七色廣告燈箱控制器設(shè)計(jì)說(shuō)明

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(kāi)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。.下載可編輯 .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)控制的七色廣告

2、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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)脈沖發(fā)生器電流交V022燈雙向可控硅開(kāi)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(kāi)關(guān) 、脈沖發(fā)生器 、循環(huán)控制器 。 可控硅開(kāi)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(kāi)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2.10 進(jìn)制同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160 變成

3、的七進(jìn)制計(jì)數(shù)器 ?？刂破骺刂茻粝淦叻N色彩燈循環(huán)變化 。燈箱由 220v 交流電源供電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 D1 D4 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(jiǎn)單起見(jiàn) ，二極管用理想模型來(lái)處理，即正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)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(guò)二極管 D1 流向 RL，再由二極管 D3 流回變

4、壓器 ，所以 D1 、D3 正向?qū)?，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 。.下載可編輯 .張清波：七色廣告燈箱控制器設(shè)計(jì)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(guò)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(guò) 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

5、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(jiàn) ，通過(guò)負(fù)載 RL 的電流 iL 以及電壓 vL 的波形都是單方向的全波脈動(dòng)波形。4.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、 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(guò)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 。圖 2-3 NE555內(nèi)部框圖.下載可編輯 .張清波：

7、七色廣告燈箱控制器設(shè)計(jì)555 定時(shí)器工作時(shí)過(guò)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=1/3VCC 。當(dāng) VI1 2/3VCC， VI21/3VCC 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， VI21/3VCC 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(lái)。當(dāng) VI1 2/3VCC， VI21/3

8、VCC 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， VI21/3VCC 時(shí)，比較器 C1 輸出高電平 ，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-10 +70 +18V600mW-65 +150 300 軍用 -55 +125 6.VCC5VR1187k R28U

9、1VCC1M Key=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 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?，所以輸出電壓為高電平，并開(kāi)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?，電容 C1又經(jīng)過(guò)電阻 R1 開(kāi)始放電 。當(dāng)放電至 v=Vt- 時(shí)輸出電位又跳變?yōu)楦唠娖?，電?C1 重新開(kāi)始充電 。如此周而復(fù)始，電路便不停地振蕩 。 其電壓

10、波形如圖 2-5 所示 。.下載可編輯 .張清波：七色廣告燈箱控制器設(shè)計(jì)圖 2-5 多諧振蕩器電路的脈沖圖由公式T1 = （R1 +R 2） Cln2T2=R 2 Cln2T=T 1+T 2=(R 1+2R 2 )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 。8.2.3 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VCC5VU13AQA14413BQB512CQC611DQD7ENPRCO1510ENT9LOAD1CLR2CLKU2A74LS10N74LS1

11、60N圖 2-6 計(jì)數(shù)器示意圖.下載可編輯 .張清波：七色廣告燈箱控制器設(shè)計(jì)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 。001/0010/1/0111011/0/0110100/01

12、01/0圖 2-7 74160狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖10.電路從 001 狀態(tài)開(kāi)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2.4 雙向可控硅開(kāi)關(guān)（1）簡(jiǎn)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。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(kāi)關(guān)器件 。其英文名稱 TRIAC 即三端雙向交流開(kāi)關(guān)之意

13、。（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(yáng)極 )，T2 (第一端子或第一陽(yáng)極 )和 G(控制極 )亦為一閘極控制開(kāi)關(guān) ，與 SCR 最大的不同點(diǎn)在于TRIAC 無(wú)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 。.下載可編輯 .張清波：七色廣告燈箱控制器設(shè)計(jì)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 ，

14、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)10mA3 工作電路及分析12.U4MC7812BTLINEVREGR1VOLTAGECOMMON50%VD1VD4IN4007 x42DT41220V16V3U3PHOTO_TRANSISTOR_RATED(1)(2)U1R63AQA14100k 4BQB135CQC126DQD117ENPRCO1510ENT9LOAD1CLR(3)2CLK74160

15、NC30.01 F(4)(5)20k Key=AU2A74LS10N(1)Q12N2222(2)R5R28U120k 4kVCC4RSTOUT37DIS6THR2TRI5CONGND1LM555CN8U2R4187kVCC4RSTOUT 3(3)7DIS6THR2TRIR35CON50%1MKey=AGND1LM555CNC2C1470F0.01 F(4)(5)X1X2X3Q2220 V220 V220 VR720kD12N2222BT136R8Q3202N2222D2BT136R9Q4202N2222D3BT136R10R11R125k5k5k圖 3-1 工作電路3.1 電路分析.下載可編輯

16、 .張清波：七色廣告燈箱控制器設(shè)計(jì)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(wú)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 ，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(kāi)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(guò)調(diào)節(jié)電阻 R3 可以

17、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(guò)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)

18、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(kāi)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(kāi)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 。14.4 仿真電路圖 4-1555 定時(shí)器仿真電路.下載可編輯 .張清波：七色廣告燈箱控制器設(shè)計(jì)圖 4-2555 定時(shí)器仿真電路波形分析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VD1VD4IN40074 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、 470 F、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316.光敏三極管PHOTO_TRANSISTOR_RATED1心得體會(huì)經(jīng)過(guò)一周的努力 ，我終