課程設計報告
題目名稱：七彩迴圈裝飾燈控制器的設計
姓名學號
班級指導教師
2023年5月
1.設計目的
2.設計要求
3.設計內容
4.控制器電路各組成部分的工作原理
4.1電路總體功能及設計
4.2電路各部分具體功能及設計
4.2.1整流濾波電路
4.2.2調色時鐘脈衝發生電路
4.2.3燈光變色控制電路
4.2.4負載電路
5、引數計算及器件選擇
5.1、整流濾波電路
5.2調色時鐘脈衝發生電路
七彩迴圈裝飾燈控制器的設計
一．設計目的
1.1熟悉七彩迴圈裝飾燈控制器電路的組成、工作原理和設計方法。
1.2掌握多諧振盪器、觸發器、計數器的工作原理、使用方法、特點、用途及主要引數的計算方法。
1.3熟悉積體電路cd4001、555定時器、cd40518、閘流體、整流、濾波電路的的組成、工作原理、特點及用途。
二 . 設計要求
目前，很多商業廣告（如燈箱，節日彩燈，霓虹燈等）等採用迴圈裝飾控制的形式。七彩迴圈裝飾燈能按設計者的要求或快或慢地迴圈發出紅、綠、黃、藍、紫、青、白七色光，從而起到商業宣傳和美化環境的作用，給城市增添了熱鬧氣氛。我們利用已學的模電數電相關知識，可以自行設計並焊接組裝該控制電路。
該控制器由變壓器，整流電路，時鐘訊號發生器，計數器和開關電路等組成。
該電路根據三基色原理，採用紅、綠、藍三種發光二極體，通過混色作用（紅、綠、紅+綠=黃、藍、紅+綠=紫、綠+藍=青、紅+綠+藍=白）來產生七種色彩。
三. 設計內容
3.1設計題目：設計乙個七彩迴圈裝飾燈控制器電路。
各基本單元電路的設計條件和技術指標如下：
3.1.1整流濾波電路
正弦訊號輸入電壓：220v，50hz；
整流濾波電路輸出電壓：24v，分壓輸出（供積體電路用）：一組採用穩壓管5v；另一組採用整合穩壓器。
3.1.2調色時鐘脈衝發生和燈光變色控制電路
時鐘脈衝振盪頻率：燈光每隔0.1s~5s自動變換一種顏色，脈衝占空比：
60%。
燈光變色控制電路：採用同步加法計數器。輸出的高電平應滿足電晶體控制電平的要求。
3.1.3負載電路
紅、綠、藍3基色燈：24v，8w。或發光二極體。
3.1.4其他要求
要求控制器能長年通電使用，效能可靠。
四、方案的設計與原理論證
4.1電路總體功能及設計
七彩迴圈裝飾燈控制器電路工作原理如圖1所示。
七彩迴圈裝飾燈控制器電路的參考原理圖如圖2所示，它由電源變換電路、調色時鐘脈衝發生電路、燈光變色控制電路和負載電路組成。其中h1、h2、h3是被控「3基色」燈泡。
接通電源，220v交流電經變壓器降壓、vd1~ vd4橋式整流和濾波後，一路供彩燈迴路用電；另一路經r1降壓限流，vz穩壓，vd5隔離和c1濾波後，為控制電路提供約5v的穩定直流電。
ici與外圍元件構成乙個時鐘脈衝發生電路，其中與非門g1、g2以及rp、r3和c2組成多諧振盪器；ic2由g3、g4構成基本rs觸發器，對振盪產生的脈衝進行整形，然後由g4輸出送到ic3的時鐘脈衝cp端。
ic3是一塊有雙同步加法計數器功能的cmos積體電路，由與非門g4送來的正脈衝在其內部進行二進位制編碼，並使q1~ q4輸出端的狀態發生迴圈組合變化。其邏輯真值表見表1。
從真值表中可以看出，當ic3的cp端輸入乙個時鐘脈衝時，其q1 輸出高電平，v1受觸發導通，紅燈通電發出紅光；當第二個時鐘脈衝到來時，當ic3的q2端輸出高電平，v2受觸發導通，綠燈通電發出綠光；當第三個時鐘脈衝到來時，當ic3的q1、q2端同時輸出高電平，v1、v2均觸發導通， 紅燈、綠燈同時通電點亮，根據混光原理，燈箱對外變黃色；依次類推，ic3的q1、q2 、q3端有8種邏輯狀態，可使「三基色」燈順序產生7種色光（紅、綠、紅+綠=黃、藍、紅+綠=紫、綠+藍=青、紅+綠+藍=白）來。當第八個時鐘脈衝到來時，ic3的q1、q2 、q3端均輸出低電平，紅燈、綠燈、藍燈全部熄滅片刻；同時ic3的q4端輸出高電平，其訊號直接送入清零端r，使ic3的內部電路復位；第九個時鐘脈衝送入ic3時，迴圈上述過程。
表1 cd4518真值表
電路中，燈光變色由與非門g1、g2組成的多諧振盪器工作頻率確定，其工作頻率由公式f=1/0.69(rp+r2)c2來估算。調節rp阻值，可使燈光隔0.
1s~5s自動變換一種顏色。
閉合開關sa，與非門g1的控制輸入端由高電平變為低電平，振盪停止工作，變色燈停留在上述8個狀態中的某乙個狀態。
4.2電路各部分具體功能及設計
4.2.1整流濾波電路
1）橋式整流電路
輸入為正弦220v，頻率50hz的電壓，經過整流濾波電路後輸出為5v的直流電壓。為提高整流電路的效能，抑制變壓器的直流偏磁，減少對電路的不利影響，實驗採用橋式整流電路。
橋式整流電路採用四個二極體d1～d4互相接成橋式結構。橋式整流電路的工作原理可分析如下。為簡單起見，二極體用理想模型來處理，即正嚮導通電阻為零，反向電阻為無窮大。
在u2的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經過二極體d1流向負載rl，在負載上產生乙個極性為上正下負的輸出電壓，再由二極體d3流回變壓器，所以d1、d3正嚮導通，d2、d4反偏截止。
在u2的負半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經過二極體d2流向負載rl，再由二極體d4流回變壓器，所以d1、d3反偏截止，d2、d4正嚮導通。電流流過rl時產生的電壓極性仍是上正下負，與正半周時相同。根據上述分析，可得橋式整流電路的電路圖及波形如圖3所示。
圖3 橋式整流電路圖及波形圖
2）電容濾波電路
利用儲能元件電容器c兩端的電壓不能突變的性質，把電容c（或電感l）與整流電路的負載rl併聯（或串聯），就可以將整流電路輸出中的交流成分大部分加以濾除，從而提高了輸出電壓的直流成分，而降低了脈動成分，得到比較平滑的直流電。
4.2.2 調色時鐘脈衝發生電路：
多諧振盪器是一種自激振盪器，在接通電源後，不需要電源，不需要外加觸發訊號（即沒有輸入訊號）便能自動產生矩形脈衝。由於矩形脈衝中含有豐富的高次諧波分量，所以稱為多諧振盪器。
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