霓虹灯电路设计课程报告

目录
绪论 (1)
1 结构设计与方案选择 (2)
2 霓虹灯控制电路方案及选择 (2)
2.1 霓虹灯控制电路系统结构 (2)
2.2 方案设计 (2)
2.2.1 设计思路 (2)
2.2.2 采用74LS195芯片的霓虹灯控制电路 (5)
2.2.3 采用两片D触发器组成的异步计数器霓虹灯控制电路 (6)
2.3 两种方案的比较 (7)
2.4 方案一的介绍 (8)
2.4.1 74LS195芯片介绍 (8)
3电路调试 (9)
3.1 调试中出现的问题及解决措施 (9)
3.2 调试运行结果 (9)
结束语 (11)
参考文献 (12)
摘要
霓虹灯：夜间用来吸引顾客，或装饰夜景的彩色灯，所以用“霓虹”这两种美丽的东西来作为这种灯的名字。

霓虹是英文NEON的音译。

本文将对基础的霓虹灯电路进行设计，在多种设计方案中进行比较，筛选出最优方案，并对该方案进行分析和讲解。

之后本文对该方案的实际操作性进行验证，并总结归纳实际操作中遇到的问题，优化方案。

在最后，本文就本次课程设计的经历，进行了归纳总结。

关键词：电路设计
霓虹灯控制电路设计
1 设计任务及要求
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；
红绿2种灯从前往后驱动点亮闪烁，每0．6秒往前进一步；
蓝灯从后往前驱动点亮闪烁，每0．6秒进一步；
霓虹灯控制工作状态按照上述2至3步自动重复循环，另外，还可以自行编制各种彩灯追逐图案。

2 霓虹灯控制电路方案及选择
2.1 霓虹灯控制电路系统结构
霓虹灯控制电路要实现定时闪烁功能，必然需要由一个脉冲信号发生器来发生规则的脉冲信号波形，然后通过一个控制电路，分送给不同的彩灯，使彩灯能够间隔闪烁，实现彩灯追逐的效果。

霓虹灯控制电路结构如图1-1所示。

图1-1 霓虹灯控制电路结构框图
2.2 方案设计
2.2.1 设计思路
彩灯闪烁间隔为0.6秒，所以需要产生一个周期为0.6s的信号脉冲。

利用555芯片很容易就可以达到这一要求。

控制电路需要实现将脉冲信号依次输入到霓虹灯显示电路中的功能。

红绿两种灯从前往后闪烁，蓝灯从后往前闪烁，也就是说第n组红绿灯与倒数第n组蓝灯同时亮，所以可以将最前面的红绿灯与最后的蓝
灯编为一组，将第二组红绿灯与倒数第二组蓝灯并为一组，以此类推实现霓虹灯显示电路的连接。

555定时器的引脚图：
GND
图2-1 555定时器引脚图
图2-2 脉冲信号发生器电路图
功能表：
表2-1 555定时器功能表
如图2-1所示，脉冲信号发生器其实就是由555芯片构成的一个多谐振荡器，它能够产生频率可调的连续脉冲信号。

翻阅《电子技术基础 数字部分（第六版）》可知
C
R C R t pL 227.02ln ≈=
C
R R C R R )(7.02ln )(t 2121pH +≈+=
目标频率为1.67Hz ，通过计算可得R1=26.5K Ω，R2=30K Ω，C=10f μ。

C
R R t t f pH pL
)2(43
.1121+≈
+=
霓虹灯显示电路如下：
图2-3 霓虹灯显示电路图
2.2.2 采用74LS195芯片的霓虹灯控制电路
本电路由一块555计时器构成一个脉冲信号发生器，产生频率为1.67Hz的脉冲信号，输入到74LS195移位寄存器中，同时将QA、QB与接地端同时通过一个三输入或门，通入74LS195芯片的置数端进行反馈，重新置入一个100信号，输出三进制循环信号。

QA接1、2、9号灯，QB接4、5、6号灯，QC接7、8、3号灯，实现霓虹灯的循环闪烁。

图2-4 使用74LS195的霓虹灯控制电路图
2.2.3 采用两片D触发器组成的异步计数器霓虹灯控制电路
本电路由一片555芯片输出频率为1.67Hz的脉冲信号，经由两片D触发器组成的异步计数器，输入一个二四译码器，从而输出一个四进制循环信号，分别接
入三组（9个）LED灯，实现霓虹灯的循环闪烁。

图2-5 使用D触发器组成异步计数器的霓虹灯控制电路图
2.3 两种方案的比较
两种方案都使用了555芯片来构成脉冲信号发生器，同时也使用了红灯绿灯与相对应的蓝灯一组的显示电路的接法。

所以两种方案的区别就在于中间控制电路的不同。

方案一采用了74LS195芯片，是通过一片移位寄存器控制输出信号，同时还使用了一块三输入或门来进行反馈，相对方案二中使用了两个D触发器和一个二四译码器，使用芯片较少，节约了开发经费。

而在电路功能方面，方案一输出的是三进制的循环信号，红绿彩灯和蓝色彩灯循环追逐，十分流畅。

反观方案二，输出的是四进制循环信号，红绿彩灯和蓝色彩灯交替闪烁一轮后会有一个信号使三色彩灯均不亮，虽说加入适当的反馈可以解决这种情况，但加入反馈后，该控制电路会变得更为复杂，耗费更多资源，而且也不方便后期的检修工作。

参考了成本和功能两个方面，可以得出结论：方案一相较于方案二更优秀。

2.4 方案一的介绍
2.4.1 74LS195芯片介绍
74LS195为四位双向移位寄存器。

当清楚端为低电平时，输出端为低电平。

当移位/置入控制端为低电平时，并在并行数据输入端送入数据，在时钟上升沿作用下，QA~QD 与A~D 相一致。

此时串行数据被禁止。

当S/LODA 为高电平，在CLOCK 上升沿作用下进行右移操作，数据由J 、K 送入。

本次设计中将清零端接高电平，使其功能无效化，将J K端接低电平，使用195芯片的循环右移功能。

当QA、QB、QC都没有输出时，QA、QB与接地端同时接入一个三输入或门，接入置数端，将100信号置入QA、QB、QC中，QA由0变1，置数端变为高电平，开始循环右移的功能，当QA、QB、QC输出为001时，QA和QB首次同时为0，由三输入或门反馈给置数端，重新置入100，便实现输出三进制循环信号，将这个三进制循环信号接入三组彩灯中，便可以实现彩灯的追逐效果。

3 电路调试
3.1 调试中出现的问题及解决措施
在调试中，出现了红绿灯亮但蓝灯不亮的问题，经过检查，电路连线正确，芯片功能正常，三色彩灯在单独接电源时也可以正常使用。

在反复地调试及检验后，我们小组成员发现红绿彩灯的管压降基本相同，而蓝色彩灯的管压降明显高于红绿彩灯，当这三种彩灯并联时，由于压降低的二极管起到钳位作用，将电平锁定在低位，二极管导通时的电平不能再升高，因此蓝色二极管不能点亮。

经过了反复的讨论和分析，我们在红绿彩灯前各加了一个压降为0.7v的二极管，实现了三色彩灯同时闪烁，解决了问题。

3.2 调试运行结果
点击运行后，LED1、LED2、LED9同时亮，随后熄灭，并且LED4、LED5、LED6同时亮，随后熄灭，并且LED7、LED8、LED3同时亮，如此循环，实现了红绿蓝彩灯相互追逐的效果。

设计成功。

结束语
经过本次课程设计，我觉得我收获到了很多。

本次设计的课题是《霓虹灯控制电路设计》，设计中不得使用单片机，所以本次设计是对我数电知识的一次求知与总结。

在设计环节，我运用了我在本学期学到的数字电路的相关知识，学习了Multisim的使用，并上互联网搜寻了相关芯片的资料，三者相结合，才设计出了报告中两种不同的电路。

虽然第二种方案相对于第一种方案有缺陷，但是在设计的过程中，开阔了我的视野，使我的设计思路不再局限于移位寄存器中，对我有着非常大的帮助。

在小组的实物接线环节中，组员各司其职，我享受到了团队合作的快乐，在一次次的接线，排查，检修中，我的动手能力得到了提高，对于数电知识的掌握不再只是书本或者Multisim中的纸上谈兵，而是真真切切的反映在了这一块不大不小的电路板上。

在最后制作出实物，看见红绿蓝三色彩灯交替闪烁，相互追逐的时候，我获得了一种极大的成就感，相信和我同组的同学也是同样的感受。

经过一次次的连线失败，烧坏了一盏盏彩灯甚至芯片，最后终于将实物展现在眼前，这是多么令人自豪！
反思本次课程设计，其中有许多次的失败，但在这许多次的失败中，我获得了成长，学会了品尝失败带来的教训，学会了在失败中汲取经验，在失败中巩固知识。

感谢本次课程设计给了我这次机会来做一份属于我自己的作品，这是一次令人难忘的回忆。

参考文献
[1]康华光.电子技术基础.数字部分——6版.北京:高等教育出版社,2014.1
[2]/p-253823818.html
[3]/html/s357/2008-06/439942.htm
[4]https:///p/34dDjOA.html。