霓虹灯控制电路设计

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1、课程设计作为实践教学的一个重要环节，对提高学生的创新能力有着重要的作用。通 过这次课程设计，学生不仅能加强对理论知识的理解，而且提高了学生的动手能力，除此 之外，还提高了学生解决问题的能力。随着社会的不断发展，广告的地位和影响日益壮大，尤其实在当今的经济时代，很多 的商品都是依靠广告来引导消费者的。因此，广告作为一种很重要的媒介，已经成为了社 会宣传的主导方式。由于起多样性决定了其巨大的开发空间。霓虹彩灯作为广告的一个重要元素，也渐渐成为广告的灵魂，也成为了城市夜景一道 靓丽的风景线。刚刚学完了数电知识，正好通过这次课程设计，进一步巩固了理论知识，而且全面掌 握了课设的基本流程，此外，分析与解

2、决问题的能力也得到了相应的提升。此次设计我们用到了 555构成的秒脉冲发生器，74LS194, 74LS161, 74LS139以及逻 辑门电路来实现方案，充分利用了模电和数电的知识来不断解决实验过程中发现的问题， 这也是这次课程设计的目的和意义所在。1. 设计意义及要求1.1 设计意义在日常生活中，霓虹彩灯已成为一道靓丽的风景线。灯的种类繁多，变化多样，所以 霓虹彩灯的设计具有重大的实际意义。学校安排此次课程设计，不仅让我们联系了所学知识，加以应用和分析，而且提高了 自我分析问题解决问题的能力并加强了团队合作的精神。通过这次课程设计，我熟悉了各种元件的功能及用法，也锻炼了思维能力，最值得说

3、的是，我们讲所学知识转化为实物，得到了极大的成就感和满足感。1.2 设计要求现有9只彩灯，红一绿一蓝一红一绿一蓝一红一绿一蓝一排成一条直线，试设计一控制电路，要求彩灯能实现如下追逐图案：1）红绿 2 种灯从前往后驱动点亮闪烁，每 06 秒往前进一步；2）蓝灯从后往前驱动点亮闪烁，每 06 秒进一步；3）霓虹灯控制工作状态按照上述 2至 3步自动重复循环。2. 万案设计2.1设计思路霓虹灯3种颜色的灯都需要产生0.6秒的变化跳动，所以必须给电器元件1.67Hz的脉 冲信号。考虑到这点，首先很简单想到555定时器构成的多谐振荡器，因为多谐振荡器可 以根据调节电阻与电容值产生不同的输出脉冲信号，使用

4、方便，易于设计。再观察设计要 求可发现红绿灯从前至后0.6秒有规律跳动，蓝灯从后至前0.6秒跳动，三种灯变化频率 相同，闪亮的时刻也相同。所以可以考虑设计一个循环输出信号，输出端与发光二极管相 连，这样既满足题意，设计又简单。2.2方案设计2.1.1设计方案一（个人方案）电路图如下上图左边是用555设计的脉冲振荡器，产生1.67HZ的脉冲信号输入CT74LS194中， 然后通过74LS194输出四进制循环信号。其中输出端Q0接1、2、9号灯，Q1接4、5、6 号灯，Q2接3、7、8号灯，再加上一个三输入的或非门74LS27，或非门输入端与74LS194 的三个输出端QO、Q1、Q2相连，输入端

5、与S1相连，这样就能产生循环发光的霓虹灯。2.1.2设计方案二（小组方案）电路图如下本电路是由555定时器组成0.6s的脉冲信号，用一片74LS161制作成4进制计数器。 用一片74LS139四进制译码器分别控制9盏灯。其中第1、2、9号灯接74LS139的Q0输 出端，第4、5、6号灯接74LS139的Q1输出端，第3、7、8号灯接74LS139的Q0输出 端。当74LS161计数产生00,01,10, 11信号并送到74LS139, 74LS139控制灯按顺序闪烁。 2.2.3方案比较方案一直接利用了移位寄存器74LS194的右移循环功能，方案二利用了计数器 74LS161和译码器74LS

6、139译码器实现了循环右移的功能。两个方案各有伯仲。3. 部分电路设计3.1555构成的脉冲发生器介绍脉冲产生部分电路:w-Ri：iQCi.iLDCTRETHLU1LR10图3.1脉冲产生电路555定时器的引脚图:心VCC R D847VI163VI2 251voVoVicGND图3.2 555定时器引脚图功能表：输入输出阈值输入(VI1)触发输入(VI2)复位(R D)输出(Vo)放电管Txx00导通2 Vcc3Vcc311截止2 Vcc3Vcc310导通2 V cc31不变不变表3.1 555定时器功能表如图3.1所示，该部分电路是由555定时器构成的一个多谐振荡器，它能够产生连续 的脉冲

7、信号并且频率是可以调节的。接通电源后，电容C没充电，当VC上升到时，使V0为低电平，同时放电三极管T导 CC通，此时电容C通过R2和T放电，VC下降。当VC下降到3到时，V0翻转为高电平。电 容器C放电所需的时间为:tPL=R2Cln 20.7R2CVcc2VCC当放电结束后，T截止，VCC将通过Rl、R2向电容器C充电，VC由3上升到3所需的时间为：2VtpH= (R1+R2) Cln 20.7 (R1+R2) CCC当VC上升到3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端 就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如下图所示，其震荡频率为f t +1(R + 2R ) C=p

8、L pH 12这样，我们可以通过改变电容和电阻的数值就可以算出特定的频率。题目要求的是2赫兹，这样我们可以得到R1=26.5KQ，R2=30KQ，C=10叮。3.2 CT74LS194引脚图及功能介绍具有移位功能的寄存器成为移位寄存器。一位功能是指寄存器中所存代码能够在一位 脉冲的作用下一次进行左移或者右移。只需要改变左、右移位的控制信号便可实现左移位 或者右移位要求的移位寄存器称为双向寄存器。CT74LS194是一种功能比较齐全的双向移位寄存器。它具有清除、保持、并行输入、 右移位串行输入和左移位串行输入数据等五种功能。其引脚图与功能表如下图：引脚图:1 16VCXD和C215n Qd3Ud

9、BXDu匚? 10JGNh匸g53 Mo图3-3功能表:输入输出功能说明CLK$ % 门lJ aer1erer10XX XXX0000异步清o10 1.X00e;G；Qc右移10 1X1La;G；0右移1t1 (10 X(J左移1.车1 a1XQ；Qce;1左移11I IXXABcD并行输入1于0 0XXQa0；Qc图34本次设计所用的为循环右移功能。当Si=0So=1 SR与Q2相连，置入一个初始数据1000，在连续加4次脉冲，194芯片就可以实现循环右移。根据方案一电路图知，CT74LS194芯片得到了 1.67Hz脉冲，通过CT74LS194产生了循 环四进制输出信号，使得二极管可以循环

10、发光。3.3 74LS27功能介绍74LS27为三组3输入端或非门（正逻辑）引出端符号1A-3A输入端1B-3B输入端1C-3C输入端1Y-3Y输出端逻辑图如下双夕I直插封装功能表如下 = A + B+CInputsOutputABCYLLLHXKHLXHXLHXXL4调试与检测4.1调试中故障及解决办法调试中遇到了两个问题。第一次发现多谐振荡器设计正确，连线也正确，但是在proteus上面无法产生脉冲信 号。检验了好几遍不知道什么问题，后来经过和小组其他成员的讨论，猜想是由于接地， 电源这两种画图没有统一标注，画的比较随便。经过同意与调试之后，终于成功的将多谐 振荡器调整好了。第二次在振荡器

11、调整好之后，CT74LS194接受的输入脉冲信号正确，右循环连接线路 也好正确。可彩灯就是不亮。排查好久终于发现是接地符号没有用导线与二极管相连，没 有产生电气节点。调整了一下接地符号的位置，电路就开始循环了。4.2调试与运行结果D1LMJ-R EBD2LED-GRBEMD3LED-REiDOD9点击运行，第一组红绿灯亮，第三组蓝灯亮；然后第二组红绿蓝灯亮；接着第一组蓝 灯亮，第三组红绿灯亮；然后全灭，再至第一组红绿灯亮，第三组蓝灯亮，三组彩灯发生 循环变化，设计成功。结束语 本次课程设计，我从中收益良多：首先，这次的广告彩灯控制电路的设计，综合运用了数电所学的各种元器件，并且巩 固了数电理论

12、知识，以及提高用理论联系实际的能力。这次的课程设计，加强了我的动手、 思考和解决问题的能力。其次，在这次课程设计中，我了解了以前一知半解的东西，比如一些芯片的用法，如 74LS194、74LS161等芯片的功能及用法。第三，为了这次的课程设计，我专门学习了 proteus软件，对其基本操作有了深入的 了解与掌握。而且，通过这次的学习，我的自学能力也得到了进一步的提升。第四，在做小组方案时，出现了很多的意见与分歧，但在经过激烈讨论之后我们达成 了共识。这个过程让我意识到了团队合作的重要性，并且学会了如何去分配工作，如何去 解决设计过程的问题。第五，通过这次课设，我基本掌握了课程设计的流程，过程中

13、要学会如何去学习你没 有遇到过的东西，如何去调试过程中出现的问题，这些都是关键，并且要在此基础上不断 创新，这就是我们可是的目的与意义所在。第六，做实物的时候，一定要有耐心，认真调试，才能得出正确的结果。遇见问题要 冷静对待，从调试中获得一份快乐和一份知识，这样才能更好的锻炼自己的能力。第七，痛苦是必不可少的过程，但只要坚持，付出就会有收获，这样才能感受到成功 的喜悦。对我而言，知识上的收获很重要，精神上的满足也令我十分开心。挫折是一份财富， 经历是一份拥有，通过这次的课设，我真真正正的学习懂了书本上所没有的知识和宝贵的 经验。参考文献1 康华光.电子技术基础-数字部分（第五版），高等教育出版，2006.12 王兰君.新编电工使用电路 500 例,河南科学技术出版社3 何绪芃，曾发柞.脉冲与数字电路 . 成都：电子科技大学出版社，2001.14 祁存荣，陈伟.电子技术基础实验（数字部分） 武汉理工大学教材中心5 邓勇.数字电路设计完全手册.北京： 国防工业出版社。6 梁宗善 .新型集成电路的应用 -电子技术基础课程设计，华中理工大学出版社2007.12