1. 设计要求
采用 74LS138芯片，实现 8 位流水灯循环点亮电路。
2. 题目分析
74LS138为 3-8 线译码器，它的工作原理是：①当一个选通端（ 1）为高电平，另两
个选通端 2和 3 为低电平时，可将地址端（ 0、 1、 2）的二进制编码在 0至 7 对应 的输出端以低电平译出。举例说明：如果 A2A1A 0=001，那么 Y1输出 0，其余输出 1，发光
二极管阴极接 Y0-Y7，阳极接 VCC，接上限流电阻，则 Y1 端发光二极管发光。
课题要求设计八位二极管循环点亮，则需要一系列脉冲序列，使得 21 0电平发生
变化。即依次选通 Y 0-Y7，脉冲从 000-111 。
E
E
E
A
A
A
Y
Y
A
AA
3. 方案选择
利用 74LS138 选通发光二极管发光。
利用 74LS161产生 000-111 脉冲控制 74LS138的 A 2A 1A 0，依次选通 Y0-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。
74LS161 计数必须有时钟脉冲，如何获得时钟脉冲： 一、函数发生器获得；
二、555 定时器可以产生方波； 三、LM 358设计成方波发生器。
因为在电子设计这门课程中，我们做过 LED闪烁灯，产生方波的原理前面实验报告中 已经有所介绍，所以决定采用 555 定时器产生方波，而且频率更容易控制。
到此，所需设计已经完成，但如果加上数码管显示第几个 LED灯发光，还需要讲信号
进行译码，才能输出显示数字。采用 4511 芯片驱动数码管，功耗比较低。
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4. 原理框图
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5. 主要元器件介绍
5.1 74LS138
74LS138 为 3 线－ 8 线译码器，其工作原 如下：
当一个选通端（ 1）为高电平，另两个
E
理
通 （ 应
选 端（ 2） 和 （ 3） 为低电平
E
E
时，可将地址端 A0、A1、A2）的二进制编码在 Y0至 Y7 对 的输出端以低电平译出。
若将选通端中的一个作为数据输入端时， 74LS138还可作数据分配器。
5.2 74LS161
74LS161 是常用的四位二进制可预置的 同步加法计数器。
当清零端 CR=“0”，计数器输出 3、
Q
Q
2、 Q1、Q0立即为全“ 0”，这个时 候为异
步复位功能。当 CR=“1”且 LD=“0”时，在 CP信号上升沿作用后，
74LS161输出端 Q3、 Q2、Q1、 Q0的状态分别与并行数据输入端 D3，D2，D1，D0 的状 态一样，为同步置数功能。而只有当 CR=LD=EP=E“T=1”、 CP脉冲上升沿作用后，计 数器加 1。 74LS161 还有一个进位输出端 CO，其逻辑关系是 CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。 合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片 74LS161可以组成 16 进制以下的任意 进制分频器。
5.3 555 定时器
555 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 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3 ，2 的反相输入端的电压为 VCC /3 。若触发输入端 TR 的电压小于 VCC/3 ，则比较器 C2 的输出为 0，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 C1 的输出为 0， C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。
C
5.4 4511
4511 芯片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
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以十进制数显示，主要驱动共阴数码管。
6. 电路设计及计算
总的设计思想：电路分模块进行，最后再整合。
6.1 发光二极管电路设计
所选取的红色发光二极管，导通压降为 1.5-
如图所示，最大 R=(VCC-1.5)/2=1.75k 2V，取 1.5V 计算，导通电流为 2-5mA,
Ω, 最小 R=( VCC-2) /5=700 Ω, 但做实际电路时限流电阻取 470Ω 电阻，所以仿真及原理图绘制时 都选取的 470Ω 。
数码管限流电阻选择 220Ω.
6.2 74LS138 译码电路，在 A2A1A0 手动控制高低电平测试灯的亮灭是否符 合要求，如图所示，测试的是 号。 000 信号和 011 信
5V
5V
VCC
5V J3
ace R1 470Ω
Key = Sp U1
R2 470Ω R3 470 Ω
9
VCC
5V
LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 LED8
7
R4 470 Ω R5 470 Ω R6 470 Ω R7 470 Ω R8 470 Ω
5V
74ALS138N
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6.3 000-111 脉冲序列设计
采用反馈置数法，产生 000-111 脉冲序号，时钟脉冲外部接入，原理图如图 所示
74ALS161BN
XLA1
U2 U2
A
B
ENT
1 ~CLR QD 11 7 CLK ENP
RCO15
5V 9 ~LOAD
V1
2
1kHz 5V
VCC 5V
CQT
VCC 5V
R11 10k Ω
U3
6.4 矩形波发生器
利用 555 定时器构成多谐振荡电路，由 路充放电公式计算得：
T1=0.7 （ R1+R2） C, T=0.7RC
2
2
RC电
TRI CON
VCC
3
OUT RST
7
LM555CN DIS
6
THR 2
T=T1+T2.
通过计算可得到一定频率，一定占空比的方
波信号，此处 C=0.1μF, 如右图所示
5
R10 10k Ω C2
0.1
C1 GND 0.01 μF 1
6.5 数码管显示电路
采用 4511 七段显示译码器，显示第几个灯在闪烁， A0A 1A 2A 3输信号
从 分别接数码管的 ABCDEFG连, 接数码管和 入， a,b,c,d,e
要限流电阻 4511 还需 ,f,g,
220Ω. DA
CK
DB
DC DD ~EL ~BI ~LT
OE
R13 R12
220 220 220 220 220 220 220
U6
U4
1
R14 R15 R16 R17 R18
5V
OA 26 OC 6
OD 5
OF 4
OG 3
OB13 12 11 10 15 14
5V
VCC 4511BP
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7.电路仿真及结果分析
7.1 电路仿真
R11 10Ω k R10 10Ω k
U6
R13 22ΩR12 22Ω0 0
R14 22
Ω0 R15 22Ω
0 R16 22Ω0
U4
7
13
OADA
1OBD1B22OCD1C1 6O
1D0 354D3 E15O
OF Ω0 R18 22Ω0 ~EL O R17 22VCC 14
~~LBTIOG4511BP_5V O
VCC 5V
R1 47Ω0
LED
5V LS161BN
VCC5V
8U3 VCC 3
RSTOUT DIS THR TRI CON
74 A
A B QB
QD
10 ENT ~CLR CLK
5YYY316 Y10
9 Y27
C2
C1GND .01 μ
LM555CN
R8 47Ω0 LED8
7.2 仿真结果分析
Y0-Y7 输出波形如上图所示，由于 Y0-Y7 高低电平的变化，所以 LED灯会闪
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烁变化，但必须脉冲频率在 1KHz 以下，以便人眼能够识别，计数器产生 000-111
13
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脉冲输入 74LS138的输入端，实现 0
Y
-Y
7 的选通，从而实现上述功能。
8.protel电路图
VCC
R1
10K VC
U1
P1S1V C
2
1 SW-SPST 13 0.1uF C3
DIS
Head2er 15
U2 4
1R03K
RST
RCO
GND 6 QA
14 QAU3
62
TRIG THR QB 13 QBQA 7 12
A 2
TRIG
QC 11 QCQB 1
QC 2 BCD C2
63
10uF 8 +VCC QD
4
BI
4 LT
VCC 55 LE LM555CN 4511
GND GND
SN74LS161A
VC D3
R2
470 D4
R4 470 D9 GND
R6 470
1DS1 D6
R8
470 U5 ab 190 b 1Q 9c8QB A K K 8 d 5 cd
dD5
R10470
D5 470 14A 15 13 Y1 QC
e4 e2 f
D8
70
12 Y2 11 Y3
E14GNDg
7 3R14
D7
470
10 Y4
E2 56DP E3 6 VCC R16470
9 Y5
DpyRed-9.PCB图
7 74LS138 Y6 Y7
CC
9.1 Toplaer 层
9.2 Bottomlayer 层
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A B 12 b1 C 11 c1 D E 10 d1 9 e1 F G 15 f1 14 g1 R5
220 a1 R7
220 b1 R9 220 c1
R11
220 d1 R13 220 e1 R15
220 f1 R17
220 g1
9.3 双 层
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10.硬件电路参数测试
输入电压（ V ） 5.00~5.01 输入电流（ mA ） 37.9~39.1 11．总结
这学期的电子设计课让我感受很深刻，从虚拟平台到实物都有涉及，不仅让我学到了
Multisim 和 Protel 的使用，还让我体会到焊接也是一门技术，提高了我的动手能力。仿真 时让我了解到这一种设计思想是否可行，还能更直观的看出一些电压电流参数，但是，当 我做硬件时，遇到了不少的问题，首先我搭建第一个模块，即 74LS138 选通 LED 灯，手 动置地置高来验证这一模块是否完成，在焊接每一根线时，都用万用表短路档测试导线是 否连通，第二步焊接 74LS161 模块，先用实验室的函数发生器手动植入脉冲，调节成功， 最后是矩形波发生器的设计，利用 555 定时器设计矩形波，这一部分让我感受到了仿真与
硬件完全不同，仿真时可调电阻 50kΩ，电容 0.1μ F 就够了，但是当我这样接上时， LED 灯全部闪，且全部亮着，看不到循环流动，知道阻容参数选错了，频率太高
μ
了。所以想计 12 R1+2R2=14M Ω,去市区没有买这么大的电阻，觉得应该改电容比较合适，所以就选了 10μ F ,R1+2R2=140 kΩ, R2=50kΩ，R1=40k Ω，觉得这样可以了，于是在原来 基础上并联一个电容，灯就循环闪动了。
算
的频率，开始用
电容计算：
（
）
，代人
得，
1Hz0.1FT=0.7R+2RC=1sC
的电容如果
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