彩燈循環(huán)控制電路

/摘要人們在日常生活、歡樂節(jié)日、娛樂與科研中，到處都會遇到裝飾問題，總離不開彩燈控制器。彩燈控制電路的不斷完善，使得人們的生活更加豐富多彩。本文主要介紹彩燈循環(huán)控制電路的設(shè)計組成與工作原理。電路中的220V電壓通過可控硅器件加至各路彩燈的兩端，當(dāng)可控硅導(dǎo)通時彩燈被點亮，否則熄滅?？煽毓璧膶?dǎo)通與否是由其控制極是否加入觸發(fā)信號來決定的。這些觸發(fā)信號由移位寄存器產(chǎn)生的順序脈沖給出。振蕩電路產(chǎn)生的時鐘脈沖送入移位寄存器，隨著時鐘脈沖的不斷輸入，移位寄存器的各輸出端依次變?yōu)楦撸ǖ停╇娖?，形成時序控制信號。時序控制信號經(jīng)驅(qū)動電路送入可控硅，使可控硅依次導(dǎo)通，于是各彩燈被依次點亮（熄滅）。關(guān)鍵詞彩燈控制器；時鐘脈沖；循環(huán)顯示；可控硅 AbstractThepeopleinthedailylife,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目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1立題目的和意義 11.2設(shè)計任務(wù)與要求 11.2.1課題概述 11.2.2技術(shù)要求 11.2.3設(shè)計內(nèi)容 2第2章電路組成與設(shè)計 32.1設(shè)計方案與方框圖 32.1.1設(shè)計方案 32.1.2電路方框圖 32.2單元電路介紹 42.2.1電源電路 42.2.2振蕩電路 42.2.3計數(shù)/時序分配電路 52.2.4模擬電子開關(guān) 62.2.5移位寄存器 72.2.6驅(qū)動電路 82.2.7可控硅開關(guān)電路 102.2.8彩燈電路 102.3本章小結(jié) 10第3章整機電路工作原理 113.1整機電路工作原理 113.1.1彩燈點亮過程 113.1.2彩燈熄滅過程 123.2本章小結(jié) 13第４章元器件選取與計算 144.1元器件選取 144.1.1電阻器 144.1.2電位器 144.1.3電容器 144.1.4半導(dǎo)體二極管 154.1.5半導(dǎo)體三極管 154.1.6三端穩(wěn)壓器 154.1.7集成芯片 154.2元器件選擇 164.2.1雙向可控硅 164.2.2限流電阻 174.3本章小結(jié) 17第5章電路安裝與調(diào)試 185.1主要使用儀器 185.2電路安裝 185.3電路調(diào)試 185.3.1注意事項 195.3.2通電檢查與調(diào)試步驟 195.4電路調(diào)試中的故障現(xiàn)象與排除方法 205.5本章小結(jié) 20結(jié)論 22致謝 23參考文獻(xiàn) 24附錄1外文文獻(xiàn)中文譯文 25附錄2外文文獻(xiàn) 28附錄3整機電路原理圖 32附錄4元器件列表 33第1章緒論隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色霓虹燈。由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價以與控制簡單等特點而得到了廣泛的應(yīng)用，用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時尚。本彩燈控制器可控制五路彩燈逐行遞增點亮，再逐行遞減熄滅。若將一定數(shù)量的彩色燈組合聯(lián)接，就能營造出平面上色彩變化的場景，這比通?？刂埔粭l線上的色彩流動更加豐富絢麗。本控制器采用數(shù)字集成塊，外圍元器件少、電路結(jié)構(gòu)簡單，但它有別于其他彩燈顯示電路，相當(dāng)于二維彩燈控制器，本文以二維彩燈控制信號流程為線索，分析相關(guān)數(shù)字集成電路基本工作過程，按電子裝接工藝要求介紹二維彩燈控制器的制作過程。1.1立題目的和意義通過本電路的設(shè)計運用所學(xué)的理論知識，分析問題，解決問題，掌握電子電路的設(shè)計方法；熟悉電路的組裝、焊接、調(diào)試等方法；鞏固常用儀器的使用。使得理論與實踐相結(jié)合，可提高處理實際問題的能力以與動手能力。1.2設(shè)計任務(wù)與要求每一個電路的設(shè)計，都要有設(shè)計任務(wù)和要求（技術(shù)指標(biāo)），這是電路設(shè)計的前提。一般包括以下幾部分的內(nèi)容。1.2.1課題概述彩燈控制電路是近年來隨著電子技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的一種控制裝置。它能使彩燈按照要求有序地被點亮，還可以同音樂、聲音、色彩等結(jié)合起來，使繽紛的世界更具絢麗的色彩。彩燈可大致分為兩種類型：(1)裝飾彩燈(2)音樂彩燈本次畢業(yè)設(shè)計的類型為裝飾彩燈，題目為彩燈循環(huán)控制器。1.2.2技術(shù)要求(1)能夠?qū)崿F(xiàn)五路彩燈逐行遞增點亮，再逐行遞減熄滅；(2)循環(huán)過程自動實現(xiàn)；(3)彩燈色彩的流動速度可調(diào)。1.2.3設(shè)計內(nèi)容(1)說明彩燈控制器的工作原理和各單元電路的作用。(2)各單元電路的設(shè)計要求，簡述選擇集成組件的原則。(3)計算元件參數(shù)，組裝電路并進(jìn)行調(diào)試，敘述調(diào)試方法和調(diào)試過程。(4)撰寫論文。第2章電路組成與設(shè)計2.1設(shè)計方案與方框圖這一節(jié)包括的內(nèi)容是設(shè)計方案的選擇，根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計電路，畫出系統(tǒng)的電路方框圖，并標(biāo)明信號的流程方向。根據(jù)技術(shù)計數(shù)指標(biāo)的要求，通過大量資料的查詢，并有效結(jié)合所學(xué)知識，最后確定了的一套比較合適的方案，即通過振蕩電路、計數(shù)/時序分配電路、雙向模擬開關(guān)、移位寄存器與彩燈顯示五部分電路實現(xiàn)其功能。2.1.1設(shè)計方案彩燈一般是發(fā)光二極管、白熾燈或有不同色彩的燈泡，彩燈控制器大致可分為兩種方案實現(xiàn)。一種是采用單片機控制，其優(yōu)點是編程簡單，控制的圖案花樣多，需增加的電解電路簡單；另一種是利用電子電路裝置控制，其電路不很復(fù)雜，制作和調(diào)試容易，成本也相對較低。為體現(xiàn)專業(yè)優(yōu)勢，本次設(shè)計采用第二種方案。2.1.2電路方框圖根據(jù)設(shè)計要求和概述中介紹的彩燈控制電路的基本組成，可以確定彩燈控制器應(yīng)由振蕩電路、計數(shù)/時序分配電路、雙向模擬開關(guān)、一位寄存器和彩燈顯示五部分組成。方框圖如圖2-1所示：圖2-1電路方框圖以上各部分由相應(yīng)的集成芯片和外圍電路組成。其中，振蕩電路用來產(chǎn)生脈沖信號，調(diào)節(jié)外圍元件可改變振蕩信號頻率，從而控制彩燈色彩的流動速度，將此作為時間基準(zhǔn)供給計數(shù)、移位寄存器。計數(shù)/時序分配電路，用以產(chǎn)生模擬開關(guān)切換的控制信號，經(jīng)模擬開關(guān)轉(zhuǎn)換后的信號直接送入移位寄存器，通過彩燈顯示出來。可實現(xiàn)控制五路彩燈逐行遞增點亮，再逐行遞減熄滅，時間可按實際需要進(jìn)行設(shè)定，并自動實現(xiàn)循環(huán)過程。2.2單元電路介紹任何復(fù)雜的電子電路裝置和設(shè)備，都是由若干個具有簡單功能的單元電路組成的。總體方案的每個模塊，往往是由一個主要電路組成的，其性能指標(biāo)比較單一。在明確每個單元電路的技術(shù)指標(biāo)的前提下，要分析清楚各個單元電路的工作原理，與前后級電路之間的關(guān)系以與電路的結(jié)構(gòu)形式等。具體設(shè)計時，可以模仿成熟的先進(jìn)電路，也可以進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，但都必須保證性能要求。而且，不僅各單元電路本身要設(shè)計合理，各單元電路也要互相配合，注意各部分的輸入信號、輸出信號和控制信號之間的關(guān)系。設(shè)計時應(yīng)減少元件的類型、電平轉(zhuǎn)換和接口電路，以保證電路簡單、工作可靠、經(jīng)濟(jì)實用。2.2.1電源電路電子設(shè)備中所用的直流電源，通常是由電網(wǎng)提供的交流電經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓以后得到的，對于直流電源的主要要求是輸出電壓的幅值穩(wěn)定，即當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流波動時能基本保持不變，直流輸出電壓平滑，脈動成分小，交流電變換成直流電時的轉(zhuǎn)換率高。該彩燈控制器選用交、直流兩種電壓供電。直流電壓取自由電阻、電容與二極管組成的整流、濾波、穩(wěn)壓電路，經(jīng)穩(wěn)壓后輸出5V穩(wěn)定電壓，為各集成電路供電；交流電壓直接取自市電2.2.2振蕩電路由于本電路對時間精度的要求不很嚴(yán)格，因此振蕩電路采用集成芯片CD4069和外接電阻、電容構(gòu)成多諧振蕩器，來產(chǎn)生脈沖信號。CD4069的引腳圖如圖2-2所示。圖2-2CD4069引腳圖CD4069為六非門集成器件，其中F1、F2用以產(chǎn)生振蕩信號，而非門3用作CD40174復(fù)位信號的倒相器。由于CD4069為CMOS數(shù)字集成電路，是一種高輸入阻抗器件，容易受外界干擾造成邏輯混亂或出現(xiàn)感應(yīng)靜電而擊穿場效應(yīng)管的柵極。雖然器件內(nèi)部輸入端設(shè)置了保護(hù)電路，但它們吸收瞬變能量有限，過大的瞬變信號和過高的靜電電壓將使保護(hù)電路失去作用，因此，CD4069中未使用的非門F4、F5、F6的輸入端{(lán)9}、{11}、{13}腳均接到VSS接地端，以作保護(hù)。由CD4069與電阻和電容構(gòu)成的振蕩定時電路如圖2-3所示。R3、R4和C4為振蕩定時元件，調(diào)節(jié)這兩個元件可改變振蕩信號頻率，從而控制彩燈色彩的流動速度，以呈現(xiàn)不同的視覺效果。其中，振蕩周期可由式(2-1)求得：T=(1.4～2.5)RC式(2-1)則我們可得出振蕩頻率f如式(2-2)所示：f=1/(1.4～2.5)RC式(2-2)本電路中振蕩頻率設(shè)為5Hz,由此可選取參數(shù)R=100K、C=1uF,并可通過電位器進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)節(jié)。圖2-3振蕩定時電路2.2.3計數(shù)/時序分配電路十進(jìn)制計數(shù)／分頻器CD4017，其內(nèi)部由計數(shù)器與譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是Y0、Y1、Y2、…、Y9依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平，寬度等于時鐘周期。用于產(chǎn)生對CD4066模擬開關(guān)切換的控制信號。其引腳功能如圖2-4所示。其中，Cr為復(fù)位端，當(dāng)Cr端輸入高電平時，計數(shù)器置零態(tài)。CD4017具有自動啟動功能，即在電路進(jìn)入無效狀態(tài)時，在計數(shù)脈沖作用下，最多經(jīng)過兩個時鐘周期就能回到正常循環(huán)圈中，因此本控制器的CD4017未設(shè)置加電復(fù)位電路。Co為進(jìn)位輸出端，當(dāng)計數(shù)滿10個時鐘脈沖時輸出一個正脈沖。CD4017有CL和EN兩個計數(shù)輸入端，CL端為脈沖上升沿觸發(fā)端，若計數(shù)脈沖從CL端輸入，則EN端應(yīng)接低電平；EN端為脈沖下降沿觸發(fā)端，若計數(shù)脈沖從EN端輸入，則CL端應(yīng)接高電平。在本電路中使用脈沖上升沿觸發(fā)，因此，將計數(shù)脈沖從CL端輸入，EN端接低電平。每到來一個脈沖，其輸出向前移動一位，即在脈沖到來時，CD4017的各輸出端將由Y0～Y9依次輸出高電平，從而控制CD4066的選通狀態(tài)。圖2-4CD4017引腳圖2.2.4模擬電子開關(guān)CD4066為雙向模擬開關(guān)，其引腳功能如圖2-5所示，每個封裝內(nèi)部有A、B、C、D4個獨立的模擬開關(guān)，每個模擬開關(guān)有輸入、輸出、控制三個端子，其中輸入端和輸出端可互換。當(dāng)控制端加高電平時，開關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)控制端加低電平時開關(guān)截止。模擬開關(guān)導(dǎo)通時，導(dǎo)通電阻為幾十歐姆；模擬開關(guān)截止時，呈現(xiàn)很高的阻抗，可以看成為開路。模擬開關(guān)可傳輸數(shù)字信號和模擬信號，可傳輸?shù)哪M信號的上限頻率為40MHz。各開關(guān)間的串?dāng)_很小，典型值為－50dB。本控制器使用了其中B、D兩個開關(guān)。每個開關(guān)有一個輸入端和一個輸出端，這兩端可以互換使用。B開關(guān)的輸入端{(lán)11}腳與電源相連、接入高電平；D開關(guān)的輸出端{(lán)8}腳接地；兩個開關(guān)接成串聯(lián)形式，B開關(guān)的輸出端{(lán)10}腳與D開關(guān)的輸入端{(lán)9}腳相連，作為高、低電平的切換點。另外，CD4066的{12}腳和{6}腳分別為開關(guān)B、D的選通端，輸入高電平時開關(guān)閉合；輸入低電平時開關(guān)斷開。開關(guān)B在其選通端{(lán)12}腳輸入的高電平作用下，接通{11}腳和{10}腳，使{10}腳變?yōu)楦唠娖?。與此同時，CD4017其余各輸出端Y1～Y9均為低電平，于是CD4066開關(guān)D的選通端也為低電平，開關(guān)D關(guān)斷，這樣不影響{10}腳的電平狀態(tài)。CD4066按此原理進(jìn)行工作，以達(dá)到控制選通的目的。圖2-5CD4066引腳圖2.2.5移位寄存器移位寄存器是暫時存放數(shù)據(jù)的部件，同時它還具有移位功能。從邏輯結(jié)構(gòu)上看，移位寄存器有以下兩個顯著特征：(1)移位寄存器是由相同的寄存單元所組成。一般說來，寄存單元的個數(shù)就是移位寄存器的位數(shù)。為了完成不同的移位功能，每個寄存單元的輸出與其相鄰的下一個寄存單元的輸入之間的連接方式也不同。(2)所有寄存單元共用一個時鐘。在公共時鐘的作用下，各個寄存單元的工作是同步的。每輸入一個時鐘脈沖，寄存器的數(shù)據(jù)就順序向左或向右移動一位。通常可按數(shù)據(jù)傳輸方式的不同對CMOS移位寄存器進(jìn)行分類。移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入方式有串行輸入和并行輸入之分。串行輸入就是在時鐘脈沖作用下，把要輸入的數(shù)據(jù)從一個輸入端依次一位一位地送入寄存器；并行輸入就是把輸入的數(shù)據(jù)從幾個輸入端同時送入寄存器。

在CMOS移位寄存器中，有的品種只具有串行或并行中的一種輸入方式，但也有些品種同時兼有串行和并行兩種輸入方式。串行輸入的數(shù)據(jù)加到第一個寄存單元的D端，在時鐘脈沖的作用下輸入，數(shù)據(jù)傳送速度較慢；并行輸入的數(shù)據(jù)一般由寄存單元的R、S端送入，傳送速度較快。移位寄存器的移位方向有右移和左移之分。右移是指數(shù)據(jù)由左邊最低位輸入，依次由右邊的最高位輸出；左移時，右邊的第一位為最低位，最左邊的則為最高位，數(shù)據(jù)由低位的右邊輸入，由高位的左邊輸出。移位寄存器的輸出也有串行和并行之分。串行輸出就是在時鐘脈沖作用下，寄存器最后一位輸出端依次一位一位地輸出寄存器的數(shù)據(jù)；并行輸出則是寄存器的每個寄存單元均有輸出。CMOS移位寄存器有些品種只有一種輸出方式，但也有些品種兼具兩種輸出方式。實際上，并行輸出方式也必然具有串行輸出功能。在本設(shè)計中選用的是CD40174，使用其串行輸入、右移輸出來控制五路彩燈進(jìn)行逐行點亮或逐行熄滅。CD40174內(nèi)部含有6個D型觸發(fā)器，其引腳功能如圖2-6所示。本控制器將其中的5個連接成串行輸入、并行輸出的五位移位寄存器。其中D6為最高位觸發(fā)器，D2為最低位觸發(fā)器（D1未用），依次排列。每個觸發(fā)器都有各自的輸入端和輸出端，高一位觸發(fā)器的輸出端Q與低一位觸發(fā)器的輸入端D相接，只有最高位觸發(fā)器D6的輸入端CD40174{3}腳接收脈沖信號。CD40174的{2}{4}腳、{5}{6}腳、{7}{11}腳、{10}{13}腳、{12}{14}腳分別為各相鄰觸發(fā)器輸出端和輸入端的連接點，作為五位寄存器的并行輸出端。各觸發(fā)器的復(fù)位端連在一起，作為寄存器的總清零端。寄存器工作前低電平復(fù)位有效，工作開始復(fù)位信號應(yīng)跳變?yōu)楦唠娖剑⒃诠ぷ髌陂g一直保持。圖2-6CD40174引腳圖2.2.6驅(qū)動電路按照電路原理圖所示，為了增大輸入到可控硅控制極的觸發(fā)電流，因此選用一級三極管作為放大。三極管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的電信號變成一定強度的信號，當(dāng)然這種轉(zhuǎn)換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉(zhuǎn)換成信號的能量罷了。三極管有一個重要參數(shù)就是電流放大系數(shù)β。當(dāng)三極管的基極上加一個微小的電流時，在集電極上可以得到一個是注入電流β倍的電流，即集電極電流。集電極電流隨基極電流的變化而變化，并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化，這就是三極管的放大作用。本電路正是利用了三極管的這個特點，并采用NPN型的CS9014來實現(xiàn)。在這里我們將對三極管的幾種特殊用途做進(jìn)一步介紹。三極管還可以作電子開關(guān)，配合其它元件還可以構(gòu)成振蕩器。除了構(gòu)成放大器和作開關(guān)元件使用外，還能夠做成一些可獨立使用的兩端或三端器器件。下面將列舉出三極管的幾種特殊用途，如圖2-7所示。(1)擴(kuò)流把一只小功率可控硅和一只大功率三極管組合，就可得到一只大功率可控硅，其最大輸出電流由大功率三極管的特性決定，見附圖a。圖b為電容容量擴(kuò)大電路。利用三極管的電流放大作用，將電容容量擴(kuò)大若干倍。這種等效電容和一般電容器一樣，可浮置工作，適用于在長延時電路中作定時電容。用穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路雖具有簡單、元件少、制作經(jīng)濟(jì)方便的優(yōu)點，但由于穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電流一般只有數(shù)十毫安，因而決定了它只能用在負(fù)載電流不太大的場合。圖c可使原穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電流與動態(tài)電阻范圍得到較大的擴(kuò)展，穩(wěn)定性能可得到較大的改善。(2)代換圖d中的兩只三極管串聯(lián)可直接代換調(diào)光臺燈中的雙向觸發(fā)二極管；圖e中的三極管可代用8V左右的穩(wěn)壓管。圖f中的三極管可代用30V左右的穩(wěn)壓管。上述應(yīng)用時，三極管的基極均不使用。(3)模擬用三極管構(gòu)成的電路還可以模擬其它元器件。大功率可變電阻價貴難覓，用圖g電路可作模擬品，調(diào)節(jié)510歐電阻的阻值，即可調(diào)節(jié)三極管C、E兩極之間的阻抗，此阻抗變化即可代替可變電阻使用。圖h為用三極管模擬的穩(wěn)壓管。其穩(wěn)壓原理是：當(dāng)加到A、B的輸入電壓上升時，因三極管的B、E結(jié)壓降基本不變，故R2兩端壓降上升，經(jīng)過R2的電流上升，三極管發(fā)射結(jié)正向偏置增強，其導(dǎo)通性也增強，C、E極間呈現(xiàn)的等效電阻減小，壓降降低，從而使AB端輸入電壓下降。調(diào)節(jié)R2即可調(diào)節(jié)模擬穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。2.2.7可控硅開關(guān)電路可控硅是一種有源開關(guān)元件，平時它保持在非道通狀態(tài)，直到由一個較小的控制信號對其觸發(fā)或稱“點火”使其導(dǎo)通，一旦被點火就算撤離觸發(fā)信號它也保持導(dǎo)通狀態(tài)，要使其截止可在其陽極與陰極間加上反向電壓或?qū)⒘鬟^可控硅二極管的電流減少到某一個值以下?？煽毓枋且环N具有三個PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件,一般由兩晶閘管反向連接而成.它的功用不僅是整流，還可以用作無觸點開關(guān)以快速接通或切斷電路，實現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等?？煽毓韬推渌雽?dǎo)體器件一樣，其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點。它的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件。本電路正是利用其開關(guān)特性來實現(xiàn)對彩燈的控制的。2.2.8彩燈電路本電路是控制五路彩燈的輸出。每一路由不同顏色的發(fā)光二極管和限流電阻組成，當(dāng)然也可以選用彩色串燈來實現(xiàn)。彩燈圖形可按設(shè)計者的意愿進(jìn)行自行設(shè)定，比如直線，圓形，星形或是字母、文字等。在這里選擇的是字母顯示。2.3本章小結(jié)在這一章，首先對電路的方案進(jìn)行選擇與設(shè)定，并據(jù)此確定電路方框圖，從而對每一部分單元電路進(jìn)行分析與設(shè)計。通過本章的學(xué)習(xí)，我們可以對幾種常見的集成芯片有更深層次的了解，并能夠熟練選取某參數(shù)的元器件，是對邏輯思維能力的一種鍛煉，對以后能夠熟練使用此類元器件以與利用它們來設(shè)計電路奠定了的一定的基礎(chǔ)。第3章整機電路工作原理3.1整機電路工作原理電路的整機原理圖，見附錄3。下面介紹整機電路工作原理與設(shè)計計算。接通電源，市電220V一路通過雙向可控硅加至各路彩燈的兩端；另一路通過整流、濾波電路，穩(wěn)壓電路分別加至各三極管的集電極和各集成芯片的供電電源上，保證各電路正常供電。在接通電源瞬間，電源電壓經(jīng)C4、R5微分成一個正脈沖，此脈沖通過非門F3倒相，從CD4069{6}腳輸出，送入CD40174復(fù)位端{(lán)1}腳，用以完成寄存器工作前置零任務(wù)。隨著時間的延續(xù)，C4充電結(jié)束，在其負(fù)極形成一個穩(wěn)定的低電平，經(jīng)F3倒相后滿足寄存器工作期間的需要。各觸發(fā)器的時鐘脈沖輸入端也連接在一起，作為寄存器的移位脈沖輸入端。移位脈沖取自CD4069{4}腳的脈沖串，從CD40174{9}腳輸入。3.1.1彩燈點亮過程在第一個移位脈沖的上升沿，CD40174{3}腳輸入的高電平信號移入觸發(fā)器D6，寄存器的輸出狀態(tài)由初始的“00000”變?yōu)椤?0000”，CD40174{2}{4}腳呈高電平。此高電平經(jīng)隔離電阻R7加到三極管T1放大、再從其發(fā)射極輸出，送入雙向晶閘管VS1的控制極，驅(qū)動VS1導(dǎo)通，第Ⅰ路彩燈因其電流回路形成而被點亮。與此同時，寄存器其余的四個輸出端均為低電平，雙向晶閘管VS2～VS5無驅(qū)動信號而阻斷，所控制的四路彩燈Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ不亮。當(dāng)?shù)诙€計數(shù)脈沖到來時，CD4017計數(shù)輸出端Y1呈高電平。此高電平從其{2}腳輸出，經(jīng)二極管VD3接到4066{12}腳。保持開關(guān)B的接通，從而維持CD40174{3}腳串行輸入端的高電平狀態(tài)。在第二個移位脈沖作用下，寄存器的輸出狀態(tài)由“10000”變?yōu)椤?1000”，CD40174{2}{4}腳、{5}{6}腳呈高電平，經(jīng)三極管VT1、VT2放大，驅(qū)動晶閘管VS1、VS2導(dǎo)通。這樣在保持第Ⅰ路彩燈點亮的同時，第Ⅱ路彩燈相繼被點亮，而其余三路彩燈則仍為熄滅狀態(tài)。當(dāng)?shù)谌齻€計數(shù)脈沖到來時，CD4017計數(shù)輸出端Y2呈高電平。此高電平從其{4}腳輸出,經(jīng)二極管VD5接到CD4066{12}腳。開關(guān)B繼續(xù)接通，繼續(xù)維持CD40174{3}腳的高電平。第三個移位脈沖使寄存器的輸出狀態(tài)由“11000”變?yōu)椤?1100”，CD40174{2}{4}腳、{5}{6}腳、{7}{11}腳同時呈高電平，經(jīng)三極管VT1、VT2、VT3驅(qū)動晶閘管VS1、VS2、VS3導(dǎo)通。第Ⅰ、Ⅱ路彩燈繼續(xù)點亮的同時，第Ⅲ路彩燈又被點亮。同理，當(dāng)?shù)谒?、五個計數(shù)脈沖到來時，CD4017計數(shù)輸出端Y3、Y4依次呈高電平。CD4066保持開關(guān)B的接通，CD40174{3}腳維持高電平狀態(tài)。第四、五個移位脈沖使寄存器的輸出狀態(tài)依次為“11110”和“11111”，晶閘管在控制點亮前三路彩燈的基礎(chǔ)上，又依次點亮了第Ⅳ、Ⅴ路彩燈。由此可見，五路彩燈是按逐行遞增的方式點亮的。3.1.2彩燈熄滅過程當(dāng)?shù)诹鶄€計數(shù)脈沖到來時，CD4017計數(shù)輸出端Y5呈高電平。此高電平從其{1}腳輸出，經(jīng)二極管VD2加到CD4066開關(guān)D的選通端{(lán)6}腳，接通{8}腳和{9}腳，從而使{9}腳接地。同時，CD4017其余的計數(shù)輸出端均為低電平，CD4066開關(guān)B因此而關(guān)斷，以防止電源被接通的開關(guān)D短路。由于CD40174{3}腳與CD4066{9}腳直接相連，于是CD40174寄存器的串行輸入端變?yōu)榈碗娖?。在第六個移位脈沖作用下，寄存器的輸出狀態(tài)由“11111”變?yōu)椤?1111”，CD40174的{2}{4}腳輸出低電平，三極管VT1截止。晶閘管VS1失去觸發(fā)信號，在交流電源過零瞬間自行阻斷，第Ⅰ路燈熄滅。而寄存器其余四路輸出端的高電平，通過VT2、VT3、VT4、VT5和VS2、VS3、VS4、VS5繼續(xù)控制第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四路彩燈點亮。當(dāng)?shù)谄邆€計數(shù)脈沖到來時，CD4017計數(shù)輸出端Y6呈高電平。此高電平從其{5}腳輸出，經(jīng)二極管VD6加到CD4066{6}腳，保持{9}腳接地。以維持CD40174寄存器串行輸入端的低電平。第七個移位脈沖使寄存器的輸出狀態(tài)由“01111”變?yōu)椤?0111”，CD40174{2}{4}腳、{5}{6}腳同時輸出低電平，三極管VT1、VT2截止。晶閘管VS1因無觸發(fā)信號而維持其阻斷狀態(tài)；VS2因失去觸發(fā)信號，在交流電源過零瞬間而阻斷，第Ⅰ、Ⅱ路彩燈熄滅。而寄存器其余三路輸出的高電平，依然控制第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三路彩燈點亮。同理，當(dāng)?shù)诎恕⒕?、十個計數(shù)脈沖到來時，CD4017計數(shù)輸出端Y7、Y8、Y9依次輸出的高電平控制CD4066開關(guān)D的接通，維持CD40174寄存器串行輸入端的低電平。當(dāng)寄存器的移位脈沖輸入端依次接收到第八、九、十個脈沖時，寄存器的輸出狀態(tài)則依次為“00011”、“00001”、“00000”，第3、4、5位的低電平控制晶閘管VS3、VS4、VS5依次阻斷，在第Ⅰ、Ⅱ路彩燈熄滅的情況下，第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三路彩燈依次熄滅。上述說明，五路彩燈是按逐行遞減的方式熄滅的。當(dāng)計數(shù)器CD4017計數(shù)滿10個脈沖時，其進(jìn)位端{(lán)12}腳輸出一個正脈沖，直接反饋到其復(fù)位端{(lán)15}腳，使計數(shù)器復(fù)位，然后開始下一輪的計數(shù)過程，這樣彩燈就周而復(fù)始地循環(huán)工作。3.2本章小結(jié)本章對整機電路的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的敘述，我們可以通過本章的介紹，更進(jìn)一步了解各集成芯片的功能，與其在設(shè)計中的使用與實現(xiàn)方法。學(xué)習(xí)其設(shè)計思想，對以后的設(shè)計會有很大的幫助。第４章元器件選取與計算4.1元器件選取4.1.1電阻器電阻器的作用在電路中，電阻器主要用來控制電壓和電流，即起降壓、分壓、隔離、濾波(與電容器配合使用)、匹配和信號幅度調(diào)節(jié)等作用。電阻器的主要參數(shù)電阻器的主要參數(shù)有標(biāo)稱阻值、額定功率和允許偏差。電阻器的選取固定電阻器有很多類型，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用電路的具體要求而定：(1)高頻電路應(yīng)選用分布電感和分布電容的非線繞電阻器。(2)高增益小信號放大電路應(yīng)選用低噪聲電阻器。(3)線繞電阻器的功率較大、電流噪聲小、耐高溫，但體積較大。所選用的電阻器的電阻值應(yīng)接近電路中計算值的一個標(biāo)稱值，優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)的電阻器。一般電路中使用的電阻器允許偏差為：±5%～±10%。所選用的額定功率要符合應(yīng)用電路中對電阻器功率容量的要求，一般不應(yīng)隨意加大或減小電阻的功率。若要求是功率型電阻器，其額定功率可高于實際應(yīng)用電路要求功率的1～2倍。本電路所選用的固定電阻器都是按照上述電阻器選用原則而選定的。例如470歐電阻、10K歐電阻、43K歐電阻、47K歐電阻、75K電阻、100K電阻以與1M歐電阻。4.1.2電位器電位器的選用應(yīng)根據(jù)使用要求選用電位器的電阻體材料、結(jié)構(gòu)、類型、規(guī)格和調(diào)節(jié)方式等，合理選擇電位器的電參數(shù)，根據(jù)阻值變化規(guī)律選用電位器。本電路只選用了一個50K歐的電位器，用來與固定電阻、電容配合與CD4069共同構(gòu)成脈沖發(fā)生部分，用來調(diào)節(jié)振蕩信號頻率，從而控制彩燈閃亮速度，但效果不十分明顯。4.1.3電容器電容器的選用應(yīng)根據(jù)應(yīng)用電路的具體要求進(jìn)行選擇。電解電容器選用電解電容器主要用于電源電路或中、低頻電路中作電源濾波(100u-1000u)、退耦(47-220u)、低頻電路極間耦合(1-22u)、低頻旁路、時間常數(shù)設(shè)定、隔直流等電容器使用。選用電解電容時，應(yīng)注意其外表面要光滑，無凹陷或殘缺，塑料封裝應(yīng)完好，標(biāo)志要清楚，引腳不能松動，引腳根部處不能有電解液泄露。固定有機介質(zhì)電容器的選用在固定有機介質(zhì)電容器中，使用最多的是有機薄膜介質(zhì)電容器。(3)固定無機介質(zhì)電容器的選用在固定無機介質(zhì)電容器中，使用最多的是瓷片電容器。高頻電路中的耦合電容器、旁路電容器與調(diào)諧電路中的國定電容器，均可以選用玻璃電容器或云母電容器。4.1.4半導(dǎo)體二極管這里主要對發(fā)光二極管的檢測：正負(fù)極的判別將發(fā)光二極管放在一個光源下，觀察兩個金屬片的大小，通常金屬片大的一方為負(fù)極，金屬片小的一方為正極性能好壞的判斷用萬用表R*10檔，測量發(fā)光二極管的正、反向電阻值。正常時，正向電阻值為10～20千歐，反向電阻值為250千歐～∞。較高靈敏度的發(fā)光二極管，在測量正向電阻時，管內(nèi)會發(fā)微光。4.1.5半導(dǎo)體三極管一般高頻晶體管的選用。一般小信號處理電路中使用的高頻晶體管，可以選用特征頻率在30～300兆赫茲的高頻晶體。例如CS9011、CS9012、CS9013、CS9014等型號的小功率晶體管，還要考慮被選用晶體管的耗散功率、集電極最大電流、最大反向電壓、電流放大系數(shù)與外型尺寸等參數(shù)。本電路選用的三極管型號為CS9014。4.1.6三端穩(wěn)壓器78LXX系列集成穩(wěn)壓器的輸出電流為100mA～150mA，輸出電壓有+5V，+6V，+8V，+9V，+10V，+12V，+15V，+18V，+20V。本電路選用型號為78L05的三端穩(wěn)壓器。4.1.7集成芯片在選用某種類型的集成電路之前，應(yīng)先認(rèn)真閱讀產(chǎn)品說明書或有關(guān)材料，全面了解該集成電路的功能、電氣參數(shù)、外型封裝、與相關(guān)外圍電路。絕對不允許集成電路的使用環(huán)境、參數(shù)等指標(biāo)超過廠家所規(guī)定的極限參數(shù)。本電路根據(jù)設(shè)計要求和選用集成芯片的原則，選用了以下幾個集成芯片：CD4069、CD4017、CD4066、CD40174。4.2元器件選擇4.2.1雙向可控硅雙向可控硅的測量:(1)判別各電極用萬用表R×1或R×10檔分別測量雙向晶閘管三個引腳間的正、反向電阻值，若測得某一管腳與其它兩腳均不通，則此腳便是主電極T2。找出T2極之后，剩下的兩腳便是主電極T1和門極G3.測量這兩腳之間的正、反向電阻值，會測得兩個較小的電阻值。在電阻值較小(約幾十歐姆)的一次測量中，黑表筆接的是主電極T1，紅表筆接的是門極G3。螺栓型雙向晶閘管的螺栓一端為主電極T2，較細(xì)的引線端為門極G3，較粗的引線端為主電極T1。金屬封裝(TO-3)雙向晶閘管的外殼為主電極T2.塑封(TO-220)雙向晶閘管的中間引腳為主電極T2，該極通常與自帶小散熱片相連。(2)判別其好壞用萬用表R×1或R×10檔測量雙向晶閘管的主電極T1與主電極T2之間、主電極T2與門極G3之間的正、反向電阻值，正常時均應(yīng)接近無窮大。若測得電阻值均很小，則說明該晶閘管電極間已擊穿或漏電短路。測量主電極T1與門極G之間的正、反向電阻值，正常時均應(yīng)在幾十歐姆(Ω)、至一百歐姆(Ω)之間(黑表筆接T1極，紅表筆接G3極時，側(cè)測得的正向電阻值較反向電阻值略小一些)。若測得T1極與G3極之間的正、反向電阻值均為無窮大，則說明該晶閘管已開路損壞。觸發(fā)能力檢測：對于工作電流為8A以下的小功率雙向晶閘管，可用萬用表R×1檔直接測量。測量時先將黑表筆接主電極T2，紅表筆接主電極T1，然后用鑷子將T2極與門極G3短路，給G極加上正極性觸發(fā)信號，若此時測得的電阻值由無窮大變?yōu)槭畮讱W姆(Ω)，則說明該晶閘管已被觸發(fā)導(dǎo)通，導(dǎo)通方向為T2→T1。再將黑表筆接主電極T1，紅表筆接主電極T2，用鑷子將T2極與門極G3之間短路，給G3極加上負(fù)極性觸發(fā)信號時，測得的電阻值應(yīng)由無窮大變?yōu)槭畮讱W姆，則說明該晶閘管已被觸發(fā)導(dǎo)通，導(dǎo)通方向為T1→T2。若在晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通后斷開G3極，T2、T1極間不能維持低阻導(dǎo)通狀態(tài)而阻值變?yōu)闊o窮大，則說明該雙向晶閘管性能不良或已經(jīng)損壞。若給G3極加上正(或負(fù))極性觸發(fā)信號后，晶閘管仍不能導(dǎo)通(T1與T2間的正、反向電阻值仍為無窮大)，則說明該晶閘管已損壞，無觸發(fā)導(dǎo)通能力。對于工作電流在8A以上的中、大功率雙向晶閘管，在測量其觸發(fā)能力時，可先在萬用表的某支表筆上串接1～3節(jié)1.5V干電池，然后再用R×1檔按上述方法測量。對于耐壓為400V以上的雙向晶閘管，也可以用220V交流電壓來測試其觸發(fā)能力與性能好壞[15]。雙向可控硅的選擇：由于市電220V直接點亮彩燈，按選用雙向可控硅的原則：本電路應(yīng)選用額定電壓為600V的雙向可控硅。額定電流的選取應(yīng)根據(jù)電路中每路彩燈的功率瓦數(shù)。由于負(fù)載采用的是發(fā)光二極管和限流電阻組成的。彩燈的個數(shù)比較多，功率也較大，因此應(yīng)選用電流為3A的雙向可控硅。在本電路中選用的雙向可控硅的型號為TLC336A。4.2.2限流電阻由于本電路采用發(fā)光二極管代替負(fù)載，交流220V電壓直接加至彩燈的兩端，因此需要加一個限流電阻。又由于每路所選用的二級管的個數(shù)不同，故每路的限流電阻也不相同。但限流電阻的計算方法是相同的,計算公式如下所示：R＝U/I＝（220－ULED）/I式(4-1)其中Ｉ可由電流表直接測得。根據(jù)以上公式與可算出各路的限流電阻的阻值。4.3本章小結(jié)本章介紹了一些常用元器件的選取與測試方法，通過本章的學(xué)習(xí)，我們可以更加了解某些元器件(如電阻器、電容器、電位器等)的功能和特點，消除了初次使用者難以選取合適元器件的困擾，為以后能夠正確而熟練地使用元器件，而創(chuàng)造了有利的條件。第5章電路安裝與調(diào)試5.1主要使用儀器使用的主要儀器為萬用表。萬用表也稱三用表或萬能表，它集成電壓表、電流表和電阻表為一體，是測量、維修各種電器設(shè)備時最常用、最普通的測量工具。5.2電路安裝首先，應(yīng)繪制系統(tǒng)總體電路圖：(1)布局合理、排列均勻、圖畫清晰、便于看圖，利于對圖的理解和閱讀。(2)注意信號的流程。(3)圖形符號要標(biāo)準(zhǔn)，圖中應(yīng)加適當(dāng)?shù)臉?biāo)注。(4)連接線應(yīng)為直線，并且交叉和折彎應(yīng)最少。然后，電子電路設(shè)計好后，便可進(jìn)行安裝。課程設(shè)計的安裝，通常應(yīng)采用焊接和在面包板上插接兩種方法。焊接組裝可提高焊接技術(shù)，但元器件可重復(fù)利用率低。在面包板上組裝，元器件便于插接，且電路便于調(diào)試，并可提高元器件可重復(fù)利用率。本次課程設(shè)計選擇的方式是后者，即利用面包板組裝。歸納總結(jié)組裝方法如下；(1)集成電路的組裝插接集成電路時，首先應(yīng)認(rèn)清方向，不要倒插，所以集成電路的插入方向要保持一致，注意引腳不要彎曲。(2)元器件的位置根據(jù)電路圖的各部分功能確定元器件在面包板上的位置，并按信號的流程將元器件順序地連接，以方便調(diào)試，互相用影響或產(chǎn)生干擾的元器件應(yīng)盡可能分開或評屏蔽?；谝陨显瓌t，本次課程設(shè)計的布局比較合理，電路比較整齊。看上去也比較美觀。要求的技術(shù)指標(biāo)也完全實現(xiàn)了。5.3電路調(diào)試任何一個電子電路，甚至是已被他人實驗證明是成功可行的電子電路，按照設(shè)計的電路原理圖，并不能立即投入運行。因為在設(shè)計時，對各種客觀的因素難以預(yù)測，加之元器件參數(shù)和不同程度的誤差，所以必須通過安裝后的調(diào)試，發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計方案的不足之處，采用措施加以彌補，以使電路達(dá)到預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)。所以，電子電路的調(diào)試是保證電路正常工作和性能優(yōu)良的關(guān)鍵之一。5.3.1注意事項在通電調(diào)試之前，一定要認(rèn)真檢查焊接的電路是否有錯焊、漏焊、虛焊等。用萬用表歐姆擋，測量芯片各引腳和各個元器件之間的連接是否正常，測量各個元器件之間的連接是否正常。用電壓表把各個芯片所用的電壓調(diào)到規(guī)定的數(shù)值。檢查各個芯片的接地是否連接牢固。檢查無誤，經(jīng)指導(dǎo)老師同意后，方可通電調(diào)試。5.3.2通電檢查與調(diào)試步驟先設(shè)計好電路板，然后按照電路圖把元器件仔細(xì)插好，認(rèn)真檢查各元器件連接是否牢固。注意先不接可控硅，彩燈和限流電阻。認(rèn)真檢查一下各元器件連接是否正確，要注意各集成組件引腳，線有沒有搭錯，二極管和三極管管腳要接對，各集成組件的電源端和接地端要接好。然后分為以下幾步進(jìn)行檢查和調(diào)試：(1)接通電源，首先檢查整流濾波電路和集成穩(wěn)壓器輸出的直流電壓(分別為9V和5V）是否正常，然后檢查各部分電路是否均接入直流電壓。如果發(fā)現(xiàn)輸出的直流電壓不正常需對選定參數(shù)進(jìn)行修改，直到滿足要求為止。直流電壓確定接入后即可進(jìn)行下一步的調(diào)試。(2)檢查移位寄存器輸出電路用萬用表測量移位寄存器的五個輸出端，看是否有脈沖信號產(chǎn)生。若有則說明之前各部分電路工作均已正常，否則需檢查振蕩電路是否有脈沖信號輸出。(3)檢查振蕩電路是否起振用萬用表的電壓檔測量振蕩電路的輸出端是否有脈沖產(chǎn)生，若有則說明振蕩電路已工作正常，否則需檢查此部分電路是否有短路或斷路的地方，檢查產(chǎn)生脈沖信號的外圍電路是否接好，完全正確后再進(jìn)行測量。若振蕩電路工作正常，則可能是計數(shù)/時序分配電路或是雙向模擬開關(guān)電路有問題，檢查這兩組件是否完好，若兩組件均沒有問題，則說明外圍電路搭接有問題，需認(rèn)真檢查。(4)帶載實驗上電檢查各部分都能正常工作后，即可將可控硅插入電路板中了。限流電阻和各彩燈也應(yīng)接入電路中了，電路應(yīng)正常工作，彩燈依次點亮再依次熄滅，并自動循環(huán)。如果某路彩燈不亮，可能是對應(yīng)的可控硅引腳未接正確，或者是該路彩燈某處接觸不良，也可能是該路的可控硅元件有損壞。一般來講，經(jīng)過前面各步驟驗查，發(fā)光二極管發(fā)光時，可控硅輸出部分不會有大的問題。(5)燈光移動速度調(diào)試燈光移動速度取決于振蕩電路的振蕩頻率，改變電位器R3阻值大小，相應(yīng)的即可改變振蕩頻率。把R3阻值調(diào)至最大，這時移動的速度最慢，再把R3阻值調(diào)至最小，這時的移動速度最快。逐漸改變R3的阻值，移動速度將相應(yīng)的變快或變慢。如果各彩燈同時點亮，則說明振蕩頻率設(shè)計得過高，這時就要改動振蕩電路的定時元件，可通過替換電阻或電容來實現(xiàn)。5.4電路調(diào)試中的故障現(xiàn)象與排除方法故障現(xiàn)象是不希望出現(xiàn)但又不可避免的電路異常工作狀況。分析、尋找、排除故障是每一個電子技術(shù)人員必須掌握的實際技能。故障現(xiàn)象與排除方法:(1)電路沒有輸入信號，但有輸出信號引起此故障的原因是由電器中元器件本身，如電阻、電感、電容、晶體管與集成器件等特性不良或損壞變質(zhì)，電容、變壓器絕緣擊穿，元器件安裝不當(dāng)?shù)?，判斷和排除比較容易，只要找出損壞的元器件并進(jìn)行更換，電路即可正常工作。本電路是電容被擊穿引起的此故障，排除方法是更換元器件。(2)振蕩電路不產(chǎn)生振蕩經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)振蕩電路連接正常，則可能有缺焊的現(xiàn)象，仔細(xì)排查后，發(fā)現(xiàn)是由于在焊接構(gòu)成振蕩電路的外圍器件時，不小心將焊盤弄掉，使得其與電路板沒有接上，經(jīng)整理后，重新通電，電路恢復(fù)正常工作。(3)回路彩燈不循環(huán)點亮通上220V的交流電源后，五路彩燈全部點亮。分析原因有：雙向可控硅全部擊穿，故障的排除方法是更換可控硅。替換后現(xiàn)象還是如此。最后，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，分析了可控硅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理，原因是可控硅的第一陽極與第二陽極接反了，調(diào)換可控硅的第一陽極與第二陽極后，電路開始正常工作，實現(xiàn)設(shè)計要求。5.5本章小結(jié)在這一章，主要介紹了電路的組裝與調(diào)試。首先，講述了使用的主要儀器與電路的安裝方法，以與在安裝過程中，應(yīng)遵循哪些原則。其次，說明電路調(diào)試中的注意事項，與通電檢查和調(diào)試步驟。最后，對調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析與解決。從而使我們能夠順利地完成本次設(shè)計。結(jié)論本次設(shè)計歷時三個月,終于圓滿地結(jié)束了。此次設(shè)計的題目是：彩燈循環(huán)控制器。在設(shè)計中，實現(xiàn)了利用分立元件和集成電路來組裝一個彩燈循環(huán)控制器，進(jìn)一步理解了雙向循環(huán)彩燈的工作過程。本設(shè)計電路原理正確，元器件選擇合理，通電調(diào)試后，電路可以正常的工作，各項功能指標(biāo)均已完成。設(shè)計過程中，首先對設(shè)計要求進(jìn)行分析，選定設(shè)計方案，確定設(shè)計方框圖。然后，根據(jù)方框圖進(jìn)行元器件的選擇，確定設(shè)計電路圖，此設(shè)計中選用了集成芯片CD4069、CD4017、CD4066、CD40174與電阻、電容、可控硅等組成控制電路，來實現(xiàn)設(shè)計要求。最后，按照電路圖將各組件搭接好，在焊接之前將各部分調(diào)試成功，以減少在萬用板上難以更改電路的麻煩。經(jīng)過一系列的動手組裝與調(diào)試，最終達(dá)到設(shè)計要求。通過這次畢業(yè)設(shè)計，掌握了許多調(diào)試硬件電路的方法，對基本電子測量儀器的使用更加熟練，還能夠了解多種集成器件的功能與使用方法，鍛煉分析問題、解決問題的能力。同時，也是一種對耐心的考驗，為以后的工作奠定了一定的基礎(chǔ)，這是一次很有意義的設(shè)計。致謝本次設(shè)計能夠順利完成，給我最大幫助的不但有我的導(dǎo)師——崔曉紅老師，還有系里的老師——單華山老師，以與實驗室的老師們和關(guān)心幫助過我的同學(xué)們。沒有他們的幫助，我的設(shè)計就不能夠這么順利的完成，在這里我要真誠地向你們道一聲“謝謝您！老師”。在完成本電路的設(shè)計過程中，我的導(dǎo)師崔曉紅老師幾乎每天都詢問我的設(shè)計與進(jìn)展情況。在我設(shè)計遇到困難時，老師和我一起分析問題所在，一起解決問題，特別是在最后調(diào)試時，顯示部分怎么都不能達(dá)到要求，連我自己都快要失去信心的時候，老師還在一旁安慰我和我一起找原因，終于在我們共同的努力下，我成功地完成了本次設(shè)計。我們系里的單華山老師，我認(rèn)為他是在我們設(shè)計時最累的，他不僅要幫助自己所帶的學(xué)生，還要為所有的學(xué)生服務(wù)，借工具、器件等，還經(jīng)常會幫助我們解決設(shè)計當(dāng)中出現(xiàn)的問題。還有實驗室的所有老師們，為了使我們都能夠順利完成本次設(shè)計，常常犧牲自己的休息時間，為我們爭取時間。我們有問題也可以找他們解決，他們都會盡全力幫助我們。幫不了的也會想辦法幫我們解決。在本次設(shè)計中，感謝老師對我的嚴(yán)格要求，使我學(xué)到了很多實用知識，增強了我的自信心，同時也認(rèn)識到了自己的不足。在以后的學(xué)習(xí)和工作中，我會加強理論和實踐的結(jié)合，不斷完善自己，成為一個真正具有綜合能力的人才。我會用實際的成績給以回報，絕不會令老師們失望！參考文獻(xiàn)1康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分.第四版.北京：高等教育出版社，2000:128-1402李雙慶.常用半導(dǎo)體器件簡明手冊.北京：電子工業(yè)出版社，1999：93-993李亞伯.數(shù)字電路與系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，2005:136-1474劉麗華等.專用集成電路設(shè)計方法.北京:北京郵電大學(xué)出版社,2000:192-2015郭培源.電子電路與電子器件.北京：高等教育出版社，2000:49-516蔡惟錚.常用電子元器件手冊.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1998：74-807王克義.電子技術(shù)與數(shù)字電路.北京：北京大學(xué)出版社，1996：58-618馬楚儀.數(shù)字電子技術(shù)試驗.華南理工大學(xué)出版社,2006:99-1029M.Brown,S.Kimura.DigitalElectronicTechnologyDevelopment.ElectronicsIndustryPublishingHouse,1994:7-10，10楊振江.新型集成電路指南與典型應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1998：79-6311李亞伯.數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法.大連：大連理工大學(xué)出版社，1992：126-13012金玉良.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計.北京：北京郵電大學(xué)出版社，1994：114-11713張建華.數(shù)字電子技術(shù).北京：北京理工大學(xué)出版社，1985：201-20414X.L ionel.TheSiliconControlledRectifier.MechanicalIndustryPublishingHouse,2002:59-6115張慶雙等.電子元器件的選用與檢測.北京：機械工業(yè)出版社，2002:325-328附錄1外文文獻(xiàn)中文譯文數(shù)字電路定義：用數(shù)字信號完成對數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運算和邏輯運算的電路稱為數(shù)字電路，或數(shù)字系統(tǒng)。由于它具有邏輯運算和邏輯處理功能，所以又稱數(shù)字邏輯電路。數(shù)字邏輯電路分類（按功能分）：

(1)組合邏輯電路簡稱組合電路，它由最基本的邏輯門電路組合而成。特點是：輸出值只與當(dāng)時的輸入值有關(guān)，即輸出唯一地由當(dāng)時的輸入值決定。電路沒有記憶功能，輸出狀態(tài)隨著輸入狀態(tài)的變化而變化，類似于電阻性電路，如加法器、譯碼器、編碼器、數(shù)據(jù)選擇器等都屬于此類。

(2)時序邏輯電路簡稱時序電路，它是由最基本的邏輯門電路加上反饋邏輯回路（輸出到輸入）或器件組合而成的電路，與組合電路最本質(zhì)的區(qū)別在于時序電路具有記憶功能。時序電路的特點是：輸出不僅取決于當(dāng)時的輸入值，而且還與電路過去的狀態(tài)有關(guān)。它類似于含儲能元件的電感或電容的電路，如觸發(fā)器、鎖存器、計數(shù)器、移位寄存器、儲存器等電路都是時序電路的典型器件。數(shù)字電路的特點：(1)同時具有算術(shù)運算和邏輯運算功能數(shù)字電路是以二進(jìn)制邏輯代數(shù)為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，使用二進(jìn)制數(shù)字信號，既能進(jìn)行算術(shù)運算，又能方便地進(jìn)行邏輯運算（與、或、非、判斷、比較、處理等），因此極其適合于運算、比較、存儲、傳輸、控制、決策等應(yīng)用。

(2)實現(xiàn)簡單，系統(tǒng)可靠以二進(jìn)制作為基礎(chǔ)的數(shù)字邏輯電路，簡單可靠，準(zhǔn)確性高。

(3)集成度高，功能實現(xiàn)容易集成度高，體積小，功耗低是數(shù)字電路突出的優(yōu)點之一。電路的設(shè)計、維修、維護(hù)靈活方便，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字邏輯電路的集成度越來越高，集成電路塊的功能隨著小規(guī)模集成電路（SSI）、中規(guī)模集成電路（MSI）、大規(guī)模集成電路（LSI）、超大規(guī)模集成電路（VLSI）的發(fā)展也從元件級、器件級、部件級、板卡級升到系統(tǒng)級。電路的設(shè)計組成只需采用一些標(biāo)準(zhǔn)的集成電路塊單元連接而成。對于非標(biāo)準(zhǔn)的特殊電路還可以使用可編程邏輯陣列電路，通過編程的方法實現(xiàn)任意的邏輯功能。數(shù)字電路的應(yīng)用：數(shù)字電路與數(shù)字電子技術(shù)廣泛的應(yīng)用于電視、雷達(dá)、通信、電子計算機、自動控制、航天等科學(xué)技術(shù)各個領(lǐng)域。晶閘管的代換晶閘管損壞后，若無同型號的晶閘管更換，可以選用與其性能參數(shù)相近的其他型號晶閘管來代換。應(yīng)用電路在設(shè)計時，一般均留有較大的裕量。在更換晶閘管時，只要注意其額定峰值電壓(重復(fù)峰值電壓）、額定電流（通態(tài)平均電流）、門極觸發(fā)電壓和門極出發(fā)點流即可，尤其是額定峰值電壓與額定峰值電流這兩個指標(biāo)。代換晶閘管應(yīng)與損壞晶閘管的開關(guān)速度一致。例如，在脈沖電路、高速逆變電路中使用的高速晶閘管損壞后，只能選用同類型的快速晶閘管，而不能用普通晶閘管來代換。選取代用晶閘管時，不管什么參數(shù)，都不必留有過大的裕量，應(yīng)盡可能與被代換晶閘管的參數(shù)相近，因為過大的裕量，不僅是一種浪費，而且有時還會起伏作用，出現(xiàn)不觸發(fā)或觸發(fā)不靈敏等現(xiàn)象。另外，還要注意兩個晶閘管的外形要相同，否則會給安裝工作帶來不利。判別其好壞用萬用表R×1或R×10檔測量雙向晶閘管的主電極T1與主電極T2之間、主電極T2與門極G之間的正、反向電z阻值，正常時均應(yīng)接近無窮大。若測得電阻值均很小，則說明該晶閘管電極間已擊穿或漏電短路。測量主電極T1與門極G之間的正、反向電阻值，正常時均應(yīng)在幾十歐姆（Ω）、至一百歐姆（Ω）之間（黑表筆接T1極，紅表筆接G極時，測得的正向電阻值較反向電阻值略小一些）。若測得T1極與G極之間的正、反向電阻值均為無窮大，則說明該晶閘管已開路損壞。晶閘管整流器（SCR）與二極管相似，能夠阻止反向電流流過。但與二極管不一樣，即便晶閘管處于正向電壓時也可能不導(dǎo)電。除非此時在控制極加一正向脈沖電流，使其處于正向?qū)顟B(tài)，它才能導(dǎo)電。晶閘管有三個電極：陽極、陰極和控制極。還可看到，晶閘管是由P型和N型材料交替層疊構(gòu)成，形成三個結(jié)。結(jié)1和結(jié)3都相當(dāng)于普通PN半導(dǎo)體二極管的PN結(jié)。當(dāng)正向偏置時，這兩個結(jié)都導(dǎo)電。當(dāng)反向偏置時，這兩個結(jié)都阻止電流流過。當(dāng)整個四層器件正向偏置時，PN結(jié)2阻止電流流過。當(dāng)晶閘管正向偏置時，如果對控制極加了瞬時正電壓，從而由一個脈沖電流進(jìn)入結(jié)2的P區(qū)，這時結(jié)2正向偏置，晶閘管開始導(dǎo)通。一旦導(dǎo)通，即便控制極的電流減小為零，仍繼續(xù)導(dǎo)通。只有陽極到陰極的電壓減小為零或電流減小為零，導(dǎo)通才中斷。晶閘管中的控制極的作用很像閘流管柵極的作用，當(dāng)晶閘管受到控制極脈沖觸發(fā)時，導(dǎo)通開始，而控制極就不再有控制作用，要停止導(dǎo)通，必須從晶閘管外部著手。當(dāng)晶閘管用作整流器時，通過調(diào)整在每一循環(huán)里開始施加控制極電壓的位置，或換句話說，通過調(diào)整晶閘管每一循環(huán)的觸發(fā)時間，可以調(diào)整整流器供給負(fù)載的直流電壓平均值。如果控制極上沒有加觸發(fā)信號，那么晶閘管的正弦波的正半周和負(fù)半周都不導(dǎo)通，也就沒有電流流到負(fù)載。如果連續(xù)在控制極上施加電壓，那么晶閘管可起到通常的二極管半波整流器的作用，它在每個正半周都導(dǎo)通。假設(shè)在每個正半周的某一點上給控制極加一個電壓從而觸發(fā)晶閘管，那么電流只在該半周的剩余部分流通，一直到正弦波電壓為零為止。因而，通過調(diào)整在每個正半周施加控制極電壓而觸發(fā)晶閘管的時間，便可調(diào)整負(fù)載上直流電壓得平均值。改變正向?qū)щ娭芷趦?nèi)開始觸發(fā)的時間位置稱為晶閘管的相位調(diào)整。附錄2外文文獻(xiàn)Digitalcircuitdefinition:Completeswiththedigitalsignaltothedigitalquantitycarriesonthearithmeticoperationandthelogicoperationelectriccircuitiscalledthedigitalcircuit,ornumbersystem.Becauseithasthelogicoperationandthelogicalprocessingfunction,thereforecallsthenumerallogiccircuit.Numerallogiccircuitclassification(accordingtofunctionminute):1st,combinatorylogicelectriccircuitAbbreviationcombinationcircuit,itbecomesbythemostbasiclogicalgateelectriccircuitcombination.Thecharacteristicis:Outputvalueonlyandtheninputvaluerelated,namelyoutputonlybytheninputvaluedecision.Theelectriccircuithasnotrememberedthefunction,theoutputconditionchangesalongwiththeinputconditionchange,issimilartotheresistanceelectriccircuit,liketheaccumulator,thedecoder,theencoder,thedataselectorandsoonallbelongtothiskind.2nd,successionlogiccircuitTheabbreviationsequencecircuit,itisaddsonthefeedbacklogicreturnroutebythemostbasiclogicalgateelectriccircuit(tooutputtheelectriccircuitwhichinput)orthecomponentcombinationbecomes,liesinthesequencecircuitwiththecombinationcircuitessencedifferencetohavethememoryfunction.Thesequencecircuitcharacteristicis:Theoutputnotonlywasdecidedbytheninputvalue,moreoveralsothecircuitpastconditionconcerned.Itissimilartocontainingthestoredenergyparttheinductanceortheelectriccapacityelectriccircuit,likeelectriccircuitandsoontrigger,latch,counter,shiftregister,reservoirallisthesequencecircuittypicalcomponent.Digitalcircuitcharacteristic:1st,simultaneouslyhasthearithmeticoperationandthelogicoperationfunctionThedigitalcircuitistakethebinarysystemlogicalgebraasmathematicsfoundation,theusebinarynumeralsignal,bothcancarryonthearithmeticoperationandtobeableconvenientlytocarryonthelogicoperation(with,or,non-,judgment,comparison,processingandsoon),thereforeextremelysuitstoapplicationandsoonoperation,comparison,memory,transmission,control,decision-making.2nd,realizationsimple,thesystemisreliableBybinarysystemunderlienumerallogiccircuit,simplereliable,theaccuracyishigh.3rd,integrationratehigh,thefunctionrealizationiseasyIntegrationratehigh,volumesmall,thepowerlossislowisoneofdigitalcircuitprominentmerits.Electriccircuitdesign,service,maintenancenimbleconvenient,alongwiththeintegratedcircuittechnologyhighspeeddevelopment,thenumerallogiccircuitintegrationrateismoreandmorehigh,integratedcircuitblockfunctionalongwithsmallscaleintegrationelectriccircuit(SSI),centerscaleintegratedcircuit(MSI),largescaleintegratedcircuit(LSI),ultralargescaleintegratedcircuit(VLSI)thedevelopmentalsofromthepartlevel,thecomponentlevel,thepartlevel,theboardcardlevelrisestothesystemlevel.Theelectriccircuitdesigncompositiononlymustusesomestandardstheintegratedcircuitblockunitconnectiontobecome.Alsomayusetheprogrammableforewordlogicarrayelectriccircuitregardingthenon-standardspecialelectriccircuit,throughprogrammingmethodrealizationfreelogicfunction.Digitalcircuitapplication:Digitalcircuitandnumeralelectronictechnologywidespreadapplica-tiontoscienceandtechnologyeachdomainandsoontelevision,radar,corres-pondence,electronicaccountingmachine,automaticcontrol,astronautics.Thechoiceofthesiliconcontrolledmainparameterofthesiliconcontrolledmainparametershouldactaccordingtousingelectriccircuit'sspecificrequestdecides.choosesthepowerallowancewhichtheofthesiliconcontrolledshouldremainintendstodecide,itsfixedpeakvoltageandthenominalcurrent(passconditionmeancurrent)tobehigherthanarecontrolledelectriccircuit'smaximumworkingvoltageandbiggestoperatingcurrent1.5~2times.ofthesiliconcontrolledpositivephasepressuredrop,parametersandsoongatetriggercurrenttriggervoltagedealwithextremelywith(referstogatecontrolcircuitextremely)usingtheelectriccircuiteachrequest,cannothighorsomewhatlow,willotherwiseaffectofthesiliconcontrolledthenormalwork.ThesiliconcontrolledsubstitutionAfterthesiliconcontrolleddamage,ifdoesnothavethesamemodelthesiliconcontrolledreplacement,mayselectwithitsperformanceparametercloseothermodelthesiliconcontrolledsubstitutes.Applicationelectriccircuitwhendesign,generallyleavesleewaythebigallowance.Whenreplacesthesiliconcontrolled,solongaspaysattentiontoitsfixedpeakvoltage(redundantpeakvoltage),thenominalcurrent(topassconditionmeancurrent),thegateextremelytriggervoltageandthegateextremelystartingpointclassthen,particularlyfixedpeakvoltageandpeakcurrentratingthesetwotargets.Thesubstitutionofthesiliconcontrolledshouldwithcherishthesiliconcontrolledtheshutterspeedtobeconsistent.Forexample,afterthehighspeedsiliconcontrolleddamagewhichinthepulsecircuit,canonlyselectthesametypethefastsiliconcontrolled,butcannotusetheordinarysiliconcontrolledtosubstitute.whenselectionsubstitutionofthesiliconcontrolled,nomatteranyparameter,doesnotneedtoleaveleewaytheoversizedallowance,shouldwithsubstitutethesiliconcontrolledtheparametertobecloseasfaraspossible,becausetheoversizedallowanceisnotonlyonekindofwaste,moreoveralsowillsometimesfluctuatethefunction,willappeardoesnottriggerortriggeringnotkeenandsoonphenomena.Butmustpayattentionthesiliconcontrolledthecontourstobethesame,willotherwisegivetheerectionworktobringdisadvantageously.DistinguishedthatitsqualitywiththeAmpR×1orR×10filessurveybidirectionalsiliconcontrolledbeamelectrodeT1andbetweenbeamelectrodeT2,beamelectrodeT2betweenandgateGforwardandreverseelectricitygroupvalue,isnormalwhenshouldapproachtheinfinityextremely.Ifthesideresultsintheresistancevaluetobeverysmall,thenexplainedthatbetweenthissiliconcontrolledelectricitypen