彩灯循环控制电路.doc
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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）。
关键词彩灯控制器；时钟脉冲；循环显示；可控硅
Abstract
Thepeopleinthedailylife,thehappyholiday,theentertainmentandthescientificresearch,everywherecanmeetthedecorationquestion,alwayscannotleavethecoloredlanterncontroller.Thecoloredlanterncontrolcircuit'sunceasingconsummation,causespeople'slifetobemorerichlycolorful.
Thistopicmainlyintroducesthecoloredlanterncycliccontrolelectriccircuit'sdesigncompositionandtheprincipleofwork.Inelectriccircuit's220Vvoltageaddsthroughthesilicon-controlledrectifiercomponenttoeachgroupcoloredlantern'sbothsides,whensilicon-controlledrectifierbreakoverthecoloredlanternislightened,otherwiseextinguishes.Silicon-controlledrectifier'sbreakoverornotisbyitscontrolwhetherextremelytojointhetriggerpiptodecide.Thesetriggerpipthesmoothpulsewhichproducesbytheshiftregistergives.Theoscillatingcircuitproducestheclockpulsesendsintheshiftregister,alongwithclockpulse'sunceasinginput,shiftregister'svariousout-portsbecomes（low）thelevelhighinturn,formsthesequentialcontrolsignal.Thesequentialcontrolsignalsendsinthesilicon-controlledrectifierafterthedrivingcircuit,causesthesilicon-controlledrectifierinturnbreakover,thereforevariouscoloredlanternsarelightenedinturn（extinguishment）.
KeywordsColoredlanterncontroller;Clockpulse;Thecirculationdemonstrated;Silicon-controlledrectifier
目录
摘要 I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1立题目的和意义 1
1.2设计任务与要求 1
1.2.1课题概述 1
1.2.2技术要求 1
1.2.3设计内容 2
第2章电路组成与设计 3
2.1设计方案与方框图 3
2.1.1设计方案 3
2.1.2电路方框图 3
2.2单元电路介绍 4
2.2.1电源电路 4
2.2.2振荡电路 4
2.2.3计数/时序分配电路 5
2.2.4模拟电子开关 6
2.2.5移位寄存器 7
2.2.6驱动电路 8
2.2.7可控硅开关电路 10
2.2.8彩灯电路 10
2.3本章小结 10
第3章整机电路工作原理 11
3.1整机电路工作原理 11
3.1.1彩灯点亮过程 11
3.1.2彩灯熄灭过程 12
3.2本章小结 13
第４章元器件选取与计算 14
4.1元器件选取 14
4.1.1电阻器 14
4.1.2电位器 14
4.1.3电容器 14
4.1.4半导体二极管 15
4.1.5半导体三极管 15
4.1.6三端稳压器 15
4.1.7集成芯片 15
4.2元器件选择 16
4.2.1双向可控硅 16
4.2.2限流电阻 17
4.3本章小结 17
第5章电路安装与调试 18
5.1主要使用仪器 18
5.2电路安装 18
5.3电路调试 18
5.3.1注意事项 19
5.3.2通电检查及调试步骤 19
5.4电路调试中的故障现象及排除方法 20
5.5本章小结 20
结论 22
致谢 23
参考文献 24
附录1外文文献中文译文 25
附录2外文文献 28
附录3整机电路原理图 32
附录4元器件列表 33
第1章绪论
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。
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。
1.2设计任务与要求
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，题目为彩灯循环控制器。
1.2.2技术要求
（1）能够实现五路彩灯逐行递增点亮，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2章电路组成与设计
2.1设计方案与方框图
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单元电路介绍
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2-2CD4069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
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