数电课程设计报告--简易调光灯.doc

课程设计报告题 目：_ 简易调光灯 _专 业： 通信工程 年 级： 2011 级 学 号： 1110618019 学生姓名： 刘文青 联系电话：指导老师： 李碧青 完成日期：2013年 05月20日12摘 要该设计是利用CD4017十进制计数芯片、9013三极管、电阻、发光二极管等元器件制作而成的简易的调光灯产品，能够实现对发光二极管进行亮度的调节，最多可以达到10个档位。经测试，这次设计的系统达到了有3个可调亮度档位的要求。调光灯产品的设计能够有针对性的满足客户需求，由于可以对灯的亮度进行调节，从而实现了节约用电，低碳生活的目的，使人们满足需要的同时也做到了环保和节约。并且该设计具有稳定度高、操作简易、成本低的优点。关键词：CD4017；计数；调光；档位ABSTRACTThe design is to use CD4017 decimal counting chip, 9013 components such as transistors, resistors, light-emitting diodes and dimming lights products, easy to adjust the brightness of the light emitting diode can be implemented, can reach up to 10 gear. After testing, the design of the system has reached the gear has three adjustable brightness. Dimming light product design can be targeted to meet customer demand, since can be adjusted to the brightness of the lamp, so as to realize the economical, low carbon life, the purpose of satisfy people need to also do the environmental protection and saving. And this design has high stability, simple operation, low cost advantages.Key words: CD4017；counting；dimming lights；gear目 录摘 要IABSTRACTI1 设计要求及方案选择11.1 设计要求11.2 方案选择12 理论分析32.1 主要电路的分析32.2 外围电路的分析33电路设计43.1 硬件电路的设计43.2 触发电路的设计53.3 调变电路的设计63.4 计数器/译码器CD401764 系统测试74.1 调试所用的基本仪器清单74.2 调试所依据的PCB图74.3 调试结果74.4 测试结果分析85 总结8参考文献10附表1111 设计要求及方案选择1.1设计要求设计并制作一个简易的调光灯，要求只采用一个按键开关来控制小电珠的灯光亮暗程度，亮暗程度可分若干等级（最多为10个）。本次设计要求实现三个等级亮度，即有三个可调档位。最初，小电珠是不亮的，按下一次开关后，开始发亮；再按下一次，变得更亮；继续按下开关，小电珠达到最亮；最后再按一次，小电珠熄灭，如此循环下去，通过按键开关来控制整个流程。1.2方案选择方案1图1 触摸式4挡调光灯电路原理图 该电路的核心器件是TT6061A触摸调光专用集成电路，它采用CMOS工艺生产制造而成，封装形式主要为标准DIP一8封装。各引脚功能如下：1脚CK为同步信号输人端；2脚FI为过602Hz/50Hz交流频率输人端；3脚VDD为电源正端；4脚TI为触摸信号输人端；5脚OSCI为振荡输入端；6脚OSLO为振荡输出端；7脚Vss为电源负端；8脚TGO为脉冲信号输出端，可直接驱动晶闸管4。电源由VDl、VS、R1和C1组成，通电后在C1两端可获得9V左右的直流电压供集成电路用电。50Hz的交流市电频率经R2从2脚输人，4脚由VD2、VD3组成钳位电路，保证输人的触摸电平幅度在电源电压范围内。C5隔离安全电容，M为触摸电极片。当人手触摸电极M时，人体感应的交流杂波信号经C5、R6送至IC的4脚，经TT6061集成电路内部电路处理后，8脚输出触发信号经C4加至晶闸管VS的门极，使VS导通，电灯EL点亮；第二次触摸M时，可改变8脚输出脉冲前沿到达时间，因而可使电灯亮度发生改变。反复触摸电极片M，灯泡E亮度按“微亮较亮最亮熄灭微亮”顺序循环变化。方案2图2 简易调光灯电路原理图用CD4017制作调光灯及电路IC构成脉冲上升沿触发，Q0- Q9依次输出“1”电平，按钮SB接通时，IC相当于输入一正向脉冲，设此时输出端Q4为“1”电平，（其余均为“0”电平），则通过VDS，R6向电容C2充电，通过单结管VT 触发可控硅VS使灯泡发光，按动SB，集成电路的Q0- Q9端可依次输出“1”电平，通过相应的电阻给C2充电触发可控硅，使灯泡上得到不同的电压而改变亮度5。方案一的电路结构比较复杂，而且要求输入220V交流电压，对安全措施要求很高，稍有不慎就会烧坏元件。方案二的成本较低，电路比较简单，只需用5V直流电源便可进行调试，非常安全，而且具备了很多优点，而且和方案一一样可以观测到良好的设计效果。对比以上两种方案，最终选择方案二进行设计。2 理论分析2.1 主要电路的分析调光灯电路的设计主要是采用了一块十进制计数、译码器集成电路CD4017，它的引脚功能见图3所示。该集成块有3个输入端：始终输入端CP和、复位端Cr；有10个输出端：Q0Q9；还有一个进位端C0。它的逻辑功能是：当复位端Cr加上高电平和正脉冲时，出输出端Q0为高电平“1”外，其余输出端即Q1Q9均输出低电平“0” 2。时钟输入端CP对输入时钟脉冲的上升沿计数，则对时钟脉冲的下降沿计数；设置这两个输入端是为了级联时更加方便。Q0Q9 10个输出端的输出状态分别与输入的时钟脉冲个数相对应，例如，如果计数从0开始，则第1个时钟脉冲时，Q1就变为高电平；输入第2个时钟脉冲时，Q2为高电平，直至输入第10个脉冲，Q0为高电平。同时进位端C0就输出1个进位脉冲，作为下一级计数器的时钟信号。Cr为复位输入端，也称清零端。当Cr输入高电平时，电路复位，即输出端Q0为高电平，Q1 Q9为低电平5。图3 CD4017引脚图2.2 外围电路的分析如图2所示，R2和C2组成开机清零电路，在接通电源瞬间因电容C2充电，脚即复位端Cr获得正向脉冲，电路清零复位，Q0输出高电平（电路中Q0悬空不接，故图中没有画出），其他输出端Q1 Q9均为低电平。本电路只用了Q1Q3 3个输出端，用于调光；Q4用于复位。因Q1 Q3均为输出低电平，故三极管VT截止，灯H不亮。若按动一次按钮开关SB，脚即端输入1个计数脉冲，电路开始计数，Q1变为高电平。此高电平经VD1和R3向三极管VT提供基极电流，经VT放大后使灯H点亮发光。由于R3的阻值较大，注入VT的基流较小，所以驱动灯H的集电极电流也较小，故H发弱光。若再按动一次SB，端又输入一个计数脉冲，Q1恢复低电平，Q2变为高电平，此高电平经VD2和R4向VT提供基极电流，由于R4的阻值较小，注入基流较大，经VT放大后电流也较大，故灯H发光亮度就较大。若再按动一次SB，电路又计数一次，Q1、Q2为低电平，Q3变为高电平，此高电平经VD3和R5向VT注入基流，由于R5的阻值很小，所以灯H发强光。如再按动一次SB，Q1Q3为低电平，Q4变为高电平，此高电平经二极管VD4和电容C3加到复位端Cr，使电路清零，Q1Q4均为低电平，只有Q0为高电平，这时VT失去基极电流而截止，灯H熄灭。由上面分析可知，如果反复按动SB，灯H将按熄灭-微光-中光-强光-熄灭循环变化5。即灯有强、中、弱3档亮度。如果适当增加输出端的个数，参照R3R5选用不同阻值的限流电阻，就可以增加灯H的亮度等级数。3电路设计3.1 硬件电路的设计图4 简易调光灯电路原理图该电路有信号输入电路，脉冲形成电路,电极输出高电平.若按动一次按钮开关SB，脚即端输入1个计数脉冲，电路开始计数，Q1变为高电平。此高电平经VD1和R3向三极管VT提供基极电流，经VT放大后使灯H点亮发光。用十进制计数、译码器集成电路CD4017， 9013硅NPN三极管、IN4148型硅开关二极管、RTX-1/8W型碳膜电阻器、CT1型瓷介电容器、5V直流电源和小型按键开关灯元件组成电路实物。3.2 触发电路的设计图5 触发电路如图5所示，由电路原理图左半部分脉冲触发电路，每当按键开关按下一次，4017就相当于输入一正向脉冲，CD4017输出端高电平由Q1-Q3不断变化来控制小电珠的明暗程度。当Q4输出高电平时，由于Q4与Cr复位管脚相连，此时小电珠熄灭。反复按动按键开关，小电珠达到弱中亮灭往复变化的效果。3.3 调变电路的设计图6 调变电路调变电路由电路原理图的右半部分构成，如上图所示，电阻的大小分别为R1为330k，R2为200k，R3为5k，电阻大小不同，电压不变从而使通过发光二极管L1的电流大小不一样，当集成电路4017输出端高电平变化的时候，电路输出所经过的三条支路也不一样，灯LED的亮度也就不一样。改变电阻阻值的大小可以改变小电珠的亮度。3.4 计数器/译码器CD4017图7 CD4017引脚图CD4017是十进制计数器/时序译码器，内部有一个十进制计数器和一个时序译码器，图3是其引脚图，CP为时钟脉冲输入，上升沿计数，为允许计数，低电平有效，计数时Q0Q9的十个输出端依次为高电平，RD为异步清零端，RD=1时Q0=1。计数器的输出Q0Q4=1时进位Co=1，Q5Q9=1时Co=0。普通计数器作为分频时，从计数器输出引脚可以得到CP的2、4、8分频的信号，用N进制计数器可以得到N分频信号。依此原理用CD4017可以方便得到210分频信号，将CD4017输出端Q2Q9分别与复位端相连，可以构成29的分频。电路可以构成3分频，当高电平移到Q3时，计数器复位，重新计数，3分频信号可以从Q0Q2中一个输出，不接反馈复位则可以得到10分频5。4 系统测试4.1调试所用的基本仪器清单 6V直流电源、数字万用表、杜邦线4.2 调试所依据的PCB图图8 调光灯PCB图4.3 调试结果首先用万用表检测电路各处是否正常，有无虚焊、漏焊，有无元件接错的问题，然后接通6V直流电源，观察电路板是否正常工作。观察有没有发热的情况，确定电路板正常之后，再进行电路的调试。在调试过程中，出现了一个问题，就是发现在接通电源后，按下按钮，却只有亮、较亮、灭三个档位，少了一个档位。但在仿真过程中，没有出现这个问题，一切都很正常。4.4 测试结果分析在调试过程中，先测试各单元电路，保证各部分电路能够正常工作，检查问题时采取逐步缩小故障的范围，最后定位，再对相应的位置做检查，解决问题。在本次设计中，出现了一些问题，在测试时观察到灯的亮度档位是有的，但是少了一个档位，不能调到“较暗”这个档位，待检查电路原件摆放与焊接正常后，我们首先将10脚以及15脚之间连接了4148二极管，但是档位没有变化，而且还会使三极管发热；然后把二极管替换成103瓷片电容，出现了三个档位，但是还是不能达到要求的效果。最后将问题锁定在4017芯片电路部分，试着在芯片上多接出一个档位，也就是10脚，又把8脚悬空，然后由Q5即1脚引向复位端15脚，测试结果发现少了一个档位，经多方查阅资料，没能够找出原因。但在仿真软件上仿真时，却非常成功。5 总结通过这次调光灯的课程设计，我不仅加深了对protel的理解，从开始的知识听说该课程的懵懂，到课程设计完成之后真正明白了该课程的实践与应用的联系，更加加深了我对该课程的兴趣。也了解到了protel的一些以前不知道的功能实现以及运用，加强了理论与实际结合的兴趣。我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。故一个小小的课程设计，对我们的作用是如此之大。而且做课程设计的同时我觉得坚持是很重要的，人难免设计会出现疏忽，然后做不出来就不想做了，这样往往你就会觉得这个问题很难，但是实际情况是你做出来之后你发现其实很简单，你只是有几个点没有搞懂，或者是你元器件没有很熟悉造成的！ 通过这次比较完整系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，锻炼了我综合运用所学的专业基础知识，加强了手工能力的锻炼，增强了解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富。 但是在这次设计过程中也出现了一些问题，比如电路板的焊接问题，调试问题等，不过通过组员之间的互相配合，充分利用各自的优势，给予明确的分工，在一起想方设法去解决出现的各种问题，最终保证