CD4017 分段调光实验报告

. CD4017 分段调光【实验目的】1. 了解模拟信号与数字信号的概念与区别，了解分段调光的概念。2. 了解十进制计数器 CD4017 的工作原理。3. 掌握排阻和二极管在电路中的作用。4. 掌握模块电路的独立调试和混合调试的方法。【实验材料、仪器用具】PCB 板、元器件、焊锡丝、导线；电烙铁、镊子、稳压限流直流电源、VC890C+数字万用表、示波器、PT4115 恒流驱动模块、LED 灯。图 s4-1 CD4017 分段 PWM 调光电路板实物图实验中使用的材料清单如表 s4-1 所示。【实验原理】电路的核心是TL494死区控制电压的连续调节可以实现 LED 的无级 PWM 调光。如果将死区控制电压被设置成若干可选的固定值，则可以实现无级调光变成了分段调光。最后就可以通过按键的方式来选择不同的亮度。设置出电灯的档位。由电阻分压原理，把控制电压和相应占空比的 PWM 信号，通过一个单刀开关来选择不同阻值的电阻，就可以获得不同占空比的 PWM 调光信号，选择不同的亮度输出，即构成分段式的调光控制。而本实验利用十进制计数器 CD4017 设计了一个电子选择开关，实现从多种电阻串联组合选择其中之一的功能，电路只需要一个轻触式的按键就可以进行操作。电路可分为两个部分，如图 s4-2 和 2-3 所示，前者是为了使连续的模拟调光改造成离散的分段调光而把 TL494 的死区时间控制部分进行了轻微的修改，后者是基于 CD4017 十进制计数器设计的电子选择开关电路。图 s4-2 所示的 TL494 模块电路工作原理与实验三的 TL494 模块相同，只是把 RP1 改成固定阻值的 R13，R13 的阻值较大，仅用于对死区电压进行最后的微调。此外，在输出端留有接口，其中P表示输出到P端留有接口，其中P表示输出到PT4115模块的DIM引脚的PWM调光信号，+、-为向PT4115模块电路供电的 12V 电源的正负极。TL494 第 4 脚的输入信号来自图电子选择开关（图s4-3 ）的 DT 输出端。图 s4-3 所示实际上是一个按键动作的处理电路，该模块由十进制计数器 CD4017 及其外围电路构成，CD4017 的引脚和功能如图 s4-4 所示。CD4017 与实验三介绍的 TL494 一样，具有 16 只引脚，其封装也有 DIP 和 SOP 两种，引脚中 VDD 和 Vss 分别为电源的正负极，工作电压 315V；Reset 为复位端，高电平复位；上升沿有效；EN 为使能端，低电平允许计数脉冲生效；Co 为进位信号，当计数至第 10 个脉冲时输出此脚输出一个脉冲，为下一级提供进位信号；Y0Y9为计数结果输出端，当 CD4017 复位或计数到第 10 个脉冲时，Y0 输出高电平，其余引脚输出低电平，以后每输入一个计数脉冲，则 Y1Y9 依次输出高电平，其余引脚为低电平，因此通过 Cp 脚的计数脉冲，可以选择 Y0Y9 引脚之一输出高电平，实现选择开关的功能。图 s4-3 中，C6、R12 构成 CD4017 的上电复位电路，上电时向 15 脚（Reset）一个正脉冲，CD4017 复位，Y0 端输出高电平。SW1、C5 和 R10 构成计数脉冲输入电路，每按一次按键（SW1），向 14 脚输入一个正脉冲，CD4017 依次使 Y0Y9 端输出高电并且每次只有其中一个输出端为高电平，其余均为低电平，周而复此。输出高电平电压接近电源电压 Vcc，因此在不同的输出端用不同的电阻串联分压，就可以获得不同的电压值制 TL494 的死区时间，得到不同点空比的 PWM 调光信号。排阻 Rs 实际上是一个具有 8个相同阻值的电阻，所有电阻其中一端连接到公共端，另一端独立引出，如图 s4-5 所示。图 s4-3 中，排阻 Rs 的公共端接地，8 个独立引脚则与 8 个 Re 相连，构成 8 种串联分压电路，每一路中间引出不同的电压输入到 TL494 的死区时间控制端（4 脚）。由于调光的段数只需要 8 段，当计数至 Y8 时 CD4017 要复位到 Y0，通过 D3 把 Y8 输出接到 CD4017的复位端即可。此外，由于 8 路输出电压最终都是连接到 TL494 的 DT 端，即每一路串联分压输出（R与 Rs 的连接点）连接在一起，可以想象，如果不采用隔离措施，则无论选择那一路输出，由于所有电阻都连在一起，输出的电压都是一样的，这就失去了选择的意义了。图 s4-3 中8 个 1N4148 二极管的作用就是对每个输出进行隔离，这样才能使每一路输出相互隔离不影响。DT 端输出的电压可用式（s4-1）计算Rs 采用固定阻值的排阻，Re 可根据期望每一段的亮度进行调节，R13 为整体亮度的微调。只要使 Y0Y7 输出端的电阻分压从 3V（典型值，须根据具体情况调试）递减每按一次按键 LED 亮度逐渐调高，实现分段调光的功能。图 s4-3 中留有的 C/R 接口是为下一实验准备。【实验过程】分工刘仲棠詹鑫江第一步焊接检查电路摆放第二步测量安排仪器连接第三步讨论实验结果问题遇到开关要按5下完成一次循环的情况解决1重新检查电路焊接 是否虚焊或者焊错位置2.检查仪器连接问题结论导线触碰到电路板，导致短路。【实验结果与分析】档位0123UDT1.891.620.860.78数据分析：四个档位分别对应上个实验的占空比：0档对应D=0%，1档对应D=11.40%，2档对应D=63.3%，3档对应D=97.6%误差分析：对应的档位所占占空比并非于理论值相等，其原因主要来源焊接以及TL494实际的工作参数。实验现象：1.当电位器关断时，按键档位仍然可正常使用；2.当电位器调未关断但灯板处于熄灭时，按键档位处于熄灭；3.当电位器调未关断但灯板处于弱发光时，按键档位均可使用，但0档是发弱光；4.当电位器调至灯板发光最亮时，无论怎么调节按键档位，亮度依旧保持不变。结论：电位器决定了按键档位的下限。【心得体会】1.认识了新的元器件排阻，它是由是个相同的电阻组成的，其公共端有一个圆圈标记，排阻一般应用在数字电路上，比如：作为某个并行口的上拉或者下拉电阻用。使