霓虹灯设计

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武汉理工大学《电工电子综合课程设计》
引言
霓虹灯在生活中有着不可或缺的作用,这也是它在世界任何地方随处可见的原因。霓 虹灯广告在广告中占据了极大的分量。通过霓虹灯设计,运用不同的霓虹灯颜色,人们 可以制作出许多种图像并直接有效地吸引注意力,启发记忆,产生联想,形成感情倾向, 形成相应的视觉冲击力与形象感染力。
2
பைடு நூலகம்
1 4
完成题目基础部分
扩展部分,设计新图案
图 2 小组方案
4
武汉理工大学《电工电子综合课程设计》
基础部分
由 74HC390 计时器、555 定时器、74HC139 四进制译码器、74HC138 八进制译码器和 12 盏灯组成。555 定时器组成 0.5s 的脉冲。74HC390 负责八进制计数器。74HC138 依次 连接 D1、D2、D3、D4 四盏红灯和 D12、D11、D10、D9 四盏蓝灯.74HC138 四进制译码器 控制 D5、D6、D7、D8 四盏绿灯。则可以实现 D1.D5 同时亮、接着 D2.D6 同时亮、接着 D3.D7 同时亮、最后 D4.D8 同时亮。接着通过 74HC139 实现 D12、D11、D10、D9 依次亮。 完成后重新开始循环。
四输出译码器。我的方案是通过三个 74LS139 四输出译码器,其中两片译码器分别控制 红绿两类灯,它们也是同时工作。第三片只控制蓝灯而且是在前两片工作完之后接着工 作
总的来比较的话 两种方案的思路是不同的,所用的元器件也是不相同。相对而言小 组方案跟简单些用得芯片更少。有利于节省成本。
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武汉理工大学《电工电子综合课程设计》
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武汉理工大学《电工电子综合课程设计》
图 4 74HC139 引脚图 此处设计运用三片 74HC139 连接 12 个发光二极管
3.3 脉冲数出电路
图 5 多谐振荡器电路图 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触 发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压,当 5 脚悬空时,则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3,C2 的反相输入端的电压为 VCC /3。若触发 输入端 TR 的电压小于 VCC /3,则比较器 C2 的输出为 0,可使 RS 触发器置 1,
L × ×L


× L L×


表 1 74LS90 功能表
图 3 74LS90 引脚图 A. 将输出 QA 与输入 B 相接,构成 8421BCD 码计数器;
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B. 将输出 QD 与输入 A 相接,构成 5421BCD 码计数器;
C. 表中 H 为高电平、L 为低电平、×为不定状态。
INPUTS 输入
ENABLE 启 用
SELECT 选择
G
B
A
H
X
X
L
L
L
L
L
H
L
H
L
L
H
H
OUTPUTS 输出 Y0 Y1 Y2 Y3
SELECTED OUTPUT 选定的输出
HH H LH H HL H HH L HH H
H NONE H Y0 H Y1 H Y2 L Y3
表 2 74HC139G 功能表
1.2 设计要求
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
15 14 13 12 11 10 9 7
U5
74HC138
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
U6
74HC138
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
U7
74HC138
E1 E2 E3
A B C
E1 E2 E3
A B C
E1 E2 E3
6 4 5
1 2 3
6 4 5
1 2 3
6 4 5
1
武汉理工大学《电工电子综合课程设计》
1 设计意义与要求
1.1 设计意义
正如在引言中所说的那样霓虹灯在生活中占有重要地位,对设计广告灯有重大意义。 学校安排此次课程设计,用利于我们运用所学知识,做到学以致用,让我们不止局限 于课本理论知识,对于所学东西加以分析理解,提高了我们的团队合作能力和分析问题 的能力。 通过这次设计我对 74 系列的一些芯片的运用有了更深的理解,锻炼了自己的思维能 力,当自己做成功后,自己得到极大的鼓舞,使我跟喜欢数电这门课程。
13 D14 D15
LED-RED LED-GREELNED-BLUE
D16 D17 D18
LED-RED LED-GREELNED-BLUE
D19 D20 D21
LED-RED LED-GREELNED-BLUE
D22 D23 D24
LED-RED LED-GREELNED-BLUE
U6:B U6:C U6:D
3 部分电路设计
3.1 74LS90 计数器
74LS90 计数器是一种中规模二一五进制计数器,管脚引线如图 3.6-1,功能表如表 3.6-1 所示。
复位输入
输出
MR1 MR2 MS1 MS2
H HL×
QD QC QB QA
LLLL
H H× L
LLLL
× ×H H
HLLH
X L× L


L×L×


E
U2:A
74HC139
U5
74LS90
武汉理工大学《电工电子综合课程设计》
本电路是由 555 定时器组成 0.5s 的脉冲信号,用两片 74LS90 U4.U5 分别制作成 4 进制计数器,2 进制计数器。用三片 74HC139 四进制译码器分别控制 12 盏。其中前两片 四进制译码器 U1A,UIB 输入端连接第一片 74LS90 计数器,它们的输入脉冲是相同的; U1A 四输出端分别连接 4 盏红灯,D1、D4、D7、D10;U1B 四输出端分别连接 4 盏绿灯, D2、D5、D8、D11;第三片四进制译码器 U2A 连接四盏蓝灯分别为 D12、D9、D6、D3。当 打开开关,555 定时器开始输出脉冲信号此时的 U1A,U1B 的使能端为低电平,U2A 的使能 端为高电平,U1A.U1B 它俩同时工作,U2A 不工作。则 D1.D2 同时亮其次 D4.D5 同时亮, 接着 D7.D8 同时亮,最后 D10.D11 同时亮。此时 U5 输出为高电平则,U1A,U1B 使能端 为高电平停止工作,U2A 使能端为低电平开始工作。D12、D9、D6、D3 逐次亮。这样可 以完成设计要求。
三片 74HC138 八输出译码器的输出端按图接入二输入与门,对 U5 输入端为“000”时, 则红蓝同时亮,“001”时都不亮,“010”时红蓝两灯亮,“011”时都不亮,则“100” 时则中间绿灯亮,“101”全熄灭,“110”则控制下一组红绿蓝的红蓝同时亮,“111”时 全不亮。由 74HC139 控制三片 74HC138 的其中一工作。
2.2 方案设计
2.2.1 设计方案一电路图
D1
LED-RED
D2
D3
LED-GREEN LED-BLUE
D4
LED-RED
D5
D6
LED-GREEN LED-BLUE
D7
LED-RED
D8
LED-GREEN
D9
LED-BLUE
D10
LED-RED
D11
LED-GREEN
D12
LED-BLUE
12 11 10 9
A B
1
2 3
MR
U3
74HC390
4 R
C2
0.01uF
5 CV
2 TR
8
VCC
U4
3 Q
7 DC
6 TH
GND
1
555
C1
1uF
R1
100k
R2
320k
2
Q0 Q1 Q2 Q3
3 5 6 7
1 2 3
A B C
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
15 14 13 12 11 10 9 7
2.2.2 设计二电路图
VCC
基础部分开关
扩展部分开关
D1 D5 D9
LED-RED LED-GREELNED-BLUE
D2
D6 D10
LED-RED LED-GREELNED-BLUE
D3
D7 D11
LED-RED LED-GREELNED-BLUE
D4
LED-RED
D8 D12
LED-GREENLED-BLUE
74LS08 74LS08 74LS08
U7:A U7:B U7:C
74LS08 74LS08 74LS08
U7:D U8:A U8:B
74LS08 74LS08 74LS08
U8:C U8:D U9:A
74LS08 74LS08 74LS08
4 6
5 9
8 10 12
11 13
1 3
2 4
6 5 9
4 5 6 7
4 5 6 7
Y0 Y1 Y2 Y3
U1:A
74HC139
Y0 Y1 Y2 Y3
U1:B
74HC139
E
A B
E
A B
15
14 13
1
2 3
开关/暂停
U3
R1
8
30k
4 R
3 Q
VCC
7 DC
5 CV
R2
21k
2 TR
6 TH
GND
C1
1
C5525
0.01uF
10uF
14 1
CKA CKB
74LS90 逻辑电路图如图 3.6-1 所示,它由四个主从 JK 触发器和一些附加门电路组 成,整个电路可分两部分,其中 FA 触发器构成一位二进制计数器;FD、FC、FB 构成异步 五进制计数器,在 74LS90 计数器电路中,设有专用置“0”端 R1、R2 和置位(置“9”) 端 S1、S2。
Q0 Q1 Q2 Q3
12 9 8 11
2 3 6 7
R 0(1) R 0(2) R 9(1) R 9(2)
U6:A
1
2
74LS04
U4
74LS90
图 1 个人霓虹灯控制设计电路
3
14 1
CKA CKB
Q0 Q1 Q2 Q3
12 9 8 11
2 3
A B
Y0 Y1 Y2 Y3
2 3 6 7
1
R 0(1) R 0(2) R 9(1) R 9(2)
扩展部分
两片 74HC390 构成 24 进制计数器,由 74HC139 四进制输出端的 Y0、Y1、Y2 分别控制 3 个 74HC139 U5、U6、U7 的使能端。当 74HC390 U8 的 Q1、Q2 分别连接 U9 的 A、B 输入 端,当为“00”时,Y0 输出为低电平 U5 工作,由 74HC139 的输入端 A、B、C 分别接 U10 的 Q0、Q1,U9 的 Q0 可实现 24 进制控制。
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
武汉理工大学《电工电子综合课程设计》
2 方案设计
2.1 设计思路
题目要求设计一个霓虹灯控制器,控制 12 盏霓虹灯管分别为红绿蓝,红绿蓝,红绿 蓝,红绿蓝。根据要求,我们用 74 系列芯片和 555 芯片设计出电路,并且彩灯能实现 如下追逐图案,红绿 2 种灯从前往后驱动点亮闪烁,每 0.5 秒往前进一步蓝灯从后往 前驱动点亮闪烁,每 0.5 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。
十分频(5421 码):将五进制计数器的输出端 QD 接二进制计数器的脉冲输入端 CK1 即可构成 5421 码十分频工作方式。
3.2 74HC139 计数器
HC139 含有两个单独的 2 线—4 线译码器,当赋能输入端 G 为高电平时,按二进制控制输 入码从 4 个输出端中译出一个低电平输出。在解调器应用中,低电平有效的赋能输入端 用作数据线。
4 5 6 7
2 1
U8
74HC390
U6:A
74LS08
A B
Y0 Y1 Y2 Y3
E
U9
74HC139
2 3
1
Q0 Q1 Q2 Q3
3 5 6 7
U10
74HC390
15 14 13 12 11 10 9 7
Q0 Q1 Q2 Q3
CKA CKB
1 4
MR
CKA CKB
3
2
1 4
MR
CKA CKB
可以实现功能是从左到右,红蓝,红蓝,绿,红蓝,红蓝,绿,红蓝,红蓝,绿,红 蓝,红蓝,绿。此时结束,重新开始循环
2.3 方案比较
我设计的方案与小组设计的基础方案比较: 首先计数器的运用不同,小组方案直接通过一片 74LS90 构成八进制计数器,我的方
案是通过两片 74LS90,一片做成四进制计数器,一片做成 2 进制控制端。 另外译码器运用不同,小组方案是运用 1 片 74HC138 八输出端译码器和一片 74LS139
8 10 12
11 13
1 3
2 4
6 5 9
8 10 12
11 13
1 3
2
15 14 13 12 11 10 9 7
4 5 6 7
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
E1 E2 E3
A B C
6 4 5
1 2 3
3 5 6 7
U1
74HC138
Y0 Y1 Y2 Y3
U2
74HC139
E
霓虹灯是一种冷阴极辉光放电管,其幅射光谱具有极强的穿透大气的能力,色彩鲜艳 绚丽、多姿,发光效率明显优于普通的白 炽灯,
它的线条结构表现力丰富,可以加工弯制成任何几何形状,满足设计要求,通过电子 程序控制,可变幻色彩的图案和文字 受到人们的欢迎。
刚刚学完数电知识,正好通过学校安排的此次设计加深自己对数电的理解,增强自己 的动手能力,全面掌握课程设计的基本流程
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