霓虹灯控制电路设计方案

武汉理工大学电工电子基础强化训练说明书 1 霓虹灯控制电路设计方案 1 设计意义及要求 计意义 作为电气专业的学生 ， 我们对电工电子都应该有一定的了解。之前，已经学习过了电工电子实习的课程，对电工和电子的一些相关知识有了感性认识，加深了电类有关课程的理论知识，熟悉了一些电工及电子常用元件及其基本性能；掌握了电子元件的焊接、电气元件的安装、连线等基本技能。但是，这只是一些基础，我们应该学会根据所学的知识自己设计出能够实现一些简单功能的电路。 因此，我们要参加这次的电工电子基础强化训练。 参加这次强化训练，不仅加强了我们对电工电子的认识和了解， 而且 ， 使我们对电路原理 模电的知识有了更加直观的认识。在设计过程中， 不仅 培养了我们灵活运用所学知识的能力 ，还学到了很多书本上没有的知识。 计要求 1) 现有 9 只彩灯，红绿蓝红绿蓝红绿蓝，排成一条直线， 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 6秒往前进一步； 3) 蓝灯从后往前驱动点亮闪烁，每 0 6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。 武汉理工大学电工电子基础强化训练说明书 2 2 方案设计 计思路 根据设计要求， 红绿两种一共六个灯从前往后点亮闪烁，蓝灯三个从后往前点亮闪烁。因此， 电路可以分为脉冲信号发生电路和控制电路； 控制电路 又可以分为两部分 ，一部分控制红绿六个灯，一部分控制三个蓝灯。 电路系统框图如图 示。 脉冲信号为周期 的方波 ，可以 用 555芯片为基础设计出来。 灯要依次点亮闪烁 ， 因此 控制电路 采用 4位双向移位寄存器 74 红 其控制电路采用两个 74联而成 8位移位寄存器实现。 蓝灯三个 ，其控制电路 用一块 74 图 系统框图 案设计 真软件介绍 限公司推出的以 脉冲信号 红 控制电路 蓝灯 控制电路 红 蓝灯 武汉理工大学电工电子基础强化训练说明书 3 用于板级的模拟 /数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 工作页面如下 图所示 计方案一电路图 设计方案一是个人方案 。 脉冲信号由 脉冲信号周期 74作状态 。 红 两芯片 9 管脚均接“ 1”，使芯片工作在右移状态；芯片 1 的武汉理工大学电工电子基础强化训练说明书 4 接“ 1”， 芯片 1 的 出端接到芯片 2 的 ， 芯片 入端分别接“ 01111111” ，构成 8 位移位寄存器；寄存器在上升沿触发后 输出状态为“ 01111111”，在连续脉冲信号上升 沿的触发下，由于芯片 1 的 接 “ 1”，寄存器输出依次变为“ 10111111”“ 11011111”“ 11101111”“ 11110111”“ 11111011”；当输出为“ 11111011”时 ，两芯片 输入同时变为“ 1”，寄存器切换到置数的工作状态，由于输入为“ 01111111”， 脉冲信号上升 沿触发后， 寄存器输出变为“ 01111111”，之后不断循环变化。寄存器输出通过非门依次连接到红 蓝灯控制电路部分，由于蓝灯只有三个，一块 74片即可 ， 原理同红 只是 次从右往左接三个蓝灯，即可实现蓝灯从右到左依次闪烁。 计方案二电路图 设计方案二是小组方案。 此方案设计增加了一红一绿一蓝三个灯 ，十二个灯同样按照红绿蓝的顺序排列，变化规律不变。 方案二脉冲信号发生电路依旧采用 方案二控制电路使用 74译码器 74 74到 7的计数功能，输出二进制信号给 3码器 01111111”到“ 11111110”的信号，通过非门接到八个红 个红 根据变化规律， 每个 蓝灯 都 跟随 某两个 红 因此将对应的红 工电子基础强化训练说明书 5 号通过与门接到蓝灯，便可实现蓝灯从右往左依次点亮闪烁 。 案比较 设计方案一和二的脉冲信号产生电路采用了同样的 555多谐振荡电路。 方案一使用了 4个芯片和 11个非门，方案二使用了 3个芯片 9个非门和 4个与门，但方案二的电路中有 12 个灯，由此可见方案二更简单实用一些。 方案一 555多谐振荡电路输出的脉冲信号源要提供给三个芯片，信号传输过程中容易失真，而方案二只需要提供给一个芯片做脉冲信号，信号更稳定。 其次 ，由于 方案二所用芯片 比 较少 ， 在实际应用过程中 ，电路 出错或损坏的几率比较小 。 武汉理工大学电工电子基础强化训练说明书 6 3 部分电路设计 冲信号产生电路设计 脉冲信号由基于 片构成的多谐振荡电路产生 。 武汉理工大学电工电子基础强化训练说明书 7 多谐振荡电路输出方波信号 ， 信号周期 T=1+22 设计要求信号周期 此 9k 欧， 0微法 采用 4位移位寄存器 747474武汉理工大学电工电子基础强化训练说明书 8 非门可采用 7474控制电路如下图 武汉理工大学电工电子基础强化训练说明书 9 工作原理 ： 两芯片 9 管脚均接“ 1”，使芯片工作在右移状态；芯片 1 的 接“ 1”，芯片 1 的出端接到芯片 2 的 ，芯片 入端分别接“ 01111111”，构成 8 位移位寄存器；此时，寄存器初始输出状态为“ 01111111”，在脉冲信号上升 沿的触发下，由于芯片 1的 1”，寄存器输出依次变为“ 10111111”“ 11011111”“ 11101111”“ 11110111”“ 11111011”；当输出为“ 11111011”时，两芯片 输入同时变为“ 1”，寄存器切换到置数的工作状态，由于输入为“ 01111111”，脉冲上升 沿触发后，寄存器输出变为“ 01111111”，之后不断循环变化。寄存器输出通过非门依次连接到红 灯控制电路设计 武汉理工大学电工电子基础强化训练说明书 10 原理同红 绿蓝三色灯电路 由于设计的寄存器电路输出相当于低电平有效，因此每个灯前面都需要加一个非门，将有效的低电平转换成高电平，使对应的灯亮。 除此之外 ， 为防止发光二极管烧坏 ， 每个发光二极管都要串联一个限流电阻 ， 这里选用 100欧的电阻。 4 调试与检测 武汉理工大学电工电子基础强化训练说明书 11 试中故障及解决方法 开始，设计的电路图的发光二极管部分，发光二极管正极接了 极依次 直接 接在了寄存器的输出端，运行后发现，灯不亮或者只亮一两个。 分析原因 ， 可能是因为发光二极管负极和寄存器输出端均为输出 ， 不能接到一起 ， 因此 ，将发光二极管正极接非门然后接到寄存器输出端，发光二极管负极接地。再次运行，发现 每次循环的最后一个灯亮的时间比较长。 查阅资料后分析原因发现置数端输入接错了 ， 应该按照如下方法接 ： 红 1 应接 非门后接到芯片 2 的 出端；蓝灯控制电路部分芯片 非门后接到芯片的 将错误按照上述方法修改后再次运行 ， 发现仿真运行结果正常 。 其次 ， 调试过程中发现 ， 点亮的彩灯在切换到下一个时切换的瞬间上一个彩灯会频率极快的闪烁几下 。 思考讨论后认为是芯片输出的方波信号不足够稳定 ， 之后给发光二极管串联上限流电阻后 ， 闪烁消失 ， 恢复正常 。 试与运行结果 将故障解决后，调试与运行结果正常： 红 个蓝灯从右往左依次点亮闪烁。 说明设计方案符合要求 ， 设计成功 。 5 仿真操作步骤及使用说明 运行时 ， 首先将开关 后点击软件的运行按钮即可进行仿真运行。 或者先武汉理工大学电工电子基础强化训练说明书 12 点击软件的运行按钮 ， 然后 再将开关 要结束仿真运行 ， 点击软件运行停止按钮即可 。 结束语 目前，人类社会已进入知识经济的时代，世界各国的竞争日趋激烈，而竞争的根本就武汉理工大学电工电子基础强化训练说明书 13 是人才的竞争，特别是具有创新能力的高级专门人才的竞争。我国当今正处在建设有中国特色社会主义的伟大时代，这“必将是知识不断创新，新事物、新业绩不断涌现的时代，必将是百舸争流，人才辈出的时代”。 21世纪的中国需要高素质的创新人才，而高等学校是培养人才，生产和传播新知识、新思想的重要基地。 作为当代大学生 ， 我们应该具有创新精神 。 而这次电工电子基础强化训练 ， 要求我们采用不同 的方案 设计出具有同样功能 的电路 。 而且没有可以参考的电路 ， 只能根据自己所学的知识并将其加以整合 ， 设计出所要求的电路 。 这 ， 就极大地锻炼了我们的创新能力 。 除此之外 ， 在设计过程中 ， 我们自学了仿真软件的使用 ， 也查阅了很多资料 ， 同时 ，要与小组成员互相讨论 。 在这个过程中 ， 我们不仅学到了很多知识 ， 而且加强了自学能力 ，还培养了团队合作能力 。 参考文献 1 吴友宇 . 数字电子电路与逻辑设计 . 科学出版社 武汉理工大学电工电子基础强化训练说明书 14 2 祁存荣，陈伟 . 电子技术基础实验（数字部分） 武汉理工大学教材中心 3 蒋黎红 ， 黄培根 . 模电数电基础 实验及 浙江大学出版社 2007 4 周新民 工程实践与训练教程 （电工电子部分） 武汉理工大学出版社 5 何绪芃，曾发柞 子科技大学出版社 6 包亚萍主编 中国水利出版社， 7 朱宝华主编 清华大学出版社， 8 周惠朝 电子工业出版社， 2005 附录 电路图 武汉理工大学电工电子基础强化训练说明书 15 设计方案一电路图 武汉理工大学电工电子基础强化训练说明书 16 设计方案二电路图 武汉理工大学电工电子基础强化训练说明书 17 附录 本科生电工电子基础强