2-4。

表2-3中延迟时间的两个数值指数据输入D到输出端Z或的延迟时间或

使能端到Z或的延迟时间。

2-3双极型MUX主要品种及性能
功能
型号
输出
功耗（mW）
延迟时间（ns）
四2选1 MUX
74157
74LS147
原码
150
49
9，14
5，8
双4选1 MUX
74153
74LS153
原码
180
31
14，17
14，17
8选1 MUX
74151
74LS151
原、反码
145
30
8
11
16选1 MUX
74150
反码
200
11，18

表2-4 CMOS MUX的主要品种及性能

功能
型号
输出
VDD（V）
传输延迟时间 tpd（ns）
转换时间tTHL、tTLH（ns）
四2选1 MUX
74HC157
74HC158
74HC257
原码
反码
原码
5
5
5
20
20
12
10
15
15
双4选1 MUX
74HC153
74HC253
原码
原码
5
5
16
24
5
5
8选1 MUX
CD4512
原码
5
10
15
200
85
60
100
50
40

数据选择器的功能以74LS151为例说明，其功能见表2-5。

（2）数据选择器的应用

① 用数据选择器实现逻辑函数

数据选择器是典型的“与或”门阵列，用它可直接实现“与或”式逻辑函 数。

例如

又可表示为

三变量函数有8个最小项，用8选1数据选择器74LS151就可实现。

将变量A、B、C接数据选择器控制端A2、A1、A0，令D1=D2=D4=D7=1，

D0=D3=D5=D6，输出端Z实现函数F，其逻辑图示于图2-3。

表2-5 74LS151功能表
控制
使能
输出
A2
A1
A0

Z

×
×
×
1
0
1
0
0
0
0
D0

0
0
1
0
D1

0
1
0
0
D2

0
1
1
0
D3

1
0
0
0
D4

1
0
1
0
D5

1
1
0
0
D6

1
1
1
0
D7

图十 图十一

对于三变量的逻辑函数，也可用4选1数据选择器来实现，只要将其中

一个变量分离出来，加到数据选择器的输入端，其余两个变量加到控制端。

对于上例，分离出变量C，即可用4选1数据选择器实现函数。

图2-4是用双4选1数据选择器74LS153实现一位全加器的逻辑图。

②多路信号的分时传送

图2-5可以用来分时传送8路信号。发送端是8选1数据选择器

74LS151，接收端用74LS138译码器作数据分配器（DMX），该译码器与并

接一起作使能端，E3接VCC。发送端分时将输入信号送入信号公共通道。在接收

端，译码器将公共通道信号分配到各路，何时传送哪一路信号，传送到何处由公

共地址A2、A1、A0决定。

图十二

四、功能模块
1、多谐振荡器 图十四多谐振荡器
555产生的波形为时钟脉冲，得出波形为
　图十五波形图

通过调节滑动变阻器的阻值可以改变输出脉冲的宽带，进而改变灯泡得

亮，灭的时间间隔。Q=R1+R2/R1+2R2 为占空比，f=1/（R1+2R2）C Ln2

2、计数器

图十六计数器

对于输来的时钟脉冲，计数器会输出八种不同的状态（000--111）以此循环，供数据选择器选择。

3、数据选择器

图十七数据选择器

当计数器在时钟脉冲的输入下产生八种状态（000--111）以此循环时，

八种循环的状态会在数据选择器下进行筛选。

数据选择器对输入得数据进行选择；数据选择器1对输入的 000--011--

100--101--111 进行数据选择器2对输入的 001--100--101--111 进行选

择，数据选择器3对输入的 010--101--111 进行选择，对应的数据选 择器1。

2.3.把所选择来数据分别接到负载灯E1.E2.E3.上给出不同的输入状态，

对应的E1。E2。E3。显示不同的亮，灭情况。呈现多种形式得变

化。

五、总体电路图

图十八总体电路图

在接有+5V的电源下，555多谐振荡器来产生时序脉冲【可通过调节变阻器

得阻值来改变输出频率】，时钟脉冲有CLK端进入同步二进制计数器中开始计数

（000--1110），计数器当清除端为低电平时，在时钟端（CLK）上升沿作用下，

才可完成清除功能。163 的预置是同步的。当置入控制端（L OAD）为低电平时，

在CLK上升沿作用下，输出端（QA-QD）与数据输入端（A－B）相一致。当计数

脉冲输入给数据选择器74151时，数据选择器对输入得数据进行选择；数据选择

器1对输入的 000--011--100--101--111 进行数据选择器2对输入的

001--100--101--111 进行选择，数据选择器3对输入的 010--101--111 进行选

择，对应的数据选择器1。2.3.把所选择来数据分别接到负载灯E1.E2.E3.上给

出不同的输入状态，对应的E1。E2。E3。显示不同的亮，灭情况。呈现多种形

式得变化。

六、心得体会

在这两周的电子技术设计中，我做的设计课题是“广告灯控制器”。这是一种把彩灯做成可以呈现多种形式的变化，以增强广告得宣传效果。它可以用于城市路灯，商业广告，建筑等多种场所，可以呈现多种形式的变化，来吸引人们。
本次的广告灯控制器的设计实践将我学到的知识应用到了实践，深化了对数字电路设计、和模拟电子设计的认识，使我们在设计的实践中获得新知。学习了的理论知识和实践操作，我们不仅仅得到的是课本上的东西，更重要的是我们通过自己的独立动手，老师和同学的耐心指导下，让我们学会了分析电路、设计电路的步骤以及计算机辅助作图等。在此设计中利用到了三极管的放大 、光敏效应，特别是让我们温习了555触发器的知识与应用， 进一步空固和掌握前面所学的基础知识，加深对了对模拟电路.数字电路.理解，对元气件的使用更加深刻。
设计一开始不知如何下手，经过广泛查阅资料方 我们无论是生活还是学习都离不开外界的力量，当然也要有自己的努力，老师说：“做得好不好是另外一回事，但是要自己动手去做，认真思考。”我们自知这次的设计有很多的不足，做得比较辛苦效果却不是很好，很多东西平时学得也不透彻，我觉得做一次课程设计从每一个细节都在锻炼着我们。我希望我们都能从中收获良多，能把知识真正变成自己的东西。
七、参考文献：
[1] 梅慧楠, 朱中华, 程时杰. 基于park变换的UPQC检测方法研究[J]. 电力科学与工程, 2005, (01): 17-21.
[2] 赵淑范 王宪伟 电子技术实验与课程设计 清华大学出版社2006:7-32
[3] 阎石主编.数字电子技术基础 高等教育出版社2005:6-21
[4] 陈国华.74151集成电路应用200例.北京：人民邮电出版社1996年10
[5] 白彦霞，张秋菊.数字电子技术基础.北京邮电大学出版社
[6] 张兴忠.数字逻辑与数字系统--面向21世纪高等院校计算机系列教材
[7] 谢自美.电子线路设计·实验·测试[M].武汉：华中科技大学出版社，
赣南师范学院2010--2011学年第二学期数字电路课程设计
课程设计题目： 广告灯的控制
设计要求：该广告灯是由三盏灯泡E1，E2，E3构成的，呈现多种不同的亮灭状态按照“轮流点亮，依次点亮，闪亮”的方式循环点亮的。即E1亮，E2亮，E3亮，E1
亮，E1E2亮，E1E2E3亮，E1E2E3灭，E1E2E3亮，E1亮，E2亮。。。。。。
以此循环点亮，呈现八种状态闪亮。
教师评语：

教师签字：
年 月 日
行政班级 电子息工程09级 学号 _090802048_ 姓名_陈祯祯_
选课班级 电子信息工程09级 任课教师 杨汉祥 成绩_____