电子孔雀开屏的设计与制作.docx
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电子孔雀开屏的设计与制作
明达职业技术学院
毕业设计（论文）
2010－2011学年度
信息工程系电子信息工程技术 专业
班级学号
课题名称电子孔雀开屏装饰电路的设计与制作
学生姓名
指导教师
2010年12月24日
目录
摘要2
第一章前言3
第二章方案论证4
2.1两种设计方案4
2.1.1设计方案一4
2.1.2设计方案二6
2.2方案的比较6
第三章电路工作原理7
第四章单元电路的分析9
4.1低频震荡器12
第五章主要元器件及相关知识点的介绍14
5.1555定时器14
5.2十进制计数器CD401714
5.3三极管901417
心得体会18
致谢18
主要参考文献18
附录A电路总的电路图19
附录B元器件清单表19
电子孔雀开屏装饰电路的设计与制作
【摘要】电子装饰孔雀开屏由10组发光二极管组成，每组包括多只发光二极管，这些发光二极管安装在模型孔雀的尾部成扇形排列，在发光二极管驱动电路的驱动下，这些发光二极管呈扇形以放射状依次循环发光，恰似孔雀开屏。
讲述了由555定时器研制的电子装饰孔雀开屏电路的工作原理以及其各个组成部分，简单的记录了我在整个设计过程中对设计方案的筛选，确定以及各个元器件的确定，最终在杨老师的指导下得以圆满成功。
【关键词】多谐振荡电路脉冲分配电路驱动
第一章前言
作为信息工程技术的一个重要基础和信息产业的一项核心技术，电子技术的应用正迅速扩展到人类生活的各个领域。
电子技术实践能力是高新技术领域科研工作者和工程技术人员的必备技能，但是，电子技术实践又是一项专业性很强的工作，不经过系统的培训很难掌握，盲目地操作往往会失败，甚至会导致事故的发生，由于电子技术仍处在迅速发展的阶段，各种新技术，新器件和新产品层出不穷，该领域知识更新的速度异常迅速。
与此形成鲜明的对照的是，国内高校在电子技术教学方面的改革远远滞后u电子技术自身的发展。
首先，从教学方式上看，仍然是理论教学为主，实验为辅，忽视了电子技术实践性极强的特点；其次，从教学内容看，理论教学仍是以基本电路分析计算为重点，实验仅以验证理论教学为目的。
这与精彩纷呈的新技术，新器件和新产品相比，给人一种光如隔世之感。
很多电子专业刚毕业的本科生，棉电子领域具体的专业性工作表现的一筹莫展，而用人单位又抱怨毕业的本科生动手能力太差，派不上用场。
面对这一严峻的局面，近年来，一些高校率先开设了电子创新实践类课程。
由于电子实践类课程是一个新事物，没有现成经验可借鉴，多数人都是把传统电子工艺的教学内容简单的移植过来，这种做法其实是一种缺乏深入和创新的肤浅行为。
本次毕业设计遵循师生双向选择的原则，我选择了杨伟华老师的《电子孔雀开屏装饰电路的设计与制作》的课题，要求电路中的发光二极管呈扇形以放射状一次循环不断点亮，并且可以根据需要可自由增加发光二极管个数。
我主要负责主要电路部分的设计组装并参与整机的调试。
第二章方案论证
设计方案一：
由555研制的电子装饰孔雀开屏由10组发光二极管组成，每组包括多只发光二极管，这些发光二极管安装在模型孔雀的尾部成扇形排列，在发光二极管驱动电路的驱动下，这些发光二极管呈扇形以放射状依次循环发光，恰似孔雀开屏。
1：
电路组成
本电路主要有IC1十进制计数器，IC2NE555定时器，驱动三极管9013，发光二极管LED，二极管IN4148等组成。
方框图如图所示：
（1）发光二极管驱动电路
发光二极管驱动电路由一只十进制计数器CD4017组成，在驱动脉冲的驱动下，CD4017的10个输出端QO~Q9依次输出高电平并连续不断地循环。
由于显示孔雀开屏状态的发光二极管数量较多，而CD4017的输出能力不能满足直接驱动多只发光二极管的要求，因此在CD4017的10个输出端各增设一只驱动三极管，再通过三极管的导通去驱动多只发光二极管发光。
在本电路中，每只三极管的输出端并联2组发光二极管，每组3只，共6只，全电路共由31只发光二极管组成。
发光二极管的数目也可根据实际模型的结构进行增减。
应当注意的是，tCD4017的10个输出端与驱动管VT1~VT6的连接并非顺序连接，而是以Q0→Q1→Q9→Q2→Q8→Q3→Q7→Q4→Q6→Q5这样的顺序排列。
在模型孔雀的尾部，对发光二极管的安排应当使发光二极管的发光顺序是从尾根向尾梢成放射形流动，使其符合开屏的实际过程。
（2）驱动脉冲振荡器
驱动脉冲发生器由一只555电路组成，NE555与R1十RP、R2和C1组成低频振荡器，它所产生的低频脉冲加至CD4017的CP端，作为它的驱动脉冲。
脉冲振荡器的振荡频率可根据实际需要，通过RP来调节。
由555研制的电子装饰孔雀开屏电路中所用的驱动三极管型号为9014。
如果需要增加更多的发光二极管，或者采用多只大功率发光二极管，可增设一只大功率三极管，与原来的三极管组成复合管。
发光二极管可采用红、绿两色管，采用相间排列的方式。
设计方案二
本装置利用电子元件和孔雀工艺品相结合，可模拟孔雀开屏，形成声，光并茂的电子工艺品。
1：
电路组成
本电路主要有两个HFC3040，两个晶振，一个三极管以及多个发光二极管所组成。
方框图如下图所示：
2：
工作原理
振荡电路产生的信号经分频后输入时序分配器，进而分别推动各自的驱动工作。
HFC3040的MD=1，当K1有触发信号时。
12只LED开始轮流发光，触发信号停止，12只LED会继续闪光，但闪光逐渐减慢，最后会停止在某只LED上，期间LCN端上LED继续闪光，约10秒后，HFC3040停止工作，所有LED不再发光，若再有触发信号，HFC3040重新开始工作，但最后停止在哪一个LED上是随机的，同时THD发出模拟孔雀叫声。
定时触发电路则是一个常见的无稳态多谐振荡器。
图中数据LED27会发出暗25秒亮1秒的闪光信号，以控制HFC3040的工作。
本装置用27只LED为闪光信号指示，用绿色发光二极管装在孔雀头顶上。
方案的比较
设计方案二的电路图比较罕见，相关的资料不好查阅，线路连线也比较复杂不易做出来，而且设计方案二中有所需的个别元器件我们实验室找不到，而且也不符合任务书中的要求，所以我放弃了设计方案二。
相反设计方案一就比较常见，是我们历届课程设计常选做的一个课题，所以一些相关的资料查起来特别容易，方便。
而且方案一中的元器件安全可靠且成本较低，电路较新颖。
充分的满足了本次毕业设计的要求，最终决定选用设计方案一进行毕业设计。
第三章电路工作原理
工作原理
电路图如图所示：
由555研制的电子装饰孔雀开屏电路由发光二极管驱动电路、驱动脉冲振荡器和发光二极管组共同组成。
发光二极管驱动电路由一只十进制计数器CD4017组成，在驱动脉冲的驱动下，CD4017的10个输出端QO~Q9依次输出高电平并连续不断地循环。
由于显示孔雀开屏状态的发光二极管数量较多，而CD4017的输出能力不能满足直接驱动多只发光二极管的要求，因此在CD4017的10个输出端各增设一只驱动三极管，再通过三极管的导通去驱动多只发光二极管发光。
在本电路中，每只三极管的输出端并联2组发光二极管，每组3只，共6只，全电路共由31只发光二极管组成。
发光二极管的数目也可根据实际模型的结构进行增减。
应当注意的是，tCD4017的10个输出端与驱动管VT1~VT6的连接并非顺序连接，而是以Q0→Q1→Q9→Q2→Q8→Q3→Q7→Q4→Q6→Q5这样的顺序排列。
在模型孔雀的尾部，对发光二极管的安排应当使发光二极管的发光顺序是从尾根向尾梢成放射形流动，使其符合开屏的实际过程。
驱动脉冲发生器由一只555电路组成，NE555与R1十RP、R2和C1组成低频振荡器，它所产生的低频脉冲加至CD4017的CP端，作为它的驱动脉冲。
脉冲振荡器的振荡频率可根据实际需要，通过RP来调节。
由555研制的电子装饰孔雀开屏电路中所用的驱动三极管型号为9014。
如果需要增加更多的发光二极管，或者采用多只大功率发光二极管，可增设一只大功率三极管，与原来的三极管组成复合管。
发光二极管可采用红、绿两色管，采用相间排列的方式。
第四章单元电路的分析
4.1：
低频振荡器
低频震荡电路图4-3555定时器内部结构
555定时器内部结构的简化原理图如图4-3所示。
它由3个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电管T以及缓冲器G组成。
当控制电压输入端VC悬空时，比较器C1的同相输入端的参考电压为U1+=（2/3）Vcc，比较器C2的反相输入端的参考电压为U2-=（1/3）Vcc。
如果VC端外加控制电压U1c，则U1+=U1c。
而U2-=（1/2）U1c。
当vI1>（2/3）VCC，vI2>（1/3）VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器被置0,放电三极管T导通，输出端vO为低电平。
当vI1<（2/3）VCC，vI2<（1/3）VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器被置1,放电三极管T截止，输出端vO为高电平。
当vI1<（2/3）VCC，vI2>（1/3）VCC时，基本RS触发器R=1、S=1,触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。
综合上述分析，可得555定时器功能表如表所示。
如果在电压控制端（5脚）施加一个外加电压（其值在0-VCC之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，进而影响电路的工作状态。
输出信号的时间参数是：
T=tw1+tw2
tw1=0.7（R1+R2）C
tw2=0.7R2C
其中，tw1为Vc由（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc所需的时间，tw2为电容C放电所需的时间。
555电路要求R1与R2均应不小于1KΩ，但两者之和应不大于3.3MΩ。
用555定时器组成的多谐振荡器如图所示:
多谐振荡器及波形
在接通电源后，Vcc通过R1、R2对电容C充电，在Uc未到达（1/3）Vcc和（2/3）Vcc之前，6号、2号引脚状态为0、0和0、1，故输出U0为1，放电T截止。
当电容C被充电到达Uc≥（2/3）Vcc时，6号、2号引脚状态为1、1，则输出U0翻转为0，放电管T导通此时电容C开始通过R2和T放电，使Uc按指数曲线下降。
当Uc处于（2/3）Vcc和（1/3）Vcc之间时，6号、2号引脚状态为0、1，输出维持为0，电容C继续放电，直到Uc≤（1/3）Vcc，使6号、2号引脚状态为0、0，输出U0又翻转为1态，放电管T截止，电容C又开始充电，这样周而复始振荡下去，输出U0为图所示矩形波。
当十进制计数器CD4017还没有输出高电平加至三极管上时各个三极管的电压如下所示：
a
b
c
VT1
3.79V
0V
0V
VT2
4.68V
0.15V
0V
VT3
2.97V
0.14V
0V
VT4
3.77V
0.13V
0V
VT5
4.01V
0.13V
0V
VT6
4.49V
0V
0V
当输出高电平加至三极管上时三极管的电压是：
a:
VT1=VT2=VT3=VT4=VT5=VT6=0.02V
b:
VT1=VT2=VT3=VT4=VT5=VT6=0.75V
c:
VT1=VT2=VT3=VT4=VT5=VT6=0V
4.2：
发光二极管驱动电路
驱动电路
原理：
发光二极管驱动电路由一只十进制计数器CD4017组成，在驱动脉冲的驱动下，CD4017的10个输出端QO~Q9依次输出高电平并连续不断地循环。
由于显示孔雀开屏状态的发光二极管数量较多，而CD4017的输出能力不能满足直接驱动多只发光二极管的要求，因此在CD4017的10个输出端各增设一只驱动三极管，再通过三极管的导通去驱动多只发光二极管发光。
CD4017是十进制计数／分频器，它的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Q0、Q1、Q2、…、Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。
CD4017有10个输出端（Q0～Q9）和1个进位输出端～Q5-9。
每输入10个计数脉冲，～Q5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。
CD4017引脚图
第五章主要元器件及相关知识点的介绍
5.1555定时器
555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。
它的内部电压标准使用了三个5K的电阻，故取名555电路。
该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。
因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。
图8-1 555定时器内部框图
目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555（或5G555）和C7555等多种。
它们的结构及工作原理基本相同。
通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时器具有低功耗、输入阻抗高等优点。
555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。
双极型定时器电源电压范围为5～16V，最大负载电流可达200mA；CMOS定时器电源电压范围为3～18V，最大负载电流在4mA以下。
5.2十进制计数器CD4017
CD4017是十进制计数／分频器，它的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Q0、Q1、Q2、…、Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。
CD4017有10个输出端（Q0～Q9）和1个进位输出端～Q5-9。
每输入10个计数脉冲，～Q5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。
CD4017有3个输（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1～Q9）均为低电平。
CP0和～CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CPl端输入。
设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。
由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。
CD4017有两个时钟端CP和EN，若用时钟脉冲的上沿计数，则信号从CP端输入；若用下降沿计数，则信号从EN端输入。
设置两个时钟端是为了级联方便。
CD4017与CD4022是一对姊妹产品，主要区别是CD4022是八进制的，所以译码输出仅有Y0～Y7，每输入8个脉冲周期，就可得到一个进位输出，它们的管脚相同，不过CD4022的6、9脚是空脚。
输入第一个时钟脉冲后，Q1即为“1”，这时Q2-Q5均依次进行移位输出，Q1的输出移至Q2，Q2的输出移至Q3......。
如果继续输入脉冲，则Q1为新的Q非5，Q2-Q5仍然依次移位输出，这样就得到了表1-1的状态及图1-3的波形。
我们知道CD4017有两个计数输入端，即CP端和EN非端。
D触发器的CP端是脉冲上升沿触发，若用上升沿计数，信号从"CP"端输入，此时EN非端接“0"电平即可。
经门2前的反相变为“1”电平。
当CP脉冲的上升沿到来时，经门1反相后变为负脉冲，到达门2前又反相变为正脉冲作用于门2的输入端，使门2输出正脉冲，作用于F1-F5的“CP1-CP5”端。
若用脉冲下降沿计数，则“CP”端接“1”电平，信号从EN非端输入，下降沿到达门2前先反相变为正脉冲，结果门2同样输出正脉冲作用于各触发器的"CP"端。
为便于分析，假定计数器的初始状态为“00000",并从"CP"端加入时钟脉冲的情况分析计数的过程。
5.3C9014三极管
△主要用途：
作为低频、低噪声前置放大，应用于电话机、VCD、
DVD、电动玩具等电子产品（与C9015互补）
参数符号测试条件最小值典型值最大值单位
集电极漏电流ICBOVCB=60V,IE=0100nA
发射极漏电流IEBOVBE=5V,IC=0100nA
集电极、发射极击穿电压BVCEOIC=1mA,IB=050V
发射极、基极击穿电压BVEBOIE=10μA,IC=05V
集电极、基极击穿电压BVCBOIC=100μA,IE=060V
集电极、发射极饱和压降VCE（sat）
IC=100mA,IB=10mA0.25V
基极、发射极饱和压降VBE（sat）
IC=100mA,IB=10mA1.0V
直流电流增益HFE1VCE=6V,IC=2mA120700
HFE2VCE=6V,IC=150mA25
参数符号标称值单位
集电极、基极击穿电压VCBO60V
集电极、发射极击穿电压VCEO50V
发射极、基极击穿电压VEBO5V
集电极电流IC150mA
集电极功率PC625mW
心得体会
在设计过程中，通过查阅大量相关资料，与同学交流经验，并在老师的循循善诱下，使自己学到了不少的知识，也经历了不少的艰辛，获益匪浅。
在整个设计过程中我懂得了许多东西，培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，同时也是对自己的进一步肯定，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响，这次毕业设计使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
总之，万事开头难，不知道如何入手，还得出一个结论:
知识必须通过应用才能实现其价值！
有些东西以为学会了，但到真正用的时候才发现并不是那么一回事，所以我认为，有到真正会用的时候菜算是真的是学会了，在此我要感谢我的指导老师杨老师对我的悉心指导，对我的论文的细心审阅以及修改，同时我还要感谢在大学三年里所有对我有过帮助，支持，鼓励的老师和同学们，谢谢你们！
我的良师益友。
【参考文献】
[1]王国玉《电子技术基本功》人民邮电出版社2009-10第一版
[2]周良权方向乔《数字电子技术基础》高等教育出版社2008-3第二版
[3]杨毅德《模拟电路》重庆大学出版社2006-10第二版
[4]姚彬《电子实习实训教程》机械工业出版社2009-4第一版
[5]廖先芸《电子技术实践与训练》高等教育出版社2007-5第二版
[6]陈小虎电工电子技术北京高等教育出版社2005-6第一版
附录A电路总的电路图
附录B元器件清单表
序号
元器件名称
符号
数量
备注
1
集成块555
IC1
1
NE555
2
集成块4017
IC2
1
CD4017
3
可调电阻
RP
1
220K
4
电阻
R
14
5.1K33K8.2K390
5
电解电容
C
2
100uf
6
二极管
VD
8
IN4118
7
发光二极管
LED
30
8
三极管
VT
6
9014
9
开关
RP
1
220K
注：
另需要面包板一块，万用表一个，剪刀一把，镊子一个，导线若干
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