七彩灯的设计.doc

七彩循环装饰灯控制器的设计 １．设计目的 1.1熟悉七彩循环装饰灯控制器电路的组成、工作原理和设计方法。 1.2掌握多谐振荡器、触发器、计数器的工作原理、使用方法、特点、用途及主要参数的计算方法。 1.3熟悉集成电路CD4001、555定时器、CD40518、晶闸管、整流、滤波电路的的组成、工作原理、特点及用途。 ２．设计内容及要求 2.1设计题目：设计一个七彩循环装饰灯控制器电路。各基本单元电路的设计条件和技术指标如下： 2.1.1整流滤波电路 正弦信号输入电压：220V，50Hz； 整流滤波电路输出电压：12V，分压输出（供集成电路用）：5V,要求采用集成稳压器。 2.1.2调色时钟脉冲发生和灯光变色控制电路 时钟脉冲振荡频率：灯光每隔0.1s~10s自动变换一种颜色，脉冲占空比：60%。 灯光变色控制电路：采用同步加法计数器。输出的高电平应满足晶闸管控制电平的要求。 2.2负载电路 红、绿、蓝3基色灯：12V，8W。 晶闸管：最大反向电压 ≥1.414U2。 2.3 要求控制器能长年通电使用，性能可靠。 2.4 要求画出完整的设计电路图，计算电路各元器件参数，写出设计总结报告。 2.5 集成电路采用CMOS或TTL系列。 3. 控制器电路的工作原理 七彩循环装饰灯控制器电路的功能框图如下图1所示 七彩循环装饰灯控制器电路的参考原理图如图2所示，它由电源变换电路、调色时钟脉冲发生电路、灯光变色控制电路和负载电路组成。其中H1、H2、H3是被控“3基色”灯泡。 接通电源，220V交流电经变压器降压、VD1~ VD4桥式整流和滤波后，一路供彩灯回路用电；另一路经R1降压限流，VZ稳压，VD5隔离和C1滤波后，为控制电路提供约5V的稳定直流电。 ICI与外围元件构成一个时钟脉冲发生电路，其中与非门G1、G2以及RP、R3和C2组成多谐振荡器；IC2由G3、G4构成基本RS触发器，对振荡产生的脉冲进行整形，然后由G4输出送到IC3的时钟脉冲CP端。 图2 七彩循环装饰灯控制器电路原理图 4.具体设计 4.1整流滤波电路 4.1.1工作原理 桥式整流电路如图所示，图中B为电源变压器，它的作用是将交流电网电压e1变成整流电路要求的交流电压，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。 图 桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。 在e2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图（a）中虚线箭头表示。 在e2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。其电流通路如图（b）中虚线箭头所示。根据上述分析，可得桥式整流电路的波形如图。 图桥式整流电路的波形桥式整流电路桥式整流电路≥IO/2=0.45×(Ud/RL） VD≥1.414 Ud 按照计算结果，选择相应参数的二极管即可。 4.2多谐振荡器的设计 4.2.1多谐振荡器的基本原理 多谐振荡器是一种自激振荡器，在接同电源后，不需要电源后，不需要外加触发信号（即没有输入信号）。便能自动产生矩形脉冲，由于矩形脉冲中含有丰富的高次谐波分量，所以称为多谐振荡器。 先将555定时器构成施密特触发器，在将施密特触发器的输出端经RC积分电路接回到它的输入端，即可构成多谐振荡器，且其电容C的电压Vc将在VT+和VT-之间反复振荡。 充电时间： 放电时间： 振荡周期：T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2，振荡频率：f=1/T 占空系数： 电容电压Vc与输出电压Vo的波形如图5所示。 图， 解得， 又要求灯光每隔0.1s~10s自动变换一种颜色，即 结合，=0.69，得 R1C 假设R1=10K,则R2=20K,C=2.86 uf 由于设计要求，可以通过调节滑动变阻器来改变阻值，即实现颜色的变换。 4.３基本ＳＲ触发器电路 4.３.1电路结构:由两个与非门的输入输出端交叉耦合。它与组合电路的根本区别在于，电路中有反馈线。 图1 与非门组成的基本RS触发器 （a）逻辑图 （b）逻辑符号 它有二个输入端R、S，有两个互补的输出端Q、Ｑ＇。设Q＝1，＝0时，称为触发器的1状态；当Q＝0，＝1时，称为触发器的0状态。 4.３.2逻辑功能表: R S Qn Qn+1 功能说明 0 0 0 0 0 1 ×