霓虹灯控制电路设计

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。

1.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—蓝一排成一条直线，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。

2.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）

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。

2.1.2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。

3.部分电路设计

3.1 555构成的脉冲发生器介绍脉冲产生部分电路:

Q 6J1

R10

25禺

555定时器的引脚图:

C1

I

n!ib

TR

DC

TH

2

95

5

R11 皿C2 图3.1脉冲产生电路

VCC R D

8 4

7

VI1

6

3 VI2 _

2

5

1 Vo Vic

图3.2 555定时器引脚图i n i

功能表:

表3.1 555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V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3到时，V0翻转为高电平。电

容器C放电所需的时间为:

tPL=R2Cln 2 ?

0.7R2C V

CC2V CC 当放电结束后，T截止，VCC将通过R1、R2向电容器C充电, VC由3上升到3所

需的时间为:

tpH= (R1+R2 Cln 2 ~ 0.7 ( R1+R2

2V CC

当VC上升到3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，尹震荡频率为

f_t pL t

pL t pH ?(R1 2 R2)C

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

赫兹，这样我们可以得到R1=26.5KQ, R2=30KD，C=10 f o

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:

功能表: Qflddddd < J 1 I

Ifi3 Y

IS

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jQ'i,

n30=

12

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]CP

ID

*3

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图3-3