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1、循环彩灯控制电路摘要：人们在日常生活、欢乐节日、娱乐及科研中，到处都会遇到装饰问题，总离不开彩灯控制器。彩灯控制电路的不断完善，使得人们的生活更加丰富多彩。本文主要介绍彩灯循环控制电路的设计组成及工作原理。电路中的220V 电压通过可控硅器件加至各路彩灯的两端，当可控硅导通时彩灯被点亮，否则熄灭。可控硅的导通与否是由其控制极是否加入触发信号来决定的。这些触发信号由移位寄存器产生的顺序脉冲给出。振荡电路产生的时钟脉冲送入移位寄存器，随着时钟脉冲的不断输入，移位寄存器的各输出端依次变为高（低）电平，形成时序控制信号。时序控制信号经驱动电路送入可控硅，使可控硅依次导通，于是各彩灯被依次点亮（熄灭）。
2、关键字：循环显示；时钟脉冲；彩灯控制器目录摘要第 1 章 绪论1.1 立题目的和意义1.2 设计任务与要求1.2.1 课题概述1.2.2 技术要求1.2.3 设计内容第 2 章 电路组成与设计2.1 设计方案与方框图2.1.1 设计方案2.1.2 电路方框图2.2 单元电路介绍2.2.1 电源电路2.2.2 振荡电路2.2.3 计数/时序分配电路2.2.4 模拟电子开关2.2.5 移位寄存器2.2.6 驱动电路2.2.7 可控硅开关电路2.2.8 彩灯电路2.3 本章小结第 3 章 整机电路工作原理3.1 整机电路工作原理3.1.1 彩灯点亮过程3.1.2 彩灯熄灭过程3.2 本章小结第章 元
3、器件选取与计算4.1 元器件选取4.1.1 电阻器4.1.2 电位器4.1.3 电容器4.1.4 半导体二极管4.1.5 半导体三极管4.1.6 三端稳压器4.1.7 集成芯片4.2 元器件选择4.2.1 双向可控硅4.2.2 限流电阻4.3 本章小结第 5 章 电路安装与调试5.1 主要使用仪器5.2 电路安装5.3 电路调试5.3.1 注意事项5.3.2 通电检查及调试步骤5.4 电路调试中的故障现象及排除方法5.5 本章小结结论致谢参考文献附录 1 外文文献中文译文附录 2 整机电路原理图附录 3 元器件列表1 1 绪绪论论随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。
4、由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。本彩灯控制器可控制五路彩灯逐行递增点亮，再逐行递减熄灭。若将一定数量的彩色灯组合联接，就能营造出平面上色彩变化的场景，这比通常控制一条线上的色彩流动更加丰富绚丽。本控制器采用数字集成块，外围元器件少、电路结构简单，但它有别于其他彩灯显示电路，相当于二维彩灯控制器，本文以二维彩灯控制信号流程为线索，分析相关数字集成电路基本工作过程，按电子装接工艺要求介绍二维彩灯控制器的制作过程。1 1. .1 1 立题目的和意义通过本电路的设计运用所学的理论知识，分析问题，解决问题，掌握电子电路的
5、设计方法；熟悉电路的组装、焊接、调试等方法；巩固常用仪器的使用。使得理论与实践相结合，可提高处理实际问题的能力以及动手能力。1 1. .2 2 设设计计任任务务与与要要求求每一个电路的设计，都要有设计任务和要求（技术指标） ，这是电路设计的前提。一般包括以下几部分的内容。1.2.1 课题概述彩灯控制电路是近年来随着电子技术发展而产生的一种控制装置。它能使彩灯按照要求有序地被点亮，还可以同音乐、声音、色彩等结合起来，使缤纷的世界更具绚丽的色彩。彩灯可大致分为两种类型：(1) 装饰彩灯(2) 音乐彩灯本次毕业设计的类型为装饰彩灯，题目为循环彩灯控制器。1.2.2 技术要求(1) 能够实现五路彩灯逐
6、行递增点亮，再逐行递减熄灭；(2) 循环过程自动实现；(3) 彩灯色彩的流动速度可调。1.2.3 设计内容(1) 说明彩灯控制器的工作原理和各单元电路的作用。(2) 各单元电路的设计要求，简述选择集成组件的原则。(3) 计算元件参数，组装电路并进行调试，叙述调试方法和调试过程。(4) 撰写论文。第第 2 2 章章 电电路路组组成成与与设设计计2 2. .1 1 设设计计方方案案与与方方框框图图这一节包括的内容是设计方案的选择，根据设计要求设计电路，画出系统的电路方框图，并标明信号的流程方向。根据技术计数指标的要求，通过大量资料的查询，并有效结合所学知识，最后确定了的一套比较合适的方案，即通过振
7、荡电路、计数 /时序分配电路、双向模拟开关、移位寄存器及彩灯显示五部分电路实现其功能。2.1.1 设计方案彩灯一般是发光二极管、白炽灯或有不同色彩的灯泡，彩灯控制器大致可分为两种方案实现。一种是采用单片机控制，其优点是编程简单，控制的图案花样多，需增加的电解电路简单；另一种是利用电子电路装置控制，其电路不很复杂，制作和调试容易，成本也相对较低。为 体现专业优势，本次设计采用第二种方案。2.1.2 电路方框图根据设计要求和概述中介绍的彩灯控制电路的基本组成，可以确定彩灯控制器应由振荡电路、计数 /时序分配电路、双向模拟开关、一位寄存器和彩灯显示五部分组成。方框图如图 2-1 所示：图 2-1 电
8、路方框图以上各部分由相应的集成芯片和外围电路组成。其中，振荡电路用来产生脉冲信号，调节外围元件可改变振荡信号频率，从而控制彩灯色彩的流动速度，将此作为时间基准供给计数、移位寄存器。计数 /时序分配电路，用以产生模拟开关切换的控制信号，经模拟开关转换后的信号直接送入移位寄存器，通过彩灯显示出来。可实现控制五路彩灯逐行递增点亮，再逐行递减熄灭，时间可按实际需要进行设定，并自动实现循环过程。2 2. .2 2 单单元元电电路路介介绍绍任何复杂的电子电路装置和设备，都是由若干个具有简单功能的单元电路组成的。总体方案的每个模块，往往是由一个主要电路组成的，其性能指标比较单一。在明确每个单元电路的技术指标
9、的前提下，要分析清楚各个单元电路的工作原理，与前后级电路之间的关系以及电路的结构形式等。具体设计时，可以模仿成熟的先进电路，也可以进行创新和改进，但都必须保证性能要求。而且，不仅各单元电路本身要设计合理，各单元电路也要互相配合，注意各部分的输入信号、输出信号和控制信号之间的关系。设计时应减少元件的类型、电平转换和接口电路，以保证电路简单、工作可靠、经济实用。2.2.1 电源电路电子设备中所用的直流电源，通常是由电网提供的交流电经过整流、滤波和稳压以后得到的，对于直流电源的主要要求是输出电压的幅值稳定，即当电网电压或负载电流波动时能基本保持不变，直流输出电压平滑，脉动成分小，交流电变换成直流电时
10、的转换率高。该彩灯控制器选用交、直流两种电压供电。直流电压取自由电阻、电容及二极管组成的整流、滤波、稳压电路，经稳压后输出5V 稳定电压，为各集成电路供电；交流电压直接取自市电2.2.2 振荡电路由于本电路对时间精度的要求不很严格，因此振荡电路采用集成芯片CD4069 和外接电阻、电容构成多谐振荡器，来产生脉冲信号。 CD4069 的引脚图如图 2-2 所示。图 2-2 CD4069 引脚图 CD4069 为六非门集成器件，其中 F1、F2 用以产生振荡信号，而非门 3用作 CD40174 复位信号的倒相器。由于 CD4069 为 CMOS 数字集成电路，是一种高输入阻抗器件，容易受外界干扰造
11、成逻辑混乱或出现感应静电而击穿场效应管的栅极。虽然器件内部输入端设置了保护电路，但它们吸收瞬变能量有限，过大的瞬变信号和过高的静电电压将使保护电路失去作用，因此，CD4069 中未使用的非门 F4、F5、F6 的输入端9、11、13脚均接到VSS 接地端，以作保护。由 CD4069 及电阻和电容构成的振荡定时电路如图 2-3 所示。R3、R4 和C4 为振荡定时元件，调节这两个元件可改变振荡信号频率，从而控制彩灯色彩的流动速度，以呈现不同的视觉效果。其中，振荡周期可由式 (2-1)求得：T =(1.42.5)RC 式(2-1)则我们可得出振荡频率f如式(2-2)所示：f =1/(1.42.5)
12、RC 式(2-2)本电路中振荡频率设为 5Hz,由此可选取参数 R=100K、C=1uF,并可通过电位器进行进一步调节。图 2-3 振荡定时电路2.2.3 计数/时序分配电路十进制计数分频器 CD4017，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是Y0、Y1、Y2、Y9 依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。用于产生对 CD4066 模拟开关切换的控制信号。其引脚功能如图 2-4 所示。其中，Cr 为复位端，当 Cr 端输入高电平时，计数器置零态。 CD4017 具有自动启动功能，即在电路进入无效状态时，在计数脉冲作用下，最多经过两个时钟周期就能
13、回到正常循环圈中，因此本控制器的CD4017 未设置加电复位电路。Co 为进位输出端，当计数满 10 个时钟脉冲时输出一个正脉冲。 CD4017有 CL 和 EN 两个计数输入端， CL 端为脉冲上升沿触发端，若计数脉冲从 CL端输入，则 EN 端应接低电平；EN 端为脉冲下降沿触发端，若计数脉冲从EN 端输入，则 CL 端应接高电平。在本电路中使用脉冲上升沿触发，因此，将计数脉冲从 CL 端输入，EN 端接低电平。每到来一个脉冲，其输出向前移动一位，即在脉冲到来时， CD4017 的各输出端将由 Y0Y9 依次输出高电平，从而控制 CD4066 的选通状态。图 2-4 CD4017 引脚图2
14、.2.4 模拟电子开关CD4066 为双向模拟开关，其引脚功能如图 2-5 所示，每个封装内部有A、B、C、D 4 个独立的模拟开关，每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子，其中输入端和输出端可互换。当控制端加高电平时，开关导通；当控制端加低电平时开关截止。模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆；模拟开关截止时，呈现很高的阻抗，可以看成为开路。模拟开关可传输数字信号和模拟信号，可传输的模拟信号的上限频率为 40MHz。各开关间的串扰很小，典型值为50dB。本控制器使用了其中 B、D 两个开关。每个开关有一个输入端和一个输出端，这两端可以互换使用。 B 开关的输入端11脚与电源相连、接入高电平；D
15、开关的输出端8脚接地；两个开关接成串联形式， B 开关的输出端10脚与 D 开关的输入端9脚相连，作为高、低电平的切换点。另外，CD4066 的12脚和6脚分别为开关 B、D 的选通端，输入高电平时开关闭合；输入低电平时开关断开。开关 B 在其选通端12脚输入的高电平作用下，接通11脚和10脚，使10脚变为高电平。与此同时， CD4017 其余各输出端 Y1Y9 均为低电平，于是 CD4066 开关 D 的选通端也为低电平，开关 D 关断，这样不影响 10脚的电平状态。CD4066 按此原理进行工作，以达到控制选通的目的。图 2-5 CD4066 引脚图2.2.5 移位寄存器移位寄存器是暂时存
16、放数据的部件，同时它还具有移位功能。从逻辑结构上看，移位寄存器有以下两个显著特征：(1) 移位寄存器是由相同的寄存单元所组成。一般说来，寄存单元的个数就是移位寄存器的位数。为了完成不同的移位功能，每个寄存单元的输出与其相邻的下一个寄存单元的输入之间的连接方式也不同。(2) 所有寄存单元共用一个时钟。在公共时钟的作用下，各个寄存单元的工作是同步的。每输入一个时钟脉冲，寄存器的数据就顺序向左或向右移动一位。通常可按数据传输方式的不同对 CMOS 移位寄存器进行分类。移位寄存器的数据输入方式有串行输入和并行输入之分。串行输入就是在时钟脉冲作用下，把要输入的数据从一个输入端依次一位一位地送入寄存器；并行输入就是把输入的数据从几个输入端同时送入寄存器。在 CMOS 移位寄存器中，有的品种只具有串行或并行中的一种输入方式，但也有些品种同时兼有串行和并行两种输入方式。串行输入的数据加到第一个寄存单元的 D 端，在时钟脉冲的作用下输入，数据传送
