电子装饰孔雀开屏电路设计（程序仿真+电路图+任务书+说明书）

第0页摘要几乎在人们懂得了用电的那一年开始，机械动作式的开关就开始与揉相伴，到了科技相当发达的当今时代，现代的装饰物品越来越多而且形式也非常的丰富，凭借其较为简单的结构、低廉的售价和方便的安装方法，牢固地占领着市场。然而，现代电子技术的发展和人们对生活质量的需求变化，已使传统的电子装饰感受到产品更新换代的威胁。于是形式漂亮颜色亮丽的装饰品便顺理成章的应运而生了。电子装饰就是吸引人们的视觉让人们关注。电子装饰孔雀开屏不仅美观，而且不会对人们平常的生活造成干扰等优点，所以在有些场合下很受人们的青睐。由555研制的电子装饰孔雀开屏由10组发光二极管组成，每组包括多只发光二极管，这些发光二极管安装在模型孔雀的尾部成扇形排列，在驱动电路的驱动下，这些发光二极管呈扇形以放射状依次循环发光，恰似孔雀开屏。关键词555振荡器；发光二极管；集成芯片CD4017目录摘要.1第1章绪论.2第2章设计框图及电路系统概述.32.1电路设计的目的.32.2设计框图.32.2.1设计方框图.32.2.2各个基本框图功能分析.32.3主要元器件介绍.42.3.1振荡器555的介绍.42.3.2十进制计数器CD4017的介绍.52.4其他元器件的介绍.62.4.1发光二极管的介绍.62.4.2三极管的介绍.6第3章电路工作原理.83.1总体电路图.83.2电路工作原理分析.8第4章EWB软件仿真.104.1仿真现象.104.2仿真原理分析.12第5章元器件的安装及调试.135.1元器件的安装.135.1.1手工焊接握烙铁的方法.135.1.2手工焊接的方法.135.1.3手工焊接的步骤.145.2电路的调试.145.2.1通电调试.14I5.2.2调试结果.155.2.3调试结论.15结论.16参考文献.17附录1整机电路图.18附录2元件明细表.19第2页第1章绪论装饰照明也称气氛照明，主要是通过一些色彩和动感上的变化，以及智能照明控制系统等，在有了基础照明的情况下，加以一些照明来装饰，令环境增添气氛。就算把它关了，也不会使环境变得漆黑一片，但就会对环境的气氛造成影响。如果在一个黑暗的环境里只把本来是起装饰照明作用的电源打开，在这个时候，它就是起了基础照明的作用，同时又有装饰照明的效果，被它照亮的地方或物体虽然不是很光亮，但却是环境中最亮的地方，而且能有着神秘的气氛，充满装饰照明的味道。装饰照明能产生很多种效果和气氛，给人带来不同的视觉上的享受。商业展示空间是以招徕顾客、诠释展品、宣传主题为意图的，它的主体是展品，从广义上说这个展品不光是指展示的实物，还包含了展示空间本身。由于展示空间需要表达展品的形象特色，所以其整个设计包括照明设计都需要有个性化、风格化的特色手法。由于商业展示空间很明确，很重要的一个意图是招徕顾客或消费者，所以其照明设计最重要的作用之一是吸引视线。照明系统产生的明亮夺目的光线本来就有这种效果，但如果很多商业展示空间争放光芒的时候，这种效果就会减弱，只有更特别一些的照明效果（比如动态灯光、彩色灯光以及造型独特的灯具等），才能再次把顾客的注意力吸引过来。随着电子技术的发展，尤其是数字技术的发展，用数字电路技术实现电子装饰的自动发亮变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。装饰电路已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛应用于公共场所，给人们的生活带来极大的乐趣。因此，得到了广泛的应用。该电路在设计时应用了仿真软件，来进行仿真然后才确定下来的，虽然用的仅仅是EWB软件，但是在论文中也是比较有特色。能够使人们在不知不觉中感受到电子装饰的美观。第3页第2章设计框图及电路系统概述2.1电路设计的目的1掌握振荡器555的工作原理和各管脚的功能。2掌握十进制计数器CD4017的工作原理和功能。3提高自己对文献资料的搜索和信息的处理能力。4掌握自己实际操作动手能力的形成和进一步提高。2.2设计框图2.2.1设计方框图根据电路所要完成的功能和达到的效果，我们采用自下而上的思想，为此我们得到下面的电路框图。如图2-1所示：2.2.2各个基本框图功能分析1555振荡器：与R1、RP、R2和C1组成低频振荡器，它所产生的低频脉冲加至CD4017的CP端，作为它的驱动脉冲。脉冲振荡器的振荡频率可根据实际需要，通过RP来调节。2十进制计数器(CD4017)：构成发光二极管驱动电路，在驱动脉冲的驱动下，CD4017的10个输出端Q0Q9依次输出高电平并连续不断地循环。由于显示孔雀开屏状态的发光二极管数量较多，而CD4017的输出能力不能满足直接驱动多只发光二极管的要求，因此在CD4017的10个输出端各增设一只驱动三极管，再通过三极管的导通去驱动多只发光二极管发光。图2-1设计框图第4页3驱动电路：有CD4017发出一个高电平到三极管的基极，三极管达到饱和，驱动发光二极管发光。驱动电路如2-2图所示。4闪光电路：由30只发光二极管组成，三极管饱和驱动发光二极管正常发光。2.3主要元器件介绍2.3.1振荡器555的介绍555振荡器内部结构的简化原理图如图2-3所示，它是由三个阻值都是5K电阻组成的电阻分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、集电极开路的放电三极管VT以及缓冲器组成。图2-4所示为555振荡器的外引线排列图。1555振荡器的工作原理555振荡器的作用是为电压比较器A1、A2提供基准电压。A1、A2组成电压比较图2-2驱动电路Vcc8CON5RESET4图2-3555振荡器的内部结构图1GND7DISCH2TRIG6THRESA1A2R1RS3OUTV图2-4555振荡器的管脚图VCCRSTDISTHRTRCONOUTGND83476215第5页器，当控制电压输入端CONT悬空时，A1、A2的基准电压分别为2/3Vcc和1/3Vcc。A1的反相输入端THRES称为555振荡器的高触发端，A2的同相输入端TRIG称为555振荡器的低触发端。比较器A1的输出作为置0输入端，比较器A2的输出作为置1输入端。RESET是驱动脉冲发生器的复位输入端Vr是集电极开路的三极管，Vr的集电极作为定时器的引出端DISCH，非门是缓冲器，其作用提高电路的负载能力。2振荡器555的引脚功能介绍振荡器555有8个管脚，其中：1脚GND接地端；2脚触发端；3脚输出端；4脚复位端；5脚控制电压端；6脚门限(阈值)端；7脚放电端；8脚电源电压Vcc。2.3.2十进制计数器CD4017的介绍十进制计数器CD4017的管脚排列如图2-5所示。1计数器CD4017的工作原理图2-5CD4017管脚排列图图2-5CD4017的管脚排列图第6页十进制计数分频器CD4017，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。CD4017有10个输出端（O0O9）和1个进位输出端O5-9。每输入10个计数脉冲，O5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。CD4017有3个输（MR、CP0和CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1O9）均为低电平。CP0和CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。2计数器CD4017的引脚功能介绍计数器CD4017有16个引脚，其中：1脚7脚、9脚11脚计数脉冲输出端；8脚GND接地端；12脚进位脉冲输入端；13脚禁止端；14脚时钟输入端；15脚清除端；16脚正电源。2.4其他元器件的介绍2.4.1发光二极管的介绍发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向、截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管。第7页2.4.2三极管的介绍如图2-6所示，因为受到电阻Rc的限制（Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压），集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0（这叫做三极管截止），相当于开关断开；当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。图2-6三极管的电路分析图集电极C发射极E基极BRb输入Rc输出第8页第3章电路工作原理3.1总体电路图3.2电路工作原理分析由555研制的电子装饰孔雀开屏电路由发光二极管驱动电路、驱动脉冲振荡器和发光二极管组共同组成。发光二极管驱动电路由一只十进制计数器CD4017组成，在驱动脉冲的驱动下，CD4017的10个输出端Q0Q9依次输出高电平并连续不断地循环。由于显示孔雀开屏状态的发光二极管数量较多，而CD4017的输出能力不能满足直接驱动多只发光二极管的要求，因此在CD4017的10个输出端各增设一只驱动三极管，再通过三极管的导通去驱动多只发光二极管发光。在本电路中，每只三极管的输出端并联2组发光二极管，每组3只，共6只，全电路共由30只发光二极管组成。发光二极管图3-1总体电路图VSS13第9页的数目也可根据实际模型的结构进行增减。应当注意的是，CD4017的10个输出端与驱动管VT1VT6的连接并非顺序连接，而是以Q0Q1Q9Q2Q8Q3Q7Q4Q6Q5这样的顺序排列。在模型孔雀的尾部，对发光二极管的安排应当使发光二极管的发光顺序是从尾根向尾梢成放射形流动，使其符合开屏的实际过程。驱动脉冲发生器由一只555电路组成，NE555与R1、RP、R2和C1组成低频振荡器，它所产生的低频脉冲加至CD4017的CP端，作为它的驱动脉冲。脉冲振荡器的振荡频率可根据实际需要，通过RP来调节。由555研制的电子装饰孔雀开屏电路中所用的驱动三极管型号为9014。如果需要增加更多的发光二极管，或者采用多只大功率发光二极管，可增设一只大功率三极管，与原来的三极管组成复合管。发光二极管可采用红、绿两色管，采用相间排列的方式。如果电路需要长时间连续工作，或者使用了更多的发光二极管，就需要大功率电源供给，可将直流电源改用交流供电。第10页第4章EWB软件仿真4.1仿真现象按图3-1把各个原件连接起来，通电前仔细检查，确认无误后按仿真键仿真，得下面的仿真图和结论。图4-1仿真现象1第11页分析以上三个仿真现象得，当检查电路无误开启电源，振荡器555开始振荡，计数器CD4017开始计数，计数满之后从左向右给三极管的基极提供高电平，使之图4-2仿真现象2图4-3仿真现象3第12页驱动发光二极管从左到右正常发光，随后从右向左给三极管提供高电平，使发光二极管从右向左正常发光。4.2仿真原理分析当检查电路无误开启电源，振荡器555开始振荡，计数器CD4017开始计数，计数满之后从左到右给三极管的基极提供高电平，使之驱动发光二极管从左到右正常发光，随后从右向左给三极管提供高电平，使发光二极管从右向左正常发光。当调节电位器RP时，闪光电路的发光二极管闪烁的频率发生变化，几组发光二极管的发光的时间间隔发生变化。当电阻器调节到越低的时候，发光二极管闪烁得越快，反之越慢。第13页第5章元器件的安装及调试5.1元器件的安装规划万用电路板，然后按照元器件的安装工艺流程进行元器件安装，元器件的安装要从上到下，从左到右，从小到大，先特殊再一般，先装低矮、耐热的元件，最后装集成电路。应按如下步骤进行焊接与安装：1清查元器件的数量，检测各元器件是否有损坏，并及时更换不合格的元件；2由孔距确定元件的安装方式，电阻器采用卧式安装，瓷片电容器、电解电容器采用立式安装，并都要求紧贴电路板；3固体继电器采用外接方式以减轻板子的重量，NE555、CD4017和电位器安装时务必小心，引脚全部插进固定后再焊接。各焊点加热时间及用锡量要适当，防止虚焊、假焊及短路，焊后剪去多余引脚，并检查所有焊点，确认无误后方可通电测试。5.1.1手工焊接握烙铁的方法手工焊接是传统的焊接方法，虽然批量电子产品生产已较少采用手工焊接了，但对电子产品的维修、调试中不可避免地还会用到手工焊接。焊接质量的好坏也直接影响到维修效果。手工焊接是一项实践性很强的技能，在了解一般方法后，要多练；多实践，才能有较好的焊接质量。5.1.2手工焊接的方法1准备焊接：清洁被焊元件处的积尘及油污，再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰，让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处，以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。焊接新的元器件时，应对元器件的引线镀锡。2加热焊接：将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟。若是要拆下印刷板上的元器件，则待烙铁头加热后，用手或银子轻轻拉动元器件，看是否可以取下。第14页3清理焊接面：若所焊部位焊锡过多，可将烙铁头上的焊锡甩掉（注意不要烫伤皮肤，也不要甩到印刷电路板上！），用光烙锡头“沾”些焊锡出来。若焊点焊锡过少、不圆滑时，可以用电烙铁头“蘸”些焊锡对焊点进行补焊。5.1.3手工焊接的步骤一般先装低矮、耐热的元件，最后装集成电路。应按如下步骤进行焊接与安装：1清查元器件的数量及质量，并及时更换不合格的元件；2由孔距确定元件的安装方式，电阻器采用卧式安装，涤沦电容器、电解电容器采用立式安装，并都要求紧贴电路板；3由于红外线发光二极管和两个光敏三极管直接伸出外壳，因此在安装这几只元件时，全部在线路板的焊接面。各焊点加热时间及用锡量要适当，防止虚焊、假焊及短路，焊后剪去多余引脚，并检查所有焊点，确认无误后方可通电测试。5.2电路的调试5.2.1通电调试直流静态工作点的调试，分别测试555和CD4017各引脚的输出电压。测试后结果如表5-1和表5-2所示。表5-1振荡器555各引脚电压值引脚电压（V）引脚电压（V）1055.998V24.664V64.663V38.830V74.580V4V89V表5-2计数器CD4017各引脚电压值引脚电压（V）引脚电压（V）1921031141210V5130第15页6148.829V7150801610V5.2.2调试结果调试结果是电路的静态工作点的电压正常，发光二极管正常发光。5.2.3调试结论调试结论：当检查电路无误开启电源，用万用表检查振荡器555和计数器CD4017的各引脚电压正常后，振荡器555开始振荡，计数器CD4017开始计数，计数满之后从左到右给三极管的基极提供高电平，使之驱动发光二极管从左到右正常发光，随后从右向左给三极管提供高电平，使发光二极管从右向左发光。当调节RP时，闪光电路的发光二极管闪烁的频率不同，几组发光二极管的发光的时间间隔不同。当电阻器调节到越低的时候，发光二极管闪烁得越快，反之越慢。第16页结论我的毕业设计是电子装饰孔雀开屏电路的设计，设计比较突出的特点是美观，吸引人们的眼光，适合公共场合使用。现在人们的生活水平是越来越高了，审美观也和以前有了很大的改变了，社会在改变，我们要适应这个快速变化的社会，就得通过我们的努力，让这个丰富多彩的世界，更加的光彩夺目。通过这次设计使我对电子装饰孔雀开屏电路的组成与工作原理有了更深的认识。设计花费了我大量的时间与精力，这是我们大学三年学习的重要成果，设计具有系统性它将我们所学到的知识有机的结合起来，涉及到多方面的知识，所以我们必须认真对待，专心完成每个任务要求，通过反复检查、修改和调试，最终设计如期的完成。从理论和实践上我都得到了很大的提高，这次任务的完成使我学到了很多东西。首先，丰富了自己的知识面，学到了以前没能学通的东西，具体了解了怎样去完成一个电路的设计：从流程图、电路图、制作与焊接电路板、检查电路板、仿真到测试。知道怎样选择这种电子线