三种图案霓虹灯控制设计

学 号： 课 程 设 计 题 目 多种图案霓虹灯控制器设计

学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师

年 月 日 课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 多种图案霓虹灯控制器设计 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4只彩灯，红－绿－蓝－黄，试设计控制器，要求彩灯能实现如下追逐图案，彩灯控制器的三种图案及其状态转换如下所示： （2）摇摆状态0101←→1010，重复6次。 （3）暗点循环0111→1011→1101→1110→0111→这样重复循环3次。 （4）霓虹灯控制工作状态按照上述2至3步自动重复循环。时间间隔为1秒。 （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： 2012年 6月25日 系主任（或责任教师）签名： 2012年 6月25日 目 录 1 设计意义及要求················································ 1 1.1设计意义················································ 1 1.2 设计要求················································ 1 2 方案设计······················································ 1 2.1 设计思路················································ 1 2.2 方案设计················································ 1 2.2.1 设计方案一········································ 2 2.2.2 设计方案二········································ 3 2.3 方案比较················································ 5 3 部分电路设计·················································· 5 3.1 时钟信号电路············································ 5 3.2 循环计数单元········································· 6 3.3 摇摆状态控制单元················································ 7 3.4 暗点循环控制电路······································ 10 3.5 循环状态转换控制电路····································· 11 4 调试与检测··················································· 12 4.1 调试中故障及解决办法··································· 13 4.2 调试与运行结果········································· 13 5 仿真操作步骤及使用说明······································· 13 结束语························································· 14 参考文献······················································· 15 附录 电路图···················································· 16 本科生课程设计成绩评定表武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书

1 1 设计意义及要求 1.1 设计意义 多种图案霓虹灯控制器属于基础的一种自动控制电路组合，成型后将形成多种图案循环闪烁变换的图案，可以广泛应用于各种广告牌、商店装修、舞会装饰以及现场装扮等各种场合。虽然是属于比较基础、简单的控制电路，但由于其广大的应用范围和 本次设计旨在帮助学生进一步巩固书本所学的模拟电路和数字电路知识，促使其学会分析设计命题，自主思考，独立设计电路，对于动手能力较弱的我们是一个很大的挑战，也是一个宝贵的提升能力的机会。同时每个小组都需要一个小组方案，这就能培养同学之间相互合作，相互沟通的能力。 总之，本次的课程设计是对同学能力的检验，更是让同学提升动手实践能力，巩固所学知识的平台。

1.2 设计要求 （1）现有4只彩灯，红－绿－蓝－黄，试设计控制器，要求彩灯能实现如下追逐图案，彩灯控制器的三种图案及其状态转换如下所示： （2）摇摆状态0101←→1010，重复6次。 （3）暗点循环0111→1011→1101→1110→0111→这样重复循环3次。 （4）霓虹灯控制工作状态按照上述2至3步自动重复循环。时间间隔为1秒。 （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 本电路以控制电路部分为核心，四个LED灯为工作部分。要求实现状态转换为摇摆和暗点循环，很容易联想想到的是利用74系列芯片的计数器和移位寄存器来实现。但草稿图画出后发现电路十分庞大复杂，而且所用芯片业非常多，不符合简洁明了的设计理念，于是放弃使用移位寄存器。 事实上，摇摆状态下和暗点循环状态下都是12个状态在循环，于是想到利用十二进制计数器和逻辑门来实现功能。十二进制计时器输出Q0端是做0→1的循环的，可利用逻辑门轻松地实现摇摆状态0101←→1010的循环。接下来是实现暗点循环，将暗点循环状武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书 2 态和摇摆状态比较后可以发现，暗点循环状态为0的位数在摇摆状态也为0，于是只需要将摇摆状态下不需要为0的位数利用或门补1即可。 接下来考虑两种状态的衔接。由于都是12次循环，所以只需一片74ls161组成的十二进制计数器即可。利用一个D触发器，就可以实现摇摆状态和暗点循环状态之间的相互转化。 信号源部分使用555定时器构成的多谐振荡器，计算出合理的参数即可输出周期为1s的脉冲。 系统原理框图如图2-1所示：

图2-1系统原理框图 2.2 方案设计 2.2.1 方案一（个人方案）

图2-2个人方案设计图

控制部分 信号源 工作部分 武汉理工大学《电工电子综合》课程设计说明书

3 个人方案的设计就是依据设计思路，使用555定时器、计数器、D触发器、逻辑门和LED灯来实现。首先计算出合理的参数，选择合适的电容和电阻将555定时器连接成输出周期为1s的多谐振荡器。用与非门连接74ls161的Q2Q3到清零端，形成十二进制计数器。其输入端不用，所以全部接低电平。初状态是0101，所以Q0分别通过或门连接到红灯和蓝灯。绿灯和黄灯初状态为1，所以Q0经过非门后再分别通过或门连接到绿灯和黄灯。74ls161的清零端通过非门后连接到D触发器的CP端，其Q非端于输入D端连接。其输出Q端通过与门来控制摇摆状态和暗点循环状态的转换。Q1端为暗点循环时的补1端。红灯和绿灯由Q1端通过或门连接，蓝灯和黄灯由Q1的非通过或门连接。多谐振荡器的输出端和74ls161的CP端之间连接一个开关，可用作启动/暂停。 上电后，按下启动开关，计数器开始计数。第一个12循环结束前，Q2Q3连接的与非输出为高电平，此时没有脉冲送入D触发器，D触发器的输出Q端为低电平，抑制了Q1

端输出的信号送到LED灯。此时，Q0端为有效输出，控制LED灯的状态。第一个12次

循环结束后，D触发器被触发，Q1端送出的信号能被送到LED灯，通过或门和Q0端的输出相连，将不需要为0的位数补为1，样既可实现暗点循环的功能。 表2-1为两种循环状态以及Q1、Q0输出端的状态转换： 表2-1状态转换表 Q1Q0 摇摆状态 暗点循环 00 0101 0111 01 1010 1011 10 0101 1101 11 1010 1110 00 0101 0111 … … …

由表中可看出，暗点循环为0的位置摇摆状态下也为0。所以只需要把不需要为0的位置用或门补成1既可。 2.2.2 方案二（小组方案）

小组方案思路与个人方案大致相同，也是利用计数器和逻辑门电路来实现要求功能。电路设计图见图2-3。对于设计要求的两种图案，即摇摆图案（0101←→1010）和暗点循环图案（0111→1011→1101→1110→0111）可以采用集成计数器74ls193实现，其中摇摆图案（0101←→1010）循环6次就可以看作2*6=12种状态；同理暗点循环图案（0111→1011→1101→1110→0111）就可以看作4*3=12种状态；则一共就有24种状态，所以可以用两