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济南铁道职业技术学院

毕业论文

题目：

节日彩灯

循环闪亮控制器

系别：

电气工程系

专业：

电气自动化技术

班级：

0831班

学生姓名：

黄付帅

指导教师：

房金菁

完成日期：

2011年4月10日

摘要

本设计中彩灯程控集成电路IC（SE9201）控制器可用于对彩灯的控制，该彩灯控制器电路由整流二极管VDl-VD4、电阻器R1、稳压二极管VS及滤波电容器C1组成。

电路通电后，SE9201根据设定的闪光模式依次从Y1-Y8端输出控制高电平，使对应的VT1-VT8导通，驱动彩灯HL1-HL8产生各种灯光效果。

关键词可编程彩灯驱动控制电路集成电路IC可控整流晶闸管

1．绪论…………………………………………………………………………4

2．节日彩灯循环闪亮控制器整体介绍………………………………………5

2.1电路基本构成原理图………………………………………………………5

2.2电路基本工作原理分析……………………………………………………6

3．节日彩灯循环闪亮控制器电路功能模块化分析……………………………6

3.1交流降压滤波整流稳压电路……………………………………………6

3.2触发电路……………………………………………………………………11

4．电路元器件功能分析………………………………………………………12

4.1电阻∕滑动变阻器电阻………………………………………………………12

4.2电容…………………………………………………………………………14

4.3晶闸管……………………………………………………………………15

4.4二极管………………………………………………………………………17

4.5稳压二极管…………………………………………………………………18

5.电气元件选择及其清单………………………………………………………19

总结……………………………………………………………………………20

致谢……………………………………………………………………………21

参考文献………………………………………………………………………22

1.绪论

数字电路以其无与伦比的便捷、稳定的优点在电子技术电路中占有越来越重要的地位。

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流水灯。

彩灯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广泛应用，用彩灯来装饰建筑和街道已经成为一种时尚。

但是目前市场上各式样的彩灯循环闪亮控制器大多数用硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节点亮时间。

因此，设计这款可编程彩灯循环闪亮控制器SE9201是一种采用双极型和CMOS兼容制作工艺、标准DIP-18封装的多功能程序闪光集成电路。

它具有四点追逐（M1）、弹性张缩（M2）、跳马右旋（M3）、跳马左旋（M4）、依次点亮同时熄灭（M5）、同时点亮后依次熄灭（M6）、左右扩张（M7）、全亮间隔闪光（M8）共八种基本闪光模式。

经编程后可得到27种不同闪光模式的组合。

可广泛用于营造节日气氛、商业装饰、舞台装饰及门面广告装饰等领域。

2.节日彩灯循环闪亮控制器整体介绍

2.1电路构成原理图

电路原理图

2.2电路基本工作原理分析

彩灯驱动控制电路由彩灯程控集成电路IC（SE9201）、可变电阻器R2-R9、电容器C2、晶闸管VTl-VT8和彩灯HLl-HL8组成。

　　交流220V电压经VDl-VD4整流、Rl限流降压、VS稳压及C1滤波后,为IC提供5V直流工作电压。

　　IC的Ql-Q8端为控制输出端，Bl-B4端为花样选择控制端。

通过对B1-B4端的连接设置，可改变Ql-Q8端的控制信号。

　　lC的3-5脚内电路与RP、C2组成振荡电路，调节RP的阻值,可改变彩灯的闪烁循环频率。

　　IC通电工作后，其Ql-Q8端按设定的程序输出变化的控制信号，通过R2-R9控制VTl-VT8的导通与截止，使HLl-HL8按设定的闪光方式闪烁。

3.节日彩灯循环闪亮控制器电路模块化分析

3.1交流降压整流滤波稳压电路

图3.1交流降压整流滤波稳压电路功能实现流程图

（1）单相桥式整流电路

单相桥式整流电路就是将交流电转换为直流电的电路。

主要是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单相脉冲性直流电，这就是交流电的整流过程。

整流电路主要有二极管组成。

经过整流后的电流已不是交流电流，而是一种含有直流电流和交流电流的混合电流，习惯上称单相大脉动性直流电。

整流电路利用了二极管的单相导电性进行整流，为了提高整流效率，使交流电的正负半周信号都被利用，则采用全波整流，现以全波桥式整流为例，其电路和相应的波形如下图：

图3.2单相桥式整流电路及其波形图

单相桥式整流电路如图所示，D1、D2、D3、D4四只整流二极管接成电桥形式，故称为桥式整流。

桥式整流电路的工作原理如图所示。

在U2的正半周，D1、D3导通，D2、D4截止，电流由电源上端经D1→RL→D3回到电源下端，在负载RL上得到一半波整流电流，在U2的负半周，D2、D4导通，D1、D3截止，电流由电源下端经D2→RL→D4回到电源上端，在负载RL上得到另一半波整流电流。

这样就在负载RL上得到一个与全波整流相同的电压波形，其电流的计算与全波整流相同，即：

UL=0.9U2

IL=

流过每个整流二极管的平均电流为

ID=

每个整流二极管所承受的最高反向电压为URM=

（a）

（b）

图3.3（a）、（b）单相桥式整流电路电流流向图

经过整流后的电流仍然是“脉动”的直流电，为了减少波动，通常要加滤波器，下面对滤波器进行介绍。

（3）滤波

整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分。

为了获得平滑的直流电压，应在直流电路的后面加接滤波电路，以滤去交流成分。

常用的滤波电路有电容滤波电路和电感滤波电路，本次设计中算用的是电容滤波电路。

桥式整流电路输出端与负载电阻RL并联一个较大电容，构成了电容滤波电路。

电容滤波电路是利用电容的充电和放电来使脉动的直流电变为平稳的直流电。

设电容两端初始电压为零，并假定在t=0时接通电路，U2为正半周，当U2由零上升时，D1、D3导通，C被充电，同时电流经过D1、D3向负载电阻供电。

如果忽略二极管正向管压降和变压器内阻，电容充放电时间常数近似为零，在U2达到最大值时Uc也达到最大值，然后U2下降，此时Uc＞U2，D1、D3截止，电容C向负载电阻RL放电，由于放电时间常数τ=RLC，一般较大，电容电压Uc按指数规律缓慢下降。

当Uc下降到最低时，|U2|＞Uc，D2、D4导通，电容C在此被充电，输出电压增大，以后重复上述充放电过程，输出电压波形，近似为一锯齿波直流电压。

有上述可知，整流电路接入了滤波电容后，不经使输出电压变得平滑、纹波显著减少，同时输出电压的平均值也增大了输出电压平均值Uo的大小与滤波电容C及负载电阻RL的大小有关，C的容量一定时，RL越大，C的发电时间常数τ就越大，其放电速度越慢，输出电压就越平滑，Uo就越大。

让RL开路时，Uo=

U2。

为了获取良好的滤波效果一般取

（3~5）

式中，T为输入交流电的周期。

此时输出电压的平均值近似为

1.2U2

（4）稳压

图3.4稳压二极管稳压电路

由图3.4可知，当稳压二极管正常稳压工作时，有下述方程式：

Uo=U1－IrR=UZ

Ir=Iz+IL

若U1增大，Uo将会随着上升，加于稳压二极管两端的方向电压增加，使电流Iz大大增加，由上式可知，Ir也随之显著增加，从而使限流电阻上的压降IrR增大，其结果是，U1的增加量绝大部分都降落到限流电阻R上，从而使输出电压Uo基本维持恒定。

反之，U1下降时Ir减少，R上的压降减少，从而维持Uo的基本恒定。

若负载电阻RL增大（即负载电流IL减少），输出电压Uo将会跟随增大，则流过稳压管的电流Iz大大增加，致使IrR增大，迫使输出电压Uo下降，同理，若RL减少，使Uo下降，则Iz显著减少，致使IrR减少，迫使Uo上升，从而维持了输出电压的稳定。

3.2触发电路

晶闸管由阻断转换为导通，除了在阳极和阴极加正向电压外、还需在控制极和阴极间加合适的正向触发电压。

提供正向触发电压的电路称为触发电路。

触发电路的工作方式不同，对触发电路的要求也不完全相同。

这里把基本要求归纳如下。

一、触发信号常采用脉冲形式。

因晶闸管在触发导通后控制极就失去了作用，虽触发信号可以是交流、直流或脉冲形式，但为减少控制极损耗，故一般触发信号常采用脉冲形式。

二、触发脉冲应有足够的功率。

触发脉冲的电流和电压应大于晶闸管要求的数值，并留有一定的余量，以保证晶闸管可靠导通。

晶闸管属于电流控制器件，为了保证足够的触发电流，一般可取2倍左右所要求的触发电流大小（按电流大小决定电压）

三、触发脉冲电压的前沿要陡，要求小于10μS，且要有足够的宽度。

因同系列晶闸管的触发电压不尽相同，如果触发脉冲不陡，就会造成晶闸管不能被同时触发导通，使整流电压波形不对称。

触发脉冲应要求触发脉冲消失前阳极电流已大于擎住电流，以保证晶闸管的导通。

四、触发脉冲与晶闸管阳极电压必须同步。

两者频率应该相同，而且要有固定的相位关系，使每一周期都能在相同的相位上触发。

五、触发脉冲满足主电路移相范围的要求。

触发电路的移相范围与主电路形式、负载性质及变流装置的用途有关。

随着晶闸管技术的发展，对其触发电路的可靠性提出了更高的要求，集成触发电路具有体积小、性能稳定等优点，它近年来发展迅速，应用越来越广。

4电路元器件功能分析

4.1电阻∕滑动变阻器

导体对电流的阻碍作用就叫该导体的电阻（Resistor，通常用“R”来表示）。

主要职能就是阻碍电流的通过，应用于限流、分流、降压、分压、负载、与电容配合作滤波器。

电阻是所有电子电路中使用最多的元件。

电阻的主要物理特征就是变电能为热能，也可以说是一种耗能元件，电流经过它就产生内能。

电阻在电路中主要起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。

电阻都有一定的阻值，它代表这个电阻对电流流动阻挡力的大小。

电阻的单位是欧姆，用符号“Ω”表示。

欧姆是这样定义的：

当在一个电阻的两端加上1伏特的电压时，如果在这个电阻中有1安培的电流过时，则这个电阻的阻值是1欧姆。

在国际单位制中，电阻的单位是Ω（欧姆），还有ΚΩ（千欧）、ΜΩ（兆欧）。

其中：

1ΜΩ=1000ΚΩ，1ΚΩ=1000Ω

电阻的阻值标法通常有色环法、数值法。

色环法在一般的电阻上比较常见。

色环法的读取方法如图4.1所示;

电阻是一线性元件。

说它是线性元件，是因为通过实验发现，在一定条件下，流经一个电阻的电流与电阻两端的电压成正比，即它是符合欧姆定律：

I=U∕R

常见的碳膜电阻或者金属膜电阻在温度恒定，且电流电压值限制在额定条件之内时，可用线性电阻累模拟。

如果电流或电压值超过规定值，电阻将因热而不遵从欧姆定律，甚至还会被烧坏。

电阻的种类有很多，通常分为碳膜电阻，金属电阻，线绕电阻等；它包含固定电阻与可变电阻，光敏电阻，压敏电阻，热敏电阻等。

变阻器是可以调节电阻大小的装置，接在电路中能调节电流的大小，一般的变阻器用电阻较大的导线（电阻线）和可以改变接触点以调节电阻线有效长度的装置构成。

作用：

1、限制电流保护电路，2、改变电路中电压的分配。

测试：

使用万用表判断出电阻的好坏，将万用表调节在电阻挡的合适挡位，并将万用表的两个表笔放在电阻的两端，就可以从万用表上读出电阻的阻值。

应当注意的是，测试电阻时手不能接触到表笔的金属部分。

4.2电容

电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。

我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容，很多电子产品中，电容器都是必不可少的电子元件，它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源和退耦、交流信号的旁路、交直流电流的交流耦合等。

电容在电路中一般用“C”表示。

电容器是有两片金属膜紧靠，中间用绝缘材料隔开而组成的元件。

电容的特性主要是通交流隔断直流。

在国际单位制中电容的单位是法拉，简称法，符号是“F”，常用的单位有毫法（mF）、微法（µF）、纳法（nF）和皮法（pF）等，换算关系是：

1法拉（F）=1000毫法（mF）=1000000微法（µF）

1微法（µF）=1000纳法（nF）=1000000皮法（pF）