七彩循环装饰灯控制器电路设计报告.doc

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1、目录一、七彩灯的简介1二、方案的选择1三、电路的工作原理21.部分元器件的工作原理22.七彩灯控制电路原理图如图3所示4四、电路各参数的选择51. 变压器的选择52. 桥式整流二极管D1D4的选择63. 电阻R的选择64. 稳压管D5的选择65. 二极管D6的选择66. 电容C1的选择67. 电阻R1、R2和电容C2的选择78. R3、R4、R5参数的选择79. 晶闸管参数的选择7五：原件清单7六、结论与心得体会8七、参考文献8一、七彩灯的简介七彩循环装饰灯可广泛用于宾馆、饭店、酒吧、商店橱窗、家庭装饰和广告制作等场所，它能按主人意愿或快或慢地循环发出红、绿、黄、蓝、紫、青、白七色光；也可停留

2、在主人所喜爱的某一颜色上不变化，形成一个彩色气氛，给人以梦幻般的享受。它通过巧妙构思与创作，可以做到广告、彩灯等作品色彩鲜艳，富有创意，变化形式丰富，起着宣传和美化环境的作用，营造文明亮丽氛围。本次课程设计的目的即试图利用简单的数字集成器件完成七彩序循环灯控制器的设计。首先利用555定时器按周期性给74LS161加法计数器一个脉冲，74LS161实现对输入脉冲的分频，在不同的输出频段分别对应不同颜色灯泡，从而使“三基色”（红、绿、蓝）灯交替发光。根据混光原理,可使灯箱对外产生七种不同的颜色（红、绿、红+绿=黄、蓝、红+蓝=紫、绿+蓝=青、红+绿+蓝=白）来。二、方案的选择 七彩循环装饰灯控制器

3、电路的功能框图如下图（图1）所示：交流电转直流电电路调色时钟脉冲发生电路负载电路灯光变色控制电路图1七彩循环装饰灯控制器功能框图 此功能框图包括四部分，即交流转直流电源电路、调色时钟脉冲发生电路、灯光变色控制电路、负载电路。直流电源的设计一般只有一种设计方案，即用变压器降压再经过桥式整流滤波。在调色时钟发生电路这块，存在着两种设计方案。一种是直接用与非门组成多谐振荡器，产生时钟脉冲；第二种是用555集成定时器组成多谐振荡器。考虑到前者所用的与非门比较多，而且输出还需要一个滤波电路，波形也没有后者稳定 ，因此本设计采用555定时器产生时钟脉冲。负载电路既可以用三个“三基色”的灯泡组成，也可以用三

4、种颜色的发光二极管组成，注意使用二极管作负载必须串联电阻。三、电路的工作原理1.部分元器件的工作原理555定时器组成多谐振荡器，工作电路图和工作波形如下所示： 工作电路图工作波形多谐震荡器是能产生矩形脉冲波的自激振荡器。在接通电源后，不需外加触发信号，它便能自动生产矩形脉冲。由于矩形脉冲包含丰富的高次谐波分量，产生矩形脉冲波的震荡器称为多谐振荡器。设接通电源时电容电压，查表，NMOS管截止， ，电容充电，（R1+R2)C，电容稳态电压为VDD，电容电压上升。当，查表，NMOS管导通，电容放电，R2C，电容的稳态电压为0，电容电压下降。当时，查表，NMOS管截止， ，电容充电。充电时间T1为：放

5、电时间T2为： 震荡周期为： 占空比为：74LS161的工作原理图 工作原理图如图2所示 限于篇幅的原因，只列出74LS161的功能表如附表1所示。图2 附表12.七彩灯控制电路原理图如图3所示 图3 电路图由电源变换电路、调色时钟脉冲发生电路、灯光变色控制电路和负载电路组成。电源变换电路由220V的交流电源、电压变换器、和桥式滤波电路组成；调色时钟脉冲发生电路由555定时器、稳压管和滤波电容组成；灯光变色控制电路由74LS161和与非门组成；负载电路由晶闸管和“三基色”灯泡组成。 接通电源，220V交流电经变压器降压、D1 D4桥式整流和滤波后，一路供彩灯回路用电；另一路经R降压限流，D6稳

6、压，D5、D7隔离和C1滤波后，为控制电路提供约5V的稳定直流电。U4是同步加法计数器的TTL门电路，由与非门G4送来的正脉冲在其内部进行二进制编码，并使QA QB输出端的状态发生循环组合变化。其逻辑真值表见表2。CP时钟输出 1 2 3 4 5 6 7 8 QA 1 0 1 0 1 0 1 0 QB 0 1 1 0 0 1 1 0 QC 0 0 0 1 1 1 1 0 表2 74LS161真值表 从真值表可以看出，当给CP一个时钟时，QA输出高电平，晶闸管D8受触发导通，从而使灯泡X1通电导通发出红光；当第二个时钟脉冲到来时，QB端输出高电平，晶闸管D9受触发导通，X2通电发出绿光；当第三个

7、时钟脉冲到来时，QA、QB端同时输出高电平，QA、QB均触发导通， X1(红)、X2(绿)同时通电点亮，根据混光原理，灯箱对外变黄色；依次类推，QA、QB 、QC端有8种逻辑状态，可使“三基色”灯顺序产生7种色光（红、绿、红+绿=黄、蓝、红+蓝=紫、绿+蓝=青、红+绿+蓝=白）来。当第八个时钟脉冲到来时，QA、QB 、QC端均输出低电平，X1、X2、X3全部熄灭片刻；同时由与非门把QA、QB、QC的信号取反输入置数端LD，使74LS161的内部电路复位；第九个时钟脉冲输入时，循环上述过程。四、电路各参数的选择设计计算的总体要求：（1）整流滤波电路正弦信号输入电压：220V，50Hz；整流滤波电

8、路输出电压：12V(24V)，分压输出（供集成电路用）：一组采用稳压管5V；另一组采用集成稳压器。（2）调色时钟脉冲发生和灯光变色控制电路时钟脉冲振荡频率：灯光每隔0.05s5s自动变换一种颜色，脉冲占空比：60%。灯光变色控制电路：采用同步加法计数器。输出的高电平应满足晶闸管控制电平的要求。（3）负载电路红、绿、蓝3基色灯：12V，8W。(24V，8W)晶闸管：最大反向电压 1.414U2。（4）要求控制器能长年通电使用，性能可靠。（5） 要求画出完整的设计电路图，计算电路各元器件参数，写出设计总结报告。（6）集成电路采用CMOS系列或TTL系列。1. 变压器的选择 电源输入的是220V，5

9、0Hz交流电，经过变压器变压，桥式整流后要得到=12V（灯泡的额定电压为12V）的直流电压，再根据=0.9*V2（V2为变压器副边电压），可得：。副边电流可以看成三灯泡的电流与R支路的电流的总和，即：灯泡选择的参数是（12V，8W),可计算其额定电流为：，于是：I=3Io=2A。流过R支路的电流为流过稳压管D6的电流与二极管D5两端的电流之和。稳压管D6取稳压电压5.6V，查手册可得其额功率为400mW，可等额定电流为71.4mA。流过二极管D6的电流主要为流进555定时器的电流，根据经验值为：15mA。所以变压器副边电流为：I2=2A+0.005A+0.015A=2.09A。于是可计算的变压

10、器的额定功率为：P=U2*I2=13.33*2.09W=27.9W。2. 桥式整流二极管D1D4的选择 根据整流二极管的两个参数可选择二极管，即： 式中,是二极管的最大平均整流电流和最高反向工作电压参数。流过二级管的平均整流电流等于负载直流电流的一半，即： 二极管承受的反向电压为： 所以整流二极管的参数为： 查表可选择整流二极管参数为：1N5400硅整流二极管（50V,3A）即可满足要求。3. 电阻R的选择 电阻R的作用组要是为了限流和分压，根据欧姆定律：可求得。电压U=12V-5.6V=6.4V，电流I=0.09A(以上求得），所以：R=4. 稳压管D5的选择 稳压管的组要作用是给555定时

11、器以及集成电路74LS161提供一个5V的稳定电压，考虑到二级管D6有0.6V的压降，于是取稳压管参数为5.6V。查手册可选2CW202硅稳压二极管，=（5.36.0）V，即满足要求。5. 二极管D6的选择 D6的选择没有特别的要求，采用一般的二极管即可。6. 电容C1的选择 电容C1的作用主要是滤波的作用，使供给集成电路的电压为直流电压。电容直接与负载直接相连，只是选择负载回路的时间常数大于35倍的交流电办周期，即： ,根据经验值知道流进555定时器和74LS161的电流均为15mA,所以:于是： 7. 电阻R1、R2和电容C2的选择 色时钟脉冲发生和灯光变色控制电路参数的选择要求时钟脉冲振

12、荡频率：灯光每隔0.05s5s自动变换一种颜色，脉冲占空比：60%。此次设计取T=0.05s，。根据上面推出的公式： 取（根据555定时器的内部结构，的选择都必需是），可算的。8. R3、R4、R5参数的选择 R3、R4、R5的组要作用是限流，防止电流过大而烧坏与之相连的晶闸管。但是其阻值也不能过大，否则不能使晶闸管在高电平时导通。一般而言，集成电路的电流为25mA,可取为5mA,电压为5V，于是计算得。9. 晶闸管参数的选择 根据要求，晶闸管的最大反向电压U 。五：原件清单 序号 名称 主要参数 数量备注 R电阻 711 R1电阻 201 R2电阻 1 R3、R4、R5 电阻3C1电容240

13、uF1C2电容0.7uF1C3电容0.1nF1D1D5二极管IN54005D6稳压管2CW2021J1开关1X1红灯(12V,8W)1X2绿灯(12V,8W)1X3蓝灯(12V,8W)1U3变压器P=27.9W1555定时器174LS161集成芯片1U1与非门1三输入D8D10晶闸管3单向导通型六、结论与心得体会 本次的课程设计让我受益匪浅。首先，我们平时学习的都是书本上纯理论的知识，没有结合实际来运用所学的知识。而这次课程设计很多都要用到数电和模电的知识，比如555定时器和74LS161都是数子电子技术教材里面重点讲解的电路图，在计算整流电路二极管参数时所运用的是模电里的知识。可能在学理论知

14、识时对这些原理还了解得不深刻，通过这次课程设计，让我对这些知识能够运用自如了；其次，此次设计也锻炼了我们分析问题和解决问题的能力。开始选择七彩灯这个题目的原因是觉得它很简单，可是接下来的电路设计和仿真遇到了很多问题，用Mulitism仿真时，一开始就找不到电路元件，于是上网查找方法还有就是问同学，逐渐把所有的元件都找齐了。电路图连接好时，灯泡却不是按预想的亮灭，经过一步一步的分析，发现是所选的滤波电容取值太小，改变参数后灯泡的亮灭就变得正常了。最后，这次设计的题目是七彩灯，七彩灯在生活中运用是十分广泛的，使我们感到可以把所学的知识运用与实际生活中，激发了我们学习的热情；七、参考文献数字电子技术基础 唐治得 主编 科学出版社，2009模拟电子技术基础 唐治得 主编 科学出版社，2009Mulitism电路仿真 王林根 主编 高等教育出版社，2003 8