课程设计霓虹灯

学号：0120911360224
课程设计
题目霓虹灯控制电路设计
自动化学院
学院
专业自动化
班级自动化0902
姓名
指导教师杨莉林伟
2011 年7 月 4 日
课程设计任务书
学生姓名：专业班级：自动化0902
指导教师：杨莉林伟工作单位：自动化学院
题目: 霓虹灯控制电路设计
初始条件：
1.运用所学的模拟电路和数字电路等知识；
2.用到的元件：实验板、电源、连接导线、74系列芯片、555芯片等。

要求完成的主要任务:
1.现有12只彩灯，红－绿－蓝－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；
2.红绿2种灯从前往后驱动点亮闪烁，每0．5秒往前进一步；
3.蓝灯从后往前驱动点亮闪烁，每0．5秒进一步；
4.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。

5.严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。

时间安排：
第1天下达课程设计任务书，根据任务书查找资料；
第2～4天进行方案论证，软件模拟仿真并确定设计方案；
第5天提交电路图，经审查后领取元器件；
第6～8天组装电路并调试，检查错误并提出问题；
第9～11天结果分析整理，撰写课程设计报告，验收调试结果；
第12～14天补充完成课程设计报告和答辩。

指导教师签名： 2011年 6月26日
系主任（或责任教师）签名： 2011年 6月26日
目录
引言
1设计意义及要求 (5)
1.1设计意义 (5)
1.2设计要求 (5)
2方案设计 (6)
2.1设计思路 (6)
2.2方案设计 (6)
2.2.1方案设计一 (6)
2.2.2方案设计二 (7)
2.2.3方案比较 (7)
3部分电路设计 (8)
3.1 555构成的脉冲发生器介绍 (8)
3.1.1 555定时器构成的脉冲发生器电路及工作波形 (8)
3.2 CT74LS194引脚图及功能介绍 (9)
4 调试与检测 (11)
4.1调试中故障及解决办法 (11)
结束语 (12)
参考文献 (13)
本科生课程设计成绩评定表 (14)
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增大，尤其是当今的经济时代，很多的商品都是依靠广告来引导主流消费。

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。

霓虹灯作为当今大城市夜生活的标志，作为广告彩灯的基础，在生活中发挥了不可替代的作用。

刚刚学完的数电知识，正好通过这次课设，进一步巩固了理论知识，锻炼了自己分析与解决问题的能力。

此次设计我用到了555定时器构成的脉冲发生器，CT74LS194及相应颜色的发光二极管，虽然结构比较简单，但是设计出来的效果完全满足设计要求，电路精简，连线好操作，符合电路设计要求。

在设计中也发现了一些问题，不过通过自己和同学的讨论最终将问题解决了。

我想在实际实践中的感受才是本次课程设计目的和意义的所在吧。

1 设计意义及要求
1.1设计意义
在当今日益发展的社会，霓虹灯已经成为社会生活主旋律的一部分了，在大都市，每个夜晚，灯火绚烂，人们在享受丰富生活的同时无不感慨科技的发达。

霓虹灯，给我们的不仅是生活上的照明与时尚，更是现代社会发展程度的一个标志。

本次设计的霓虹灯的意义，一方面让我们感受了当代社会的发达，认识到科技的力量，更重要的是让我们学会了运用实际知识解决问题的方法，培养了自己的动手能力。

在实践中成长，在实践中得到锻炼，在实践中认识到科学。

1.2设计要求
运用所学的模拟电路和数字电路等知识，设计一种霓虹灯。

霓虹灯的要求是：
1.现有12只彩灯，红－绿－蓝－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；
2.红绿2种灯从前往后驱动点亮闪烁，每0．5秒往前进一步；
3.蓝灯从后往前驱动点亮闪烁，每0．5秒进一步；
4.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。

5.严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。

2方案设计
2.1设计思路：
1、霓虹灯3种颜色的灯都需要产生0.5秒的变化跳动，所以必须给电器元件2赫兹的脉冲信号。

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。

2、观察设计要求可发现红绿灯从前至后0.5秒有规律跳动，蓝灯从后至前0.5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四进制输出信号，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
2.2.1方案设计一
电路设计图：
图2-1
上图左边是用555设计的脉冲振荡器，产生2赫兹的脉冲信号输入CT74LS194中，然后通过74LS194输出四进制循环信号。

输出端分别与四组红绿蓝发光二极管按照规律连接，
这样就能产生循环发光的霓虹灯。

2.2.2方案设计二
电路设计图：
图2-2
上图所用的寄存器芯片为CT74SL199，是八进制输出的，间隔的挑选出奇数或者偶数输出端连接发光二极管，将多谐振荡器的输入脉冲改为4赫兹，这样才能保证彩灯跳跃的时间间隔为0.5秒。

2.2.3方案比较
方案一采用四进制输出，每个输出端接红绿蓝一组彩灯，而方案二采用八进制输出，只有四个输出端连接彩灯，多余的输出端浪费掉了。

在相同的电压下，CT74SL199的功耗高于CT74LS194。

3部分电路设计
3.1 555构成的脉冲发生器介绍
555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。

因此集成555定时被广泛应用于波形的产生与变换，测量控制当中。

多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。

多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。

由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。

由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。

这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。

充电时间常数T充=（R1＋R2）C。

不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。

电路一旦起振后，uc电压总是在（1/3～2/3）Vcc 之间变化。

图1（b）所示为工作波形。

3.1.1 555定时器构成的脉冲发生器电路及工作波形
图3-1 图3-2
以图3-1 3-2为例
T1=0.7(R1+R2)C0
T2=0.7R2C0
f=1.43/(R1+2R2)C0
依据上述公式可设出 R1=R2=10K C0=24uf
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：
图3-3
功能表：
图3-4
本次设计所用的为循环右移功能。

当M1=0 M0=1 DSR与Q3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2赫兹脉冲，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。

4 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。

可是就是在循环一次之停止循环了。

在Q3输出端显示高阻态。

检查了好几次连线，好几次元器件画的问题，还是没有检查到正确原因。

最后猜想可能是当时没有在发光二极管之后没有接电阻，导致电路中电流过大使得Q3端显示高阻态，无法将信号反馈到D0端，这样就产生不了循环了。

经过检验，在我在末端接了一个300欧姆的电阻时，立马电路开始循了。

4.2调试与运行结果
先将开关接到左边赋初值，此时第一组红绿灯亮，第四组蓝灯亮。

接着将开关接至右边，四组彩灯发生循环变化，设计成功。

结束语
课程设计的尘嚣渐渐远去，怀着些许不舍，怀着对当初课程设计开始时候的豪情万丈的决心的留恋，怀着通过这次课程设计积累的信心与斗志，我开始写下了这份结束语，为自己的足迹留下哪怕是微不足道但是对自己弥足珍贵的痕迹并期望与大家共勉。

第一次进行的课程设计给我留下了太多记忆深刻的东西，学到了很多课本上学不到的知识。

首先，我能够运用数字电路，模拟电路等学科所学的知识，并结合网络，图书馆搜集到的各种各样的材料，进行分析，比较，取舍，对整体电路的各部分功能有了一个深入的了解。

了解了555定时器以及相关芯片的作用。

另外通过自己的亲手调试仿真，我学会了运用proteus软件。

其次，这次课程设计使我有了一次通过理论联系实际，来解决实际问题的经历，它培养了自己分析问题，解决问题的能力，以及上网检索信息的能力。

其实学到的知识其实是次要的，重要的是我们探索知识的过程，这个过程便是一个人自主学习能力的体现，它将影响着我今后的发展。

最后，这次的课程设计也激发了我对电子设计的兴趣。

曾经我对我们自动化专业是一片迷茫，但是通过这次课程设计，我似乎了解了一些自动化专业的未来的发展方向。

这种感悟，这种兴趣的来源只靠平时上课老师的说教是肯定不可能领悟到的。

作为初学者，我们设计的东西固然简单，但是当我们设计出来病仿真成功，一种自豪感油然而生，因为我们努力了，我们通过自己设计的小作品感受到成功的喜悦，并因此激发起了对电子设计的兴趣，这也许就足够了。

我想，我们未来的路还很长，带着这份兴趣及求知欲望，未来的成功就不会遥远。

参考文献
1数字电子技术基础.清华大学出版社
2武汉理工大学数字电路实验报告册
3钟谊.电子线路实战.科学出版社
4 何绪芃，曾发柞.脉冲与数字电路 .电子科技大学出版社
5 邓勇.数字电路设计完全手册. 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
本科生课程设计成绩评定表
姓名性别男
专业、班级自动化学院自动化0902班
课程设计题目：
霓虹灯控制电路设计
课程设计答辩或质疑记录：
1、仿真时为什么二极管后面没加电阻时会出现不能正常循环的状态？
答：二极管后面没有接保护电阻时会导致电路电流过大，导致芯片自己保护自己产生高阻态，阻止循环继续下去。

成绩评定依据：
设计方案
与内容（30分）制作与调试
（20分）
说明书内容
与规范程度
（30分）
答辩
（10分）
学习态度
与考勤
（10分）
总分
（100分）
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
2011年7月12日。