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调光台灯设计电子技术基础课程设计说明书 调光台灯设计 学 院： 机电与电子工程学院 年级专业： 2007级机械电子工程学 号： 08907001 姓 名： 夏田俊 指导教师： 张增林 完成时间： 2010.1.7 成 绩： 中国 陕西 杨凌摘 要设计了一种基于555定时器的调光控制方式，即通过555定时器产生占空比可调制的脉冲的方式控制灯泡的输出功率，从而调节灯泡的亮度。设计使用了美国国家仪器公司（NI，National Instruments）的NI Multisim 10 仿真软件，进行电路设计、搭接和仿真最终实现完整的可运行的调光灯电路的设计。关键词：调光灯，555定时器，占空比 AbstractThis is a design of 555 timer-based dimming control mode, that is the 555 timer produces a pulse ,through modulate the pulses duty cycle can we control the lamps output power, and thus adjust the brightness of light bulbs.The design uses The National Instruments of the NI Multisim 10 simulation software for circuit design, connectivity and the eventual realization of a complete simulation can be run dimming light circuit design.Keywords: Dimming lights ，555 timer，Duty目录一 设计任务11.1设计目的和意义11.1.1目的11.1.2意义11.2初始参数和要求11.2.1 参数11.2.2 要求1二 系统设计12.1系统工作原理12.2 器件选择22.2.1 .555定时器22.2.3三端稳压器LM781242.3电路设计62.3.1电源电路设计62.3.2台灯亮度控制电路72.4 电路仿真测试924.1 电源电路仿真输出直流稳压92.4.2控制电路仿真10三 总结143.1结论143.2优点与不足143.2.1、优点：143.2.2不足：143.3 心得与体会14参考文献1517一 设计任务1.1设计目的和意义1.1.1目的 设计一个灯泡亮度可调，而且节能的台灯亮度控制电路。1.1.2意义 随着矿物能源的不断消耗，能源问题不断收到关注，节能也成为一个热门话题，节能几乎渗透到我们生活的每一个角落。节约用电也是我们天天挂在嘴边的话，台灯几乎是每家必有的家用电器，如果将每台台灯都换成节能台灯，每年因此而节约的电能将是一个相当可观的。1.2初始参数和要求 1.2.1 参数输入电压：交流220V10%，50HZ灯泡参数：额定电压：12V 额定功率：25W脉冲占空比调节范围： 230/14231423/2001.2.2 要求1) 开关部分：控制12V稳压电源是否给555振荡电路供电2) 调光部分：通过调节电位器可以达到调节灯泡亮度的目的，电位 器调为0%时灯泡最亮，电位器为100%时电灯泡最暗。 二 系统设计2.1系统工作原理 系统将220V的交变电流经降压整流滤波稳压将其装化成12V的直流电，12V驱动555占空比可调的振荡脉冲电路发生占空比可调的脉冲。通过调节电位器控制脉冲的占空比，从而控制灯泡的输出功率，以此来调节灯泡的亮度2.2 器件选择2.2.1 .555定时器1、555定时器内部电路及其相关参数555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，输出驱动电流约为 200mA。 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 图1、555时基电路内部的内部结构图它主要由两个高精度电压比较器A1、A2，一个RS触发器，一个放电三极管和三个5K电阻的分压器而构成。它的各个引脚功能入下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。3脚：输出端v02脚：低触发端6脚：TH高触发端4脚：是直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VCO为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。由图可知，在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下：当THVR1、VR2时，比较器A1的输出VC1=0、比较器A2的输出VC2=1，SR锁存器被置0，二极管导通，同时输出Q为低电平；当THVR2时，VC1=1、VC2=1，锁存器状态保持不变，因而和输出的状态v0也保持不变；当THVR1、VR1、VR2时，VC1=0、VC2=0，锁存器处于Q=1的状态，v0处于高电平，同时截止。综上所述，可得555定时器的功能表如下表：输 入输 出 清零端 高触发端 TH低触发端输出电压v0二极管0低导通1低导通1不变不变1高截止1高截止表1 555定时器功能表2、 555定时器构成占空比可调振荡电路1、构成 ：7端和6、2端上下分别为电阻和电容，中间有电阻和电位器并联2、公式计算：Ra=R1+Ra Rb=R2+Rb T1=0.693Ra*C2 T2=0.693Rb*C2 f=1.443/(Ra+Rb)*C23、用途：脉冲输出、音响告警、家电控制、电子玩具、检测仪器、电源变换、定时器等。555构成占空比可调的振荡电路图：图2 555定时器构成占空比可调振荡电路2.2.3三端稳压器LM7812LM7812为三端正稳压电路，TO-220封装，能够提供12V固定的输出电压。内含过流、过载和过热保护电路。最大输出电流可达1.5A。lm7812相关参数：极限值：( Tc=25 )电特性： ( Tc=25 )( 除非特别说明： VI=19V；IO=0.5A；CI=0.33F；CO=0.1F；0 Tj125)参 数 名 称符 号额 定 值单 位最大输入电压Vi 35 V最大输出电流Io 1.5 A最大耗散功率Pmax 20 W最高结温Tjm 150 贮存温度Tstg 55150 ( 除非特别说明： VI=19V；IO=0.5A；CI=0.33F；CO=0.1F；0 Tj125)输出电压VO T =25 j 11.5 12 12.5 V输出电压VO 14.5VV 27V；I =5mA1AI O 11.4 12.6 V输入电压VI I 1.5AO 12.5 35 V负载电压调整率 VO T =25 ；I =5mA 1.5Aj O 1.6 240 mV负载电压调整率VO T =25 ；I =0.25A 0.75Aj O 1 120 mV线路电压调整率VO T =25 ；14.5V V 30V j I 7.5 240 mV线路电压调整率VO T =25 ；16V V 22Vj I 2.2 120 mV静态电流 Iq T =25 j 8 mA静态电流变化量 Iq 15VV 30V I 1 mA静态电流变化量 Iq 5mAI 1A O 0.5 mA输出噪声电压VN 10H f 100KH ；T =25 Z Z j 10 V纹波抑制比RR 15VV 25V；f =120H ；T =25 I Z j 60 dB输出电压温漂V T O I =1A O - 0.8 mV 输入输出电压差VD T =25 ；I =1A j O 2.0 V内部电路：图3 三端稳压器7812内部电路图2.3电路设计 2.3.1电源电路设计 设计所用灯泡为12V 25W白炽灯，所以给555定时器提供的电源为12V的稳压直流电源。电源为220V的交流电，经变压器降压，单相桥式整流电路整流，电容滤波，三端稳压器稳压，最后得到12V的直流稳压电源。其电路图如下图所示： 图4 电源电路设计相关参数计算及元器件选择：输出电压：负载电流：UI的选择：UI（23）UZ=2436V变压器的选择：变比k=220/（2436）=9.176.11；可取k=8：1，此时UI=27.5V稳压器的选择：，选择LM7812三端稳压器 电容的选择：取C4=500f整流二极管的选择：D1D4选用1B4B422.3.2台灯亮度控制电路控制电路是控制的灯泡亮度的主电路，通过调节电位器，从而调节555电路振荡电路发出的脉冲信号的占空比。由于脉冲占空比的变化，灯泡的输出功率随之变化，亮度也会随之变化。参数计算及元器件选择：灯泡选择：因为是台灯功率不必太大，所以选择12V 25W的灯泡。555定时器选择：选择LMC555CH输出频率：为了减少灯泡的闪烁选择高频率输出，f=1000HZ电阻电容：f=1000HZ，f=1.443/(Ra+Rb)*C1取C1=100nF，则Ra+Rb=14.43K，为了使灯泡的最大输出电压更加接近他的额定电压，R1尽量偏小，设R1=200，R3=230，R2=14K二极管：选择1N4007控制电路电路图如图所示：图5 灯泡亮度控制电路电路2.3.3总体电路图6 调光台灯总体电路设计元器件列表：名称型号参数数量标示电阻2001R1电阻2301R3电容100nF1C1电容330nF1C2电容10uF1C3电容10nF1C6极性电容500uF1C4二极管1N40072D2、D3桥式整流二极管1B4B421D1555定时器LMC555CH1U2三端稳压器LM7812CT1U1变压器 1T1灯泡12V 25W1X1电位器14K1R2 导线 若干表2 元器件列表2.4 电路仿真测试24.1 电源电路仿真输出直流稳压仿真测试电路图图7 源电路仿真图仿真结果：1、 电子万用表电压显示图8 电子万用表显示电压2、 示波器显示输出波形图9 示波器显示输出波形仿真结果：由万用表和示波器的显示可以看出：电源电路输出12.444V电压且波形稳定2.4.2控制电路仿真仿真电路：图10 灯泡亮度控制电路仿真电路仿真结果：1. R2电阻为0时（1）灯泡亮度显示 图12 灯泡亮度显示灯泡很亮（2）万用表电压显示图13 电子万用表显示电压为12、229V（3）示波器显示图14 示波器显示此时输出脉冲占空比特别大，接近12、 R2电阻为7K时（1）灯泡亮度显示图15 灯泡亮度显示此时灯泡亮度减弱（2）万用表电压显示图16 万用表显示此时输出脉冲有效电压为6.197V（3）示波器显示图17 示波器显示此时输出脉冲的占空比接近1/23、R2电阻为14K时（1）灯泡亮度显示图18 灯泡亮度显示灯泡基本不亮（2）万用表电压显示图19 万用表显示此时有效电压为236.452mV（3）示波器显示图20 示波器显示此时输出脉冲的占空比接近三 总结3.1结论 通过调节R2的大小调节了Ra、Rb的比值，555振荡电路发生的脉冲波的占空比随之变化。因此，输出给电灯泡的有效电压也跟着改变，电灯泡输出功率得到调节，也就是调节了电灯泡的亮度。3.2优点与不足3.2.1、优点： 1、电路简单，成本低； 2、能有效的调节点灯泡的亮度； 3、脉冲频率高有效减少电灯泡的闪烁； 4、功率充足，性能稳定，实用安全。3.2.2不足： 电源电压没有正好稳定在12V，灯泡的最高电压为12.229V。3.3 心得与体会 因为在此之前没有经历过电子的设计，所以题目刚到手的时候不知从何做起。在收集了一些资料之后，发现好多调光灯的设计都使用了运用可控硅整流电路等模拟电路，这时候才发现自己的模电基础是多么的薄弱。把那些电路拿到手根本不知道该怎么办，不知道从何算起了。只有换方案先尝试了用一个三极管放大电路来做，但是看起来一个非常简单的电路就是调试不出来。后来看到同学做的PWM脉宽调制器，从中受到启发，就是我可以有555构成一个单稳态电路然后通过调节这个单稳脉冲的占空比来调节灯泡的功率，最后成功了。此次的课程设计，让我懂得了实践的重要性，更懂得了理论知识是一切实践的基础。只有把掌握课本知识的很好，才能够将其应用于实践，只有通过实践才能更好的掌握课本知识。如果不掌握好课本基础知识，实践将是遇到的很多困难都将不知道如何解决；当然反过来如果不会进行实践也不行，课本知识是一些支离破碎的知识，要通过实践才能将其融合在一起，并运用与实际应用。再说只有实践了才会真正发现自己的不足，这次的我是深有体会啊。这次课程设计给了我一次复习和运