霓虹灯控制电路设计

武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书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。武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书21.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－绿－蓝－红－绿－蓝－红－绿－蓝―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0．6秒往前进一步；2）蓝灯从后往前驱动点亮闪烁，每0．6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。武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书32.方案设计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Q0、Q1、Q2相连，输入端与S1相连，这样就能产生循环发光的霓虹灯。武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书42.1.2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74LS139译码器实现了循环右移的功能。两个方案各有伯仲。武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书53.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：图3.1脉冲产生电路555定时器的引脚图：GND图3.2555定时器引脚图84763251VCC_RDVI1VI2vo'VoVic武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书6功能表：输入输出阈值输入（VI1）触发输入（VI2）复位（_RD）输出（Vo）放电管Txx00导通32vcc3vcc11截止32vcc3vcc10导通32vcc3vcc1不变不变表3.1555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导通，此时电容C通过R2和T放电，VC下降。当VC下降到3CCV到时，V0翻转为高电平。电容器C放电所需的时间为：tPL=R2Cln2≈0.7R2C当放电结束后，T截止，VCC将通过R1、R2向电容器C充电，VC由3CCV上升到32CCV所需的时间为：tpH=（R1+R2）Cln2≈0.7（R1+R2）C当VC上升到32CCV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=pHtt1pL≈CRR）（21243.1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=26.5KΩ，R2=30KΩ，C=10f。武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书73.2CT74LS194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：图3-3武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书8功能表：图3-4本次设计所用的为循环右移功能。当S1=0S0=1SR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发光。武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书93.374LS27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输出端逻辑图如下功能表如下武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书104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。武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书11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。武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书12参考文献[1]康华光.电子技术基础-数字部分（第五版），高等教育出版，2006.1[2]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，2001.1[4]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