七色廣告燈箱控制器設(shè)計(jì).doc

1、。綜述這次數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是設(shè)計(jì)七色廣告燈箱控制器。 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、 社會(huì)的進(jìn)步，廣告的作用已經(jīng)很重要。 但是傳統(tǒng)的單一色彩的燈箱顯得非常單調(diào)。 人們根據(jù)控制原理設(shè)計(jì)了可控制的七色廣告燈， 七種色彩循環(huán)變化是廣告顯得華麗多彩， 更能吸引人們的目光。該系統(tǒng)的功能是： 用三種不同色彩的燈，組成七色循環(huán)變化的燈箱，而且該燈箱可實(shí)現(xiàn)白天自動(dòng)關(guān)閉，晚上又自動(dòng)開啟的功能。隨著科學(xué)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展， 廣告燈的設(shè)計(jì)會(huì)進(jìn)一步完善。 積極地思考，利用科學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)出更加先進(jìn)的燈箱控制器。精選資料，歡迎下載張清波：七色廣告燈箱控制器設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)思路及其框圖1.1 設(shè)計(jì)電路的功能本次設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)自動(dòng)控制的

2、七色廣告燈箱，其功能是用光敏電阻控制燈在白天自動(dòng)關(guān)閉，到晚上自動(dòng)開啟。利用555 定時(shí)器產(chǎn)生 cp 脈沖給計(jì)數(shù)器，采用74160 計(jì)時(shí)器控制可控硅開關(guān)，達(dá)到燈七種彩色自動(dòng)循環(huán)變化的效果。1.2 設(shè)計(jì)電路框圖變壓器光控開關(guān)脈沖發(fā)生器電流交V022燈雙向可控硅開關(guān)計(jì)數(shù)器圖 1-1 基本結(jié)構(gòu)框圖七色廣告燈箱控制器的原理如圖 2-1 所示。他主要由光敏開關(guān)、 脈沖發(fā)生器、 循環(huán)控制器?？煽毓栝_關(guān)、 燈箱等部分組成。 采用光敏三極管控制循環(huán)控制器的開啟和關(guān)閉。 用 555 定時(shí)器產(chǎn)生 cp 脈沖提供給循環(huán)控制器 （74160 計(jì)數(shù)器），循環(huán)控制器是由 10 進(jìn)制同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74160 變成的七進(jìn)制

3、計(jì)數(shù)器。 控制器控制燈箱七種色彩燈循環(huán)變化。 燈箱由220v 交流電源供電2。2 各部分電路及其原理2.1 橋式整流原理介紹：圖 2-1 橋式整流電路單相橋式整流電路如圖所示，圖中Tr 為電源變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓vI變成整流電路要求的交流電壓，RL 是要求直流供電的負(fù)載電阻，四只整流二極管D1D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。單相橋式整流電路的工作原理可分析如下。為簡單起見，二極管用理想模型來處理，即正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。在 v2 的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經(jīng)過二極管D1 流向 RL ，再由二極管 D3 流回變壓器，所以D1 、D3 正向?qū)?/p>

4、通， D2、D4 反偏截止。在負(fù)載上產(chǎn)生一個(gè)極性為上正下負(fù)的輸出電壓。其電流通路可用圖2-1 中實(shí)線箭頭表示。在 v2 的負(fù)半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)過二極管 D2 流向 RL，再由二極管 D4 流回變壓器，所以 D1 、D3 反偏截止， D2、D4 正向?qū)?。電流流過 RL 時(shí)產(chǎn)生的電壓極性仍是上正下負(fù)，與正半周時(shí)相同。其電流通路如圖2-1 中虛線箭頭所示。綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦?，將四個(gè)二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負(fù)載電阻的上端相連，負(fù)極性端與負(fù)載電阻的下端相連， 使負(fù)載上始終

5、可以得到一個(gè)單方向的脈動(dòng)電壓。根據(jù)上述分析， 可得橋式整流電路的工作波形如圖2-2 。由圖可見，通過負(fù)載RL 的電流 i L 以及電壓 vL 的波形都是單方向的全波脈動(dòng)波形。精選資料，歡迎下載張清波：七色廣告燈箱控制器設(shè)計(jì)圖 2-2 波形分析2.2 NE555 內(nèi)部框圖，工作原理555 定時(shí)器由 3 個(gè)阻值為 5k的電阻組成的分壓器、 兩個(gè)電壓比較器 C1 和 C2、基本RS觸發(fā)器、放電三極管TD和緩沖反相器 G4組成。虛線邊沿標(biāo)注的數(shù)字為管腳號(hào)。其中，1 腳為接地端； 2 腳為低電平觸發(fā)端，由此輸入低電平觸發(fā)脈沖；6 腳為高電平觸發(fā)端，由此輸入高電平觸發(fā)脈沖；4 腳為復(fù)位端，輸入負(fù)脈沖（或使

6、其電壓低于0.7V ）可使 555定時(shí)器直接復(fù)位； 5 腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時(shí)，經(jīng) 0.01uF 的電容接地，以防止引入干擾；7 腳為放電端， 555 定時(shí)器輸出低電平時(shí)，放電晶體管 TD導(dǎo)通，外接電容元件通過TD放電； 3 腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓 1V 3V，輸出電流可達(dá)200mA，因此可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、發(fā)光二極管、指示燈等；8腳為電源端，可在5V 18V 范圍內(nèi)使用。4。圖 2-3 NE555 內(nèi)部框圖555 定時(shí)器工作時(shí)過程分析如下：5 腳經(jīng) 0.01uF 電容接地，比較器 C1和 C2的比較電壓為： UR1=2/3VCC、 UR2=

7、1/3VCC。當(dāng) VI1 2/3VCC，VI2 1/3VCC時(shí)，比較器 C1輸出低電平，比較器 C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器置 0，G3輸出高電平，放電三極管 TD導(dǎo)通，定時(shí)器輸出低電平。當(dāng) VI1 2/3VCC，VI2 1/3VCC時(shí)，比較器 C1輸出高電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，555 定時(shí)器輸出狀態(tài)保持不來。當(dāng) VI1 2/3VCC，VI2 1/3VCC時(shí)，比較器 C1輸出低電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器兩端都被置1， G3輸出低電平，放電三極管TD截止，定時(shí)器輸出高電平。當(dāng) VI1 2/3VCC，VI2 1/3VCC時(shí)，比較器 C1輸出高電平

8、，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器置 1，G3輸出低電平，放電三極管TD截止，定時(shí)器輸出高電平。NE555極限參數(shù)：表 2-1 NE555 極限參數(shù)NE555極限參數(shù)電源電壓允許功耗工作溫度儲(chǔ)藏溫度最高溫度+18V600mW-10 +70-65 +150300軍用 -55 +125精選資料，歡迎下載張清波：七色廣告燈箱控制器設(shè)計(jì)VCC5VR1187k R28U1VCC1MKey=A50%4RSTOUT37 DIS6 THR2TRI5CONC1C2GND1LM555CN470F0.01 F圖 2-4脈沖信號(hào)發(fā)生器的原理圖如圖 2-4 所示， R1 和 C1 組成一個(gè)串聯(lián) RC充放電電路，在

9、NE555的 3 引腳上輸出一個(gè)方波信號(hào)。當(dāng)接通電源后， 因?yàn)殡娙萆系某跏茧妷簽榱悖?所以輸出電壓為高電平， 并開始經(jīng)電阻R1向電容 C1充電。當(dāng)充電到輸入電壓為 v =Vt+時(shí)，輸出跳變?yōu)榈碗娖剑?電容 C1又經(jīng)過電阻 R1 開始放電。當(dāng)放電至 v=Vt- 時(shí)輸出電位又跳變?yōu)楦唠娖?，電容C1 重新開始充電。如此周而復(fù)始，電路便不停地振蕩。其電壓波形如圖2-5 所示。6。圖 2-5 多諧振蕩器電路的脈沖圖由公式T1=（ R1+R2）Cln2T2=R2Cln2T=T1+T2=(R1+2R)Cln2得出當(dāng)占空比為50%時(shí)， T1 約為 223s， T2 約為 162s，即周期 T 為 385s 。

10、精選資料，歡迎下載張清波：七色廣告燈箱控制器設(shè)計(jì)2.3 循環(huán)控制器的設(shè)計(jì)循環(huán)控制器是七色廣告燈箱的核心，它使燈箱七種色彩循環(huán)變化。循環(huán)控制器由 74160 組成 7 進(jìn)制計(jì)數(shù)器VCC5VU13AQA14413BQB512CQC611DQD7ENPRCO1510ENT9LOAD1 CLR2 CLK74LS160N圖 2-6 計(jì)數(shù)器示意圖U2A74LS10N8。表 2-2 74LS160邏輯功能表CLKRdLDEPET工作狀態(tài)X0XXX置零10XX預(yù)置數(shù)X1101保持X11X0保持1111計(jì)數(shù)74160 為中規(guī)模集成的10 進(jìn)制同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，具有加法計(jì)數(shù)功能之外，還有預(yù)置數(shù)、保持和異步置零等功

11、能。當(dāng)RD=LD=EP=ET=1時(shí)，電路工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)，異步置零只要 Rd端為低電平，同步置數(shù)只要LD 端為低電平。本文采用同步置數(shù)功能，將74160變?yōu)槠哌M(jìn)制計(jì)數(shù)器。其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖3-3 所示。001/0010/1/0111011/0/0110100/0101/0圖 2-7 74160 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖電路從 001 狀態(tài)開始連續(xù)輸入7 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，在 111 狀態(tài)由三相與非門輸出0 返回給 LD端。使計(jì)數(shù)器工作在同步置數(shù)狀態(tài)，達(dá)到循環(huán)的效果精選資料，歡迎下載張清波：七色廣告燈箱控制器設(shè)計(jì)2.4 雙向可控硅開關(guān)（1）簡介雙向可控硅又稱為雙向晶閘管。 普通晶閘管 (VS) 實(shí)質(zhì)上屬于直流控制器件

12、。 要控制交流負(fù)載，必須將兩只晶閘管反極性并聯(lián)， 讓每只 SCR控制一個(gè)半波， 為此需兩套獨(dú)立的觸發(fā)電路，使用不夠方便。 雙向晶閘管是在普通晶閘管的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的， 它不僅能代替兩只反極性并聯(lián)的晶閘管， 而且僅需一個(gè)觸發(fā)電路， 是目前比較理想的交流開關(guān)器件。 其英文名稱 TRIAC即三端雙向交流開關(guān)之意。（2）工作原理TRIAC為三端元件，其三端分別為 T1 ( 第二端子或第二陽極 ) ，T2 ( 第一端子或第一陽極 ) 和 G(控制極 ) 亦為一閘極控制開關(guān)，與 SCR最大的不同點(diǎn)在于 TRIAC無論于正向或反向電壓時(shí)皆可導(dǎo)通， 其符號(hào)構(gòu)造及外型， 如圖 2-8 所示。因?yàn)樗请p向元件，所

13、以不管T1 ,T2 的電壓極性如何，若閘極有信號(hào)加入時(shí)，則T1 ,T2 間呈導(dǎo)通狀態(tài)；反之，不加閘極觸發(fā)信號(hào)，則T1 ,T2 間有極高的阻抗。圖 2-8 雙向可控硅結(jié)構(gòu)原理圖（ 3）本實(shí)驗(yàn)選取雙向可控硅 BT136-600 作為電路連接元件，其主要參數(shù)如下：表 2-3 BT136-600 參數(shù)BT136-600斷態(tài)重復(fù)峰值電壓VDRM(Max)(V)600V反向重復(fù)峰值電壓VRRM(Max)(V)600V額定正向平均電流IF(Max)(A)4A門極觸發(fā)電流IGT(Max)(mA)10mA103 工作電路及分析U4MC7812BTLINEVREGR1VOLTAGECOMMON50%VD1VD4I

14、N4007 x4T2D220V16V413。Q120k 2N2222Key=AR5R28U120k 4kVCC4RSTOUT37DIS6THR2 TRI5 CONGND1 LM555CNR48U2187k VCC(1)(2)U3PHOTO_TRANSISTOR_RATED(1)(2)U1R63AQA14100k 4BQB135CQC126DQD117ENPRCO1510ENT9LOAD1CLR(3)2CLK74160NC30.01 F(4)(5)4RSTOUT7DIS6THR2TRI5CONGND1C10.01 FQ2R720k2N2222R820U2A74LS10NR920R105k3R31

15、M50%Key=ALM555CNC2470FX1X2X3220 V220 V220 VD1BT136Q32N2222D2BT136Q42N2222D3BT136R11R125k5k(3)(4)(5)圖 3-1 工作電路精選資料，歡迎下載張清波：七色廣告燈箱控制器設(shè)計(jì)3.1 電路分析電路采用 220V 交流電源，經(jīng)變壓器變壓得到 16V 交流電。后接由 4 個(gè) IN4007 型二極管組成的橋式整流電路得到單方向脈動(dòng)電壓， 然后接一個(gè) MC7812BT型三端穩(wěn)壓器得到 12V 穩(wěn)定直流電壓。白天時(shí)，光敏三極管阻值無限大，電阻 R1 分得電壓很小， 555 定時(shí)器不工作。夜晚時(shí)，光敏三極管阻值很小，

16、此時(shí)調(diào)節(jié) R1 能得到 +5V 直流電壓使 555 定時(shí)器工作。上邊的555 定時(shí)器輸出端接一個(gè)晶體三極管，相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，控制后面的電路是否導(dǎo)通；下邊的 555 定時(shí)器是一個(gè)脈沖發(fā)生器，能發(fā)出矩形脈沖，通過調(diào)節(jié)電阻 R3可以改變矩形脈沖的周期。得到的矩形脈沖接到后面的74160 計(jì)數(shù)器上，使計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。輸出端QA、QB、QC通過一個(gè) 3-3 輸入與非門 74LS10接回到指數(shù)端，使計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)001、010、011、100、101、 110、111 的循環(huán)計(jì)數(shù)功能，從而實(shí)現(xiàn)廣告燈箱的顏色循環(huán)功能。如：當(dāng)X1、X2、X3 分別為白、紅、綠色燈時(shí)，輸出001 時(shí)為白色顯示， 010 時(shí)為紅

17、色顯示， 011 時(shí)為白、紅顯示， 100 時(shí)為綠色顯示， 101 時(shí)為白、綠顯示， 110 時(shí)為紅、綠顯示， 111 時(shí)為白、紅、綠顯示。計(jì)數(shù)器的三個(gè)輸出端QA、 QB、QC后面分別接了三個(gè)晶體三極管，起電流放大作用，使有足夠大的電流能驅(qū)動(dòng)雙向可控硅開關(guān)使交流電路導(dǎo)通，燈泡發(fā)亮。實(shí)際應(yīng)用中，光敏三極管應(yīng)安裝在燈箱外面，但應(yīng)避開日光照射， 其余元件安裝在燈箱內(nèi)部。 R1應(yīng)在傍晚的適當(dāng)時(shí)間調(diào)整，R3應(yīng)根據(jù)每種燈光需要保持的時(shí)間而定，按照本電路選擇的電阻阻值，其調(diào)節(jié)時(shí)間范圍約在111 分鐘之間。12。4 仿真電路圖 4-1 555定時(shí)器仿真電路圖 4-2 555定時(shí)器仿真電路波形分析精選資料，歡迎

18、下載張清波：七色廣告燈箱控制器設(shè)計(jì)5 使用的元器件表 5-1 器件列表元件名稱規(guī)格及用途數(shù)量變壓器220/16 小型變壓器 降壓1橋式整流電路VD1VD4 IN40074 交流變直流1固定電阻4K、5K、 20K、100K、 187K10可變電阻20K、1M2電容0.01 F、 470F、3NE555定時(shí)器274160N計(jì)數(shù)器174LS10N3-3 輸入與非門1晶體三極管VT1VT4 2N222244雙向可控硅BT1BT3 BT136-600 33燈L1L3 Lamp220V 30W 白、紅、綠3光敏三極管PHOTO_TRANSISTOR_RATED114。心得體會(huì)經(jīng)過一周的努力， 我終于完成了電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 通過本次廣告燈箱控制器的設(shè)計(jì)，不但使我更加熟悉了數(shù)字電子課的知識(shí)