《霓虹灯控制电路设计报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《霓虹灯控制电路设计报告（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、引言 课程设计作为实践教学的一个重要环节，对提高学生的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，尤其是在当今的经济时代，很多的商品都是依靠广告来引导主流消费的。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。由于其多样性决定了其巨大的开发空间。广告彩灯作为广告的一个重要元素，也渐渐成为广告的灵魂，也成为了城市夜景的一道亮丽的风景线。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定时器构成的秒脉冲发生器，74LS138，74LS161,JK触发器以及各种逻辑门电路来实现我的方案，充分利用了模电和数电的知识来不断地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，广告灯也已成为了一道亮丽的风景线。灯的种类繁多，变化多样，所以设计广告灯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。而且提高自我分析问题的能力并加强了团队合作的精神。 通过这次设计，我熟悉各种元件的用法和功能，也锻炼了思维能力，最值得说的是：我们将所学
3、知识转化为实物，得到了极大的成就感和满足感。1.2 设计要求设计一控制电路，要求彩灯能实现如下追逐图案： 1) 第一层3只红灯右移，每灯亮的时间为08秒； 2) 第二层3只蓝灯右移，每灯亮的时间为08秒； 3) 第三层3只黄灯右移，每灯亮的时间为08秒； 4) 三色彩灯同时右移，每组灯亮的时间为16秒； 5) 三色彩灯同时左移，每组灯亮的时间为16秒；6) 彩灯控制电路工作状态按照上述2至6步自动重复循环。2 方案设计2.1 设计思路 利用555定时器组成产生0.8s脉冲信号，通过JK触发器组成的分频电路将信号分为1.6s，用三片移位寄存器74LS194分别控制三种颜色不同的灯的亮灭。用一片7
4、4LS161和一片数据选择器74LS153组成序列号产生电路，产生的信号“0001”作为移位寄存器右移的输入信号，而“0000”作为移位寄存器左移的输入信号。用一片74LS161和一片译码器74LS138作为数据发生器，产生的信号作为移位寄存器S0和S1的控制信号，控制移位寄存器左移，右移和保持的功能。 黄灯 蓝灯 红灯 移位寄存器移位寄存器移位寄存器0000或0001 译码器 时钟信号 数据选择器 计数器 计数器CP图1 总体方框图 本电路主要由4部分组成：脉冲输出电路所控制的序号信号产生部分，作为移位寄存器的数据输入端；控制移位寄存器左移、右移的信号产生部分；移位寄存器部分，实现了灯的左移
5、右移功能；由555定时电路和分频电路组成的脉冲输出部分。在555定时电路和分频电路产生的脉冲的触发下，计数器的Q0和Q1作为数据选择器的地址端，在左移和右移的情况下分别产生序列信号“0000”和“0001”，作为移位寄存器的数据输入，在脉冲的触发下，74LS194将信号接纳进去，实现数据的传递，从而实现灯泡的追逐效果。而计数器74LS161和译码器74LS168组成的部分中，计数器被设计成为为五进制，这是由于三个移位寄存器有五个状态。而译码器有八个信号，可以根据真值表，得到移位寄存器控制输入端的最简逻辑表达式，并将译码器相应的信号端引出，通过门电路组成所需要的信号，来控制移位寄存器的左移、右移
6、和保持的功能。移位寄存器的输出端接有9个灯，为了实现其追逐的效果而有555定时电路组成的多谐振荡器产生的0.8S的输出信号，作为单层右移的脉冲。通过JK触发器组成的分频电路将0.8S的信号分为1.6S的信号作为三排灯同时左移右移的脉冲。2.2 方案设计 1） 我们小组总共设计了五套方案，五套方案有所区别也有相似。我的个人方案，设计原理图如下： 图2 个人方案原理图 该电路中左移右移的输入端均是由数据选择器的输出提供，但其输出有两种情况，“0000”和“0001”，在全部右移结束时，1X0的输入由1变为0，所以在左移的过程中只有一个高电平，可以实现左移追逐。但这个电路也有缺点，在左移完成时，移位
7、寄存器其实仍为左移，所以在左移完成时，还要等待一段时间才能将左移变为右移。2） 小组方案设计原理图如下： 图3 小组方案原理图 此方案是用单片机做的，电路原理图比较简单 ，连好电路图后只要根据设计要求编写程序，最后将程序导入单片机，即可运行，但编写程序时，一定要小心，而且在编写的过程中不段的调试，直到程序无误后，将其导入单片机，如果运行时，发现功能仍然没有实现，要再次修改程序，根据电路图所选的端口的顺序和设计的功能要求，修改程序，在不断的调试中得到正确的结果。2.3 方案比较个人方案中，由于曾中义和冯梦华的芯片用的是十位的，所以他们所用的芯片最少，但其门电路过多，他们的设计思路有所相似，而我和
8、陶海洋的方案思路和他们的有所不同，但我们的两套方案有那个点，都是通过同样的移位寄存器来实现，但是在信号的采集上有所不同，另外在脉冲的产生电路和分频电路也有所区别。小组方案跟个人方案比较，电路图相当简单，但是编程的调试过程是比较困难，一定要小心。所以各有优缺点。3 部分电路设计3.1 脉冲输出电路3.1.1 0.8s信号产生 下图是由555定时器构成的秒脉冲发生器，它可以产生矩形方波： 图4 555定时器构成的秒脉冲发生器 根据555定时器的功能表可知,由555定时器构成的多谐振荡器,接通电源后，电容C被充电，当VC上升到2/3VCC时，触发器被复位，同时发电BJT, T导通，此时VO为低电压，
9、电容C通过R2和T放电，使VC下降。当VC下降到（1/3）VCC时，触发器又被置位，VO翻转为高电平。电容器C放电所需的时间为： tPL=R2Cln2 可近似看成tPL=0.7R2C当C放电结束时，T截止，VCC将通过R1、R2向电容器C充电，VC由（1/3）VCC上升到（2/3）VCC所需的时间为： tPH=(R1+R2)Cln2 可近似看成tPH=0.7(R1+R2)C而当VC上升到（2/3）VCC时，触发器又周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为： f=1/( tPL +tPH) 可近似看成f=1.43/(R1+2R2)C555定时器引脚图如图5所示，555定时器功能表如表1
10、所示： VCC DIS TH CO87655551234 GND TR OUT RD图5 555定时器表1 555定时器功能表输入输出阈值输入（V11）触发值（V12）复位（RD）输出（VO）放电管T00导通(2/3)VCC(2/3)VCC(1/3)VCC10导通(1/3)VCC1不变不变 信号分频及选择 本电路需要的信号有两种，0.8s和1.6s，且在全部移动时采用1.6s的信号，因此要对0.8s的信号进行分频，再根据采集的信号选取相应的时钟信号。 图6 信号分频及选择JK触发器下降沿有效，J=K=1时，每来一个脉冲变化一次，因此它的输出是1.6S的信号，当Y3与Y4同时为1，根据电路，可以
11、知道此时为单层灯移动，另外根据分频电路可以知道此时输出的也为0.8s的信号，而当Y3和Y4中有一个0时，电路为全部左移或全部右移的过程。此时电路输出的也为1.6s的信号，实现了分频和信号的选择的过程。1） JK触发器的管脚图和真值分别如图7所示：Q Q91615141312111012345678VCC 1RD 2RD 2CP 2K 2J 2SD 2Q 74LS1121CP 1K 1J 1SD 1Q 1Q 2Q GNDSD J CP K RD 图7 JK触发器管脚图 表2 JK触发器真值表JKQn+1逻辑功能00Qn 保持010置0101置111Qn翻转2） 74LS00与非门的管脚图如图8所示，真值表如表3所示： 图8 74LS00管脚图 表3 74LS00的真值表 3） 74LS04非门的引脚图如图9所示，真值表如表4所示： 图9 74LS04非门的引脚图 表4 74LS04非门的真值表
