霓虹燈控制電路設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)電工電子基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練說明書目錄引言 21設(shè)計(jì)意義及要求 31.1 設(shè)計(jì)意義 31.2 設(shè)計(jì)要求 32方案設(shè)計(jì) 42.1 設(shè)計(jì)思路 42.2 方案設(shè)計(jì) 42.2.1 仿真軟件介紹 42.2.2 設(shè)計(jì)方案一電路圖 52.2.3 設(shè)計(jì)方案二電路圖 62.3 方案比較 73部分電路設(shè)計(jì) 83.1 脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì) 83.2 紅.綠燈控制電路設(shè)計(jì) 93.3 藍(lán)燈控制電路設(shè)計(jì) 113.4 紅綠藍(lán)三色燈電路 114調(diào)試與檢測(cè) 124.1 調(diào)試中故障及解決方法 124.2 調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果 125仿真操作步驟及使用說明 13結(jié)束語 14參考文獻(xiàn) 15附錄電路圖 16本科生電工電子基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練成績(jī)

2、評(píng)定表 18自從發(fā)明燈泡以來，各種各樣的燈被發(fā)明出來，各種各樣的彩燈也開始出現(xiàn)。直到1898 年6月，霓虹燈被英國(guó)化學(xué)家拉姆賽發(fā)明了出來?，F(xiàn)代都市的夜晚，隨處可見五彩繽紛的霓虹燈。每當(dāng)夜幕降臨時(shí)，華燈初上，五顏六 色的霓虹燈就把城市裝扮得格外美麗。仔細(xì)觀察，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，這些霓虹燈都是按照一定的 規(guī)律變化的。那么，怎樣才能控制這些霓虹燈按照這些規(guī)律變化呢？這次，我們就設(shè)計(jì)了 一個(gè)簡(jiǎn)單的霓虹燈控制電路，控制一串彩燈按照一定的規(guī)律閃爍。231設(shè)計(jì)意義及要求1.1 設(shè)計(jì)意義作為電氣專業(yè)的學(xué)生，我們對(duì)電工電子都應(yīng)該有一定的了解。 之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)過了電 工電子實(shí)習(xí)的課程，對(duì)電工和電子的一些相關(guān)知識(shí)有了感性認(rèn)

3、識(shí)，加深了電類有關(guān)課程的 理論知識(shí)，熟悉了一些電工及電子常用元件及其基本性能；掌握了電子元件的焊接、電氣 元件的安裝、連線等基本技能。但是，這只是一些基礎(chǔ)，我們應(yīng)該學(xué)會(huì)根據(jù)所學(xué)的知識(shí)自 己設(shè)計(jì)出能夠?qū)崿F(xiàn)一些簡(jiǎn)單功能的電路。 因此，我們要參加這次的電工電子基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練。參加這次強(qiáng)化訓(xùn)練，不僅加強(qiáng)了我們對(duì)電工電子的認(rèn)識(shí)和了解，而且，使我們對(duì)電路 原理.數(shù)電.模電的知識(shí)有了更加直觀的認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)過程中，不僅培養(yǎng)了我們靈活運(yùn)用所 學(xué)知識(shí)的能力，還學(xué)到了很多書本上沒有的知識(shí)。1.2 設(shè)計(jì)要求1）現(xiàn)有9只彩燈，紅綠藍(lán)紅綠藍(lán)紅綠藍(lán)， 排成一條直線，設(shè)計(jì)一控 制電路，要求彩燈能實(shí)現(xiàn)如下追逐圖案；2）紅綠2種燈

4、從前往后驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮閃爍，每 0. 6秒往前進(jìn)一步；3）藍(lán)燈從后往前驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮閃爍，每 0. 6秒進(jìn)一步；4）霓虹燈控制工作狀態(tài)按照上述 2至3步自動(dòng)重復(fù)循環(huán)，另外，還可以自行編制各 種彩燈追逐圖案。2方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)思路根據(jù)設(shè)計(jì)要求，紅綠兩種一共六個(gè)燈從前往后點(diǎn)亮閃爍，藍(lán)燈三個(gè)從后往前點(diǎn)亮閃爍。因此，電路可以分為脈沖信號(hào)發(fā)生電路和控制電路；控制電路又可以分為兩部分，一部分 控制紅綠六個(gè)燈，一部分控制三個(gè)藍(lán)燈。電路系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。脈沖信號(hào)為周期0.6秒的方波，可以用555芯片為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出來。燈要依次點(diǎn)亮閃爍，因此控制電路采用 4位雙向移位寄存器74LS194來進(jìn)行設(shè)計(jì)。紅.綠燈一共六個(gè)，

5、具控制電路采用兩個(gè)74LS194芯片串聯(lián)而成8位移位寄存器實(shí)現(xiàn)。藍(lán)燈三個(gè)，具控制電路用一塊 74LS194芯片即可實(shí)現(xiàn)。圖2.1 系統(tǒng)框圖2.2 方案設(shè)計(jì)2.2.1 仿真軟件介紹Multisim 是美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司推出的以 Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適 用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描 述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工作頁面如下圖所示2.2.2 設(shè)計(jì)方案一電路圖vce設(shè)計(jì)方案一是個(gè)人方案。脈沖信號(hào)由NE555S片構(gòu)成的多諧振蕩電路產(chǎn)生，脈沖信號(hào)周期 0.6秒。74LS194工作在右移工作狀態(tài)。紅.綠燈控制電路部分，兩芯片

6、9管腳均接“1”，使芯片工作在右移狀態(tài)；芯片1的SR 端接“1”，芯片1的Q3輸出端接到芯片2的SR端，芯片1.2的ABCD俞入端分別接 “01111111”，構(gòu)成8位移位寄存器；寄存器在上升沿觸發(fā)后輸出狀態(tài)為 “01111111”，在連續(xù)脈沖信號(hào)上升沿的觸發(fā)下，由于芯片1的SR端接“1”，寄存器輸出依次變?yōu)椤?0111111” “11011111” “11101111” “11110111” “11111011”；當(dāng)輸出為 “11111011” 時(shí)，兩芯片 S0.S1端輸入同時(shí)變?yōu)椤?”，寄存器切換到置數(shù)的工作狀態(tài)，由于輸入為“ 01111111”，脈沖信號(hào) 上升沿觸發(fā)后，寄存器輸出變?yōu)椤?

7、1111111”，之后不斷循環(huán)變化。寄存器輸出通過非門依 次連接到紅.綠燈，紅.綠燈便從左到右依次閃爍。藍(lán)燈控制電路部分，由于藍(lán)燈只有三個(gè)，一塊74LS194芯片即可，原理同紅.綠燈控制 電路類似，只是QA.QB.QCK次從右往左接三個(gè)藍(lán)燈，即可實(shí)現(xiàn)藍(lán)燈從右到左依次閃爍。2.2.3 設(shè)計(jì)方案二電路圖V8-1- BW一IhSiSjmTU 1AL11LED1LI-MLE0r LECHL EG9LEM Ll；D3l£EKLEEH LEDl«i=D1WU13 0R2.531 NQT1< 、0 >10o6llWS> WOiQ100100 100Q4-德設(shè)計(jì)方案二是小

8、組方案此方案設(shè)計(jì)增加了一紅一綠一藍(lán)三個(gè)燈，十二個(gè)燈同樣按照紅綠藍(lán)的順序排列，變化規(guī)律不變。方案二脈沖信號(hào)發(fā)生電路依舊采用 NE555S片構(gòu)成的多諧振蕩電路。方案二控制電路使用74LS160計(jì)數(shù)芯片和3-8線譯碼器74LS138構(gòu)成；74LS160實(shí)現(xiàn) 從0到7的計(jì)數(shù)功能，輸出二進(jìn)制信號(hào)給 3-8線譯碼器，譯碼器Y0-Y7依次輸出“01111111”到“11111110'的信號(hào)，通過非門接到八個(gè)紅.綠燈，八個(gè)紅.綠燈便從左 到右依次點(diǎn)亮閃爍。根據(jù)變化規(guī)律，每個(gè)藍(lán)燈都跟隨某兩個(gè)紅 .綠燈變化，因此將對(duì)應(yīng)的 紅.綠燈的輸入信號(hào)通過與門接到藍(lán)燈，便可實(shí)現(xiàn)藍(lán)燈從右往左依次點(diǎn)亮閃爍。2.3 方案比

9、較設(shè)計(jì)方案一和二的脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路采用了同樣的 555多諧振蕩電路。方案一使用了 4個(gè)芯片和11個(gè)非門，方案二使用了 3個(gè)芯片9個(gè)非門和4個(gè)與門, 但方案二的電路中有12個(gè)燈，由此可見方案二更簡(jiǎn)單實(shí)用一些。方案一 555多諧振蕩電路輸出的脈沖信號(hào)源要提供給三個(gè)芯片，信號(hào)傳輸過程中容 易失真，而方案二只需要提供給一個(gè)芯片做脈沖信號(hào)，信號(hào)更穩(wěn)定。其次，由于方案二所用芯片比較少，在實(shí)際應(yīng)用過程中，電路出錯(cuò)或損壞的幾率比 較小。3部分電路設(shè)計(jì)3.1 脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)脈沖信號(hào)由基于NE555芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路產(chǎn)生NE555S片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和真值表唯/一-且11 15gR 口THTRaJ %0XXX

10、X尋通0101導(dǎo)通0 J1<4211原態(tài)感念11<lj/ .3 CC10故止1NE55闔成的多諧振蕩電路多諧振蕩電路輸出方波信號(hào)，信號(hào)周期 T=0.7(R1+2R2)C2設(shè)計(jì)要求信號(hào)周期 0.6s,因此R1=8.2k歐，R2=39k歐，C2=10微法3.2 紅.綠燈控制電路設(shè)計(jì)采用4位移位寄存器74LS194芯片74LS194管腳圖0 12 3 SDQ Q Q Q1 Rs cR o 1 2 3 L p3bd D D dslc16.I J I I. I 1 I IVccQ0 Qj Qa Q5CPSi74LS19474LS194真值表TRUTH TABLE0FG RATINGINPUT

11、SourruTCPMRSI勃DB良DSL口巾8QjR”對(duì)XLXXXXXLLILHcMd <Do MorningXHUhore 2)i (Note- 2)XXX%QlqzqaShift Lett*.Hl(NW 3)X1K41粼。3LrHhi(N«t* 2)XhXQi,12qsHShftRMTH13士 君h1XXLAiM2+-Hl(h*de &hhXH*聃皺P»itei LoadTHhhXX%丸電的NOTES：1i H ：= High Wltsg*h High watog Le«i Qnt Set-up He Pri« To The Lw 蛉

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13、Th* Hfh 2 Law uranwi-tcm erf th* SO and】 SI Inputs b th- CD74HC1W CD74HCT1-&4 ihoukU only plan Mil- CP High fgrCm田Mi酬學(xué)Qm僚15DI¥k> ei非門可采用74LS04芯片74LS04管腳圖和真值表RI RJ n?m FiJ M4>J L>J r°i Ld lllLd Ld Ld djuInputOutputAYL HH LH - High Lolc Lev&IL - Low Logic Level控制電路如下圖74LS194

14、C工作原理：兩芯片9管腳均接“1”，使芯片工作在右移狀態(tài)；芯片 1的SR端接“ 1”，芯片1的 Q3輸出端接到芯片2的SR端，芯片1.2的ABCD俞入端分別接“ 01111111”，構(gòu)成8位移 位寄存器；此時(shí)，寄存器初始輸出狀態(tài)為“ 01111111”，在脈沖信號(hào)上升沿的觸發(fā)下，由于 芯片 1 的 SR端接 “1”，寄存器輸出依次變?yōu)?“10111111”“ 11011111”“11101111”“ 11110111” “11111011”；當(dāng)輸出為“11111011”時(shí)，兩芯片S0.S1端輸入同時(shí)變?yōu)椤?”，寄存器切換 到置數(shù)的工作狀態(tài)，由于輸入為“01111111”，脈沖上升沿觸發(fā)后，寄存

15、器輸出變?yōu)椤?1111111”，之后不斷循環(huán)變化。寄存器輸出通過非門依次連接到紅.綠燈，紅.綠燈便從 左到右依次閃爍。3.3 藍(lán)燈控制電路設(shè)計(jì)原理同紅.綠燈控制電路類似。AL3.4 紅綠藍(lán)三色燈電路由于設(shè)計(jì)的寄存器電路輸出相當(dāng)于低電平有效，因此每個(gè)燈前面都需要加一個(gè)非 門，將有效的低電平轉(zhuǎn)換成高電平，使對(duì)應(yīng)的燈亮。除此之外，為防止發(fā)光二極管燒壞，每個(gè)發(fā)光二極管都要串聯(lián)一個(gè)限流電阻，這里 選用100歐的電阻。R& 100R11O段-XR11OD3XXL唆閆， R91OOD8(7， LfelY: 8006R 1. D tR7100D2*a 二 L.LEEy4調(diào)試與檢測(cè)4.1 調(diào)試中故障及解

16、決方法開始，設(shè)計(jì)的電路圖的發(fā)光二極管部分，發(fā)光二極管正極接了vcc負(fù)極依次直接接在了寄存器的輸出端，運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，燈不亮或者只亮一兩個(gè)。分析原因，可能是因?yàn)榘l(fā)光二極管負(fù)極和寄存器輸出端均為輸出，不能接到一起，因 此，將發(fā)光二極管正極接非門然后接到寄存器輸出端，發(fā)光二極管負(fù)極接地。再次運(yùn)行， 發(fā)現(xiàn)每次循環(huán)的最后一個(gè)燈亮的時(shí)間比較長(zhǎng)。查閱資料后分析原因發(fā)現(xiàn)置數(shù)端輸入接錯(cuò)了， 應(yīng)該按照如下方法接：紅.綠燈控制電路 兩個(gè)芯片置數(shù)端S1應(yīng)接非門后接到芯片2的QB輸出端；藍(lán)燈控制電路部分芯片 S1接非 門后接到芯片的QC輸出端。將錯(cuò)誤按照上述方法修改后再次運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)仿真運(yùn)行結(jié)果正常。其次，調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，點(diǎn)

17、亮的彩燈在切換到下一個(gè)時(shí)切換的瞬間上一個(gè)彩燈會(huì)頻率 極快的閃爍幾下。思考討論后認(rèn)為是芯片輸出的方波信號(hào)不足夠穩(wěn)定，之后給發(fā)光二極管 串聯(lián)上限流電阻后，閃爍消失，恢復(fù)正常。4.2 調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果將故障解決后，調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果正常：紅.綠六個(gè)燈從左到右依次點(diǎn)亮閃爍，三個(gè)藍(lán)燈從右往左依次點(diǎn)亮閃爍。說明設(shè)計(jì)方案符合要求，設(shè)計(jì)成功。5仿真操作步驟及使用說明運(yùn)行時(shí)，首先將開關(guān)S1閉合，然后點(diǎn)擊軟件的運(yùn)行按鈕即可進(jìn)行仿真運(yùn)行。或者先點(diǎn)擊軟件的運(yùn)行按鈕，然后再將開關(guān) S1閉合。要結(jié)束仿真運(yùn)行，點(diǎn)擊軟件運(yùn)行停止按鈕即可。印口目前，人類社會(huì)已進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)的時(shí)代，世界各國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，而競(jìng)爭(zhēng)的根本 就是人才的競(jìng)爭(zhēng)，

18、特別是具有創(chuàng)新能力的高級(jí)專門人才的競(jìng)爭(zhēng)。我國(guó)當(dāng)今正處在建設(shè)有 中國(guó)特色社會(huì)主義的偉大時(shí)代，這“必將是知識(shí)不斷創(chuàng)新，新事物、新業(yè)績(jī)不斷涌現(xiàn)的 時(shí)代，必將是百舸爭(zhēng)流，人才輩出的時(shí)代” 。21世紀(jì)的中國(guó)需要高素質(zhì)的創(chuàng)新人才，而 高等學(xué)校是培養(yǎng)人才，生產(chǎn)和傳播新知識(shí)、新思想的重要基地。作為當(dāng)代大學(xué)生，我們應(yīng)該具有創(chuàng)新精神。而這次電工電子基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練，要求我 們采用不同的方案設(shè)計(jì)出具有同樣功能的電路。而且沒有可以參考的電路，只能根據(jù)自 己所學(xué)的知識(shí)并將其加以整合，設(shè)計(jì)出所要求的電路。這，就極大地鍛煉了我們的創(chuàng)新 能力。除此之外，在設(shè)計(jì)過程中，我們自學(xué)了仿真軟件的使用，也查閱了很多資料，同 時(shí)，要與小組成員互相討論。在這個(gè)過程中，我們不僅學(xué)到了很多知識(shí)，而且加強(qiáng)了自 學(xué)能力，還培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作能力。1吳友宇.數(shù)字電子電路與邏輯設(shè)計(jì).科學(xué)出版社.2013.32祁存榮，陳偉.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（數(shù)字部分）武漢理工大學(xué)教材中心3蔣黎紅，黃培根.模電數(shù)電基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及Multisim7仿真浙江大學(xué)出版社20074周新民工程實(shí)踐與訓(xùn)練教程（電工電子部分）武漢理工大學(xué)出版社2009.85何緒蒞，曾發(fā)柞.脈沖與數(shù)字電路.成都：電子科技大學(xué)出版社6包亞萍主編.數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)技術(shù).中國(guó)水利出版社，口朱寶華主編.