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1、河南机电高等专科学校电子技术课程设计报告设计课题：节日音乐彩灯连题目：节日音乐彩灯连、设计任务与要求选取一种方法设计音乐彩灯控制器，要求该音乐彩灯控制器电路由三路不 同控制方法的彩灯所组成，采用不同颜色的发光二极管作课题实验。1 第一路为音乐节奏控制彩灯，按音乐节拍变换彩灯花样。2 第二路按音量的强弱（信号幅度大小）控制彩灯。强音时，灯的亮度加 大，且灯被点亮的数目增多。3 第三路按音量高低（信号频率高低）控制彩灯。低音时，某一部分灯点 亮；高音时，另一部分灯点亮。、方案设计与论证1、设计思路根据课题要求，可将控制器分为三部分来实现。1 由于音乐的节奏是具有一定时间间隔的节拍脉冲信号。因此，可
2、采用记 数、译码驱动电路构成节拍脉冲信号发生器，使相应的彩灯按节奏点亮和熄 灭。2 将声音信号变成电信号，经过放大、整流滤波，来点亮彩灯，以实 现声音信号强弱的控制。3采用高、低通有源滤波电路来实现高、低音对 彩灯的控制。2、总体方案方框图3、方案一：简单声控音乐彩灯控制器图2低成本声控音乐彩灯简单声控音乐彩灯控制器的电路如图 2所示，R1、R2、D和C组成电 阻降压半波整波电路，输出约3V的直流电供SCR的控制回路用。压电陶瓷 片HTD担任声-电换能器，平时调 W使BG集电极输出低电平，SCR关断, 彩灯不亮。当HTD接收到声波信号后，BG集电极电平升高，SCR即开通， 所以彩灯能随室内收音
3、机播出的节目的音乐节奏而闪烁发光。W可用来调节声控灵敏度，W由大调小时，声控灵敏度愈高，但 W过小时，电灯常亮， 这时就失去声控作用，使用调试时，将 W由大逐渐调小至某一阻值时，电 灯即点亮，再将 W退回少许（即稍微调大），电灯就熄灭，这时声控灵敏度 最高，离HTD二三米远处普通谈话声就能使彩灯闪烁。如嫌灵敏度太高， 只要将W调大些即可，电灯长亮不熄，表示BG的放大倍数B值过小，应更 换B大些的三极管。电阻均为1/8W碳膜电阻。方案二：音乐彩灯控制器如附录所示为实用音乐彩灯控制电路。该控制器由声电转换和放大电路、时钟脉冲发生器、计数电路和控制电路等组成。拾音话筒MIC将声音信号转换为电信号，并
4、经BG1-BG3放大后加至四路模拟开关 CD4066（IC3）。时 钟脉冲发生器由IC1（555）和W1 R1、R2、D1、C1等组成，该电路产生信号 的周期为T=0.693（Rw1+R1+R2）C1图示参数对应的周期 T在0.55秒范围 内变化。其中555脚输出加至IC2作为CP脉冲。IC2采用CMOS型十进制 计数器/脉冲分配器CD4017在时钟CP作用下，Q0（脚）、Q1（脚）、Q2（ 脚）、Q3（脚）、Q4（脚）相继出现高电平脉冲，且Q4加至复位端R（脚）, 使电路成为一环行计数器。QCQ3的输出依次将CD4066四路模拟开关接通， 使乐曲信号依次加至 BG5 BG6 BG7 BG8并
5、依次导通，相应 SCRSCR4 被依次触发导通，彩灯因插座依次有电而被依次点亮，随着悠扬的音乐，彩 灯闪烁生辉，从而实现了控制四路彩灯伴随乐曲而发光。三、单元电路设计与参数计算1、整流电路的设计全波桥式整流电路如图3所示，图中4个二极管接成电桥的形式，故有桥式整流之称。该电路工作原理：设变压器次级电压U2=U2msinwt=U2sinwt，其中U2m 为其幅值，U2为有效值。在电压U2的正半周期时，二极管D1、D3因受正 向偏压而导通，D2、D4因承受反向电压而截止；在电压 U2的负半周期时， 二极管因受D2、D4正向偏压而导通，D1、D3因承受反向电压而截止。U2 和UL的波形如下图所示，显
6、然，输入电压是双极性，而输出电压是单极性， 且是全波波形，输出电压与输入电压的幅值基本相等由理论分析可得，输出全波单向脉冲电压的平均值即直流分量为：2 2UL0=2U2m/ = n U2 0.9U2(1)其纹波系数g为丫 = UL /UL0图3全波桥式整流电路U； uLo式中，UL为谐波（只有偶次谐波）电压总有效值，其值应为(3)由式（1）、（2）和（3）通过计算可得0.48由结果可见，全波整流电路的输出电压纹波比半波整流电路小得多，但仍然较大，故需用滤波电路来滤除纹波电压。全波整流电路中的二极管安全工作条件为:1、二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管平均电。由于4个二极管是两两轮流导通
7、的，因此有IF ID0=0.5UL0/RL=0.45U2/RL2、二极管的最大反向工作电压 UR必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压URM，即iURURM = 2U22、滤波电路的设计经整流后的直流输出电压脉动性很大，不能直接使用。为了减少其交流成分， 通常在整流电路后接有滤波电路。滤波电路的主要任务是将整流后的单向脉动直 流电压中的纹波滤除掉，使其变成平滑的直流电。在小功率电路中常采用电容滤 波电路，将滤波电容 C直接并联在负载RL两端，就可组成电容滤波电路。由 于电容的储能作用，使得输出直流电压波形比较平滑， 脉动成分降低，输出直流 电压的平均值增大。采用电容滤波电路可以得到脉动性很
8、小的直流电压，但输出电压受负载变动的影响较大，其主要用于要求负载电流较小，负载基本不变的场 合。当RL时，VL= 2 V2 ;当RLC的值适当，且整流电路的内阻较小时， VL= （1.11.2） V2。滤波电容的选择与负载 RL的大小有关，确切地说是由放 电回路的时间常数T来确定的。电容放电的时间常数T （ tRLC ）越大，放电过程越慢，输出电压中脉动（纹波）成分越少；VL的平均值越大，滤波效果越好。 一般取T栄35） T/2 （T为电源交流电压的周期）。RL为整流滤波电路的负载 电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数 RC应满足：RC （35） T2。 其中：T=20ms是50 Hz交
9、流电压的周期。由此确定滤波电容的容量。滤波电容 一般采用电解电容，使用时注意极性不能接反，电容器的耐压应大于它实际工作 时所承受的最大电压。通常电容器的耐压取（1.52） V2。3、高通滤波器由分析知道截止频率为50Hz,于是就有fl2. R7R8C1C250Hz选取 R7=R8=4k,C1=C2=0.8 F。Avf1 空此高通滤波器的增益R10，由前分析知，故选取R10=4k ，R9=4k如图4所示为有源低通滤波电路。该电路的截止频率fc=100Hz。电路中,R1与R2之比和C1与C2之比可以是各种值。该电路采用R仁R2和3= 2C2。采用C仁C2和R1=2R2也可以。图4高通滤波器电路图4
10、、低通滤波器如图5所示为有源低通滤波电路。该电路的截止频率fc=10kHz。电路中，R1与R2之比和C1与C2之比可以是各种值。该电路采用R仁R2和3= 2C2。采用 3= C2和R1=2R2也可以。图5低通滤波器电路图5、元件参数的计算及选择由于.U RM 、2U 221217V , l0max 0.8A。IN4001的反向击穿电压Urm50V，额定工作电流Id1A I 0max 故整流二极管选用IN4001。根据9V,Ui 12V, Uopp 5mV,Sv 3 10 3和公式SvUU0（C为常数）可求得:门 Uop pU|U I0.00512UoSv3 10 32.2V滤波电容:C空UiI
11、 0 maxT2Ui0.8丄502.2120.003636F3636C取容量为电容的耐压要大于2022 12 17V，故滤波电容4700 F ,耐压为25V的电解电容。3.5.1SCR及其它元件的选择SCR可用国产3CTS1型（1A、400V）双向晶闸管，其它进口额定通态 电流IT 1A断态重复峰值电压UDRM400V的双向晶闸管也可使用，但应 注意管脚引线的正确接法，以免错接后通电损坏器件。T用晶体管收音机里常用的小型推挽输出变压器来代替，要求初级与次级间绝缘性要良好，这一点应特别引起重视，以免使用中发生人体触电危险！ Rw选用4705.1k 的普通电位器。插头采用的是 220V交流电路常用
12、的普通二极插头。选用市 售节日闪光彩灯链（灯泡套有塑料花，每串约20只灯泡，工作电压为交流220V） 一至数串并联构成，但总瓦数（各并联彩灯链瓦数之和）不得超过 180W;使用前，还应将每串彩灯链的第一个带有双金属片的灯泡换成普通 备用灯泡，不再让其控制彩灯链自动闪亮即可。 彩灯链灯泡数目多、体积小, 可以将它缠绕在各种图案、家具等的四周，也可将它置于花丛中，形式不拘 一格，布置起来灵活方便。四、总原理图及元器件清单把上述各部分电路连接起来便构成了完整的音乐彩灯控制电路。其总电路图如附录所示2 元件清单兀件序号型号主要参数数量备注R112k1R212K1R368K1U220V1SCR3CTS1
13、1A、 400V1CZ40174BG90138CD40664C47疔5五、安装与调试电路图画好后，进行了电路元件的焊接，事先没了解开关原理，导致一 开始一直以为电路出问题。花了很长时间，自后用万用表逐个检查原件，最 后发现开关接错了。二极管接反，导致三极管直接与电源相连，电压过大。 导致三极管发热烧坏。之后通过检查发现。经过一系列的调试安装音乐彩灯 可以正常运行。六、性能测试与分析性能基本稳定，但是有些环节还是把握的不太好，就如接二极管和其它 元件时接触不是太好，使线路有时不太稳定，只要在熟练一些一些我想彩灯 运行是可以完全正常运行的七、结论与心得通过这次的课程设计使我有了一个实践的机会，把我
14、所学得知识和身边 日常生活连接在一起。使我的综合运用各科知识能力有所提高，分析问题， 解决问题的思维方式有很大程度上的改变。懂得了设计的一般步骤，从资料 得查找到资料的整理，再到资料的分析到从中取出自己想要的信息，等等都 使自己的检索能力，分类整理能力都有大的提高。在绘制系统原理电路图的过程中，由于自身知识的欠缺，不知道一些元器件的正确接法，导致在导出PCB板的时候出现很多错误，在老师和同学的 耐心帮助下终于完成了电路图得绘制。再次通过这次的课程设计使自己对自己更加有信心， 对以后的工作学习 都有一定的积极得影响。在这里我要感谢我的指导老师们，因为在这次课程 设计过程中给了我相当大的帮助。相信在以后的学习过程中，我会更加努力 拓展自己得知识面，虚心的向老师请教以得到更好的锻炼和提高。八、参考文献1 华成英，童诗白。模拟电子技术基础（第四版）高等教育出版社2 苏成富 . 彩灯控制器 J. 北京 :电机电器技术 ,2000, （01）.3 祝富林 . 音乐彩灯电路 CS9482J. 北京 : 电子世界（ 12）.4 彭介华 . 电子技术课程设计指导 J. 北京 :高等教育出版社 ,1997 .附录R3 6.8kMIC
