七色广告灯控制器设计完成

课程设计名称：电子技术课程设计题目：七色广告灯箱控制器设计专业：电气工程及其自动化班级：电气09-6姓名：孙士杰学号：0905040617辽宁工程技术大学课程设计成绩评定表学期2010-2011学年第2学期姓名孙士杰专业电气工程及其自动化班级电气09-6课程名称电子技术课程设计设计题目七色广告灯箱控制器设计评定标准评定指标分值得分知识创新性20理论正确性20内容难易性15结合实际性10知识掌握程度15书写规范性10工作量10总成绩100评语：任课教师陈忠华时间2011年6月24日备注课程设计任务书一、设计题目七色广告灯箱控制器设计二、设计任务1.广告灯箱采用自动光控，白天熄灭，夜间自动开启。2.白、红、绿四色灯的不同组合构成七种彩色自动循环变化。3.接交流220V电源即可工作。三、设计计划电子技术课程设计共1周。第1天：针对选题查资料，确定设计方案；第2天：方案分析比较，电路原理设计，进行元器件及参数选择；第3～4天：电路仿真，画电路原理图；第5天：编写整理设计报告。四、设计要求1.画出整体电路图。2.对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。3.写出设计报告书。指导教师：陈忠华时间：2011年6月24日摘要七色广告灯箱控制器是应用光电开关来自动控制广告灯箱的工作状态的控制器。由三种颜色的灯的不同组合达到七色循环的视觉效果让路人驻足，从而达到了宣传的目的。而且为城市夜景增添了色彩。在设计过程中应用变压器实现220v到12v交流电转换，桥式整流电路实现交直流变换，7812实现稳压、由光敏电阻和三极管组成的光控开关电路，定时器构成的时钟脉冲发生器，计数器构成的灯光控制电路等。其中应用了555定时器、CD4023芯片、CD40161芯片、7812芯片、继电器等器件。。最后通过protuse仿真，验证了七色广告灯箱控制器的工作。关键词：桥式整流电路：稳压电源电路；光控开关；时钟脉冲发生器；灯光控制：目录综述……………………………………………………………………………11.七色广告灯箱控制器的设计………………………………………………21.1工作框图…………………………………………………………………22.控制器单元电路设计………………………………………………………22.1光控开关电路……………………………………………………………22.2稳压电源电路……………………………………………………………22.3时钟脉冲发生器…………………………………………………………32.4NE556组成……………………………………………………………62.5灯光控制电路……………………………………………………………73.七色广告灯控制器原理及元件选用………………………………………73.1原理………………………………………………………………………83.2元件选用…………………………………………………………………84.七色广告灯控制器仿真……………………………………………………10心得体会………………………………………………………………………11参考文献………………………………………………………………………12辽宁工程技术大学电子技术课程设计1综述灯箱广告在大中小城市中被广泛应用，但其单调的白色灯使广告灯箱显得平淡，没有吸引顾客魅力，不能达到设计广告的目的。本文介绍的七色变化的广告灯箱，采用自动光控，白天熄灭，夜间自动开启，七种彩色自动循环变化，不仅曾强了广告的效果，而且为城市夜景增添了色彩。该控制器由光控开关电路，时钟脉冲发生器，灯光控制电路等组成。介绍了由555定时器构成的多谐振荡器、CD4023、4位二进制加法计数器CD40161、7812、继电器等原件的功能。该系统工作基本功能，由黄、红、绿三单色灯组成，显示除单色显示外，其余为双色或3色显示，共7种彩色循环显示。曲杰：七色广告灯箱控制器设计21.七色广告灯箱控制器的设计1.1工作框图光控开关电路时钟脉冲发生器灯光控制电路负载电路电源图1-1工作框图2.控制器单元电路设计2.1稳压电源电路由7812、变压器、二极管、电容构成。如图2-1-17812图2-1-1稳压电路图辽宁工程技术大学电子技术课程设计3VinVoutGND图2-1-2是7812内部结构[3]（7812输出稳定的12v直流电）2.2光控开关电路图2-2光控开关电路常用的光探测器件是硫化镉（Cds）光敏电阻，它是由半导体材料制成的。当光照射到光敏电阻时，光子被Cds半导体物质吸收，激发出更多的电子空穴对，使载流子数目增曲杰：七色广告灯箱控制器设计4加，从而导致光敏电阻阻值（暗阻）在1~10MΩ之间；在强光条件下，电阻阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。如图所示，在由电阻R1、光敏电阻Cds和可调电阻W组成的分压偏图，电路中，当A点电压低于晶体三极管基极的导通电压时，晶体三极管BG1、BG2均处于截止状态，发光二极管LED不发光，表示继电器J出于释放状态，继电器J的常闭触点接通使B处接的外电路工作。当照射在光敏电阻Cds上的光强增大，使光敏电阻阻值减小，分压偏置电路中的A点电压升高，当超过三级管导通电压时，晶体三极管BG1、BG2导通，发光二极管LED亮；继电器J吸合，常闭触点打开，B处外电路不工作。2.3时钟脉冲发生器由555定时器构成的占空比可调的多谐振荡器。在基本电路中只要有可变的充放电时间常数，就可以构成可调振荡器。接通电源后，假定ou是高电平，则VT截止，电容C充电。充电回路是ccV—1R—2R—C—地，cu按置指数规律上升，cu当上升到2/3ccV时（TH、TR'端电平大于2/3ccV），输出ou翻转为低电平。ou是低电平，VT导通，C放电，放点回路为C—2R—VT—地，cu按指数规律下降，当cu下降到ccV/3时（TH、TR'端电平小于1/3ccV），ou输出翻转为高电平，放电管VT截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡，输出方波[2]。如图2-3-1为555构成多谐振荡器555VDDuC40.01μC5470μR184315762THTR’R2图2-3-1多谐振荡器辽宁工程技术大学电子技术课程设计5如图2-3-2多谐振荡器工作波形uc2/3Vcc1/3VccOttOuoUohUolTphTplT图2-3-2工作波形电容C的充电时间1T:2ln)(ln)(21211CRRVVVVCRRTTCCTCC(2-3-1)电容C的放电时间2T:2ln00ln222CRVVCRTTT(2-3-2)曲杰：七色广告灯箱控制器设计62ln)2(2121CRRTTT(2-3-3)2ln)2(1121CRRTf(2-3-4)212112RRRRTTq(2-3-5)2.4NE556组成由1/2NE556中aIC1的组成光控开关电路，NE556中aIC1的相当于一只NE555电路，它的强复位端④脚被1RP和光敏电阻RG分压，黄天由于光敏电阻受光照射，阻值很小，aIC1的④脚为低电平，电路被复位，⑤脚输出低电平。夜间由于没有光照射，光敏电阻RG呈高阻，④脚电压升高。由于aIC1的②、⑥脚（相当于555的②、⑥脚）接低电平，⑤脚（相当于555的③脚）输出高电平，通过使1VT导通，继电器K吸合，接通后级工作电源，并通过4R、6R使计数器2IC清零。调节1RP可调节1RP与RG的电压比，从而调节了光控开关的控制敏度。NE556的另一半bIC1与2R、2RP及5C组成多谐振荡电路，产生周期为10~15分钟的方波，调节2RP可调节振荡周期。bIC1产生的方波脉冲可由⑨脚（相当于555的③脚）输出，作为2IC的控制脉冲[4]。如图2-4为集成电路NE556与555引脚的对应关系图。辽宁工程技术大学电子技术课程设计755555514131211109812345674876234876231515图2-4引脚对应图2.5灯光控制电路由2IC、3IC、2VT~4VT及继电器1K~3K等组成。2IC为可预置数4位二进制加计数器CD40161。它有一个计数脉冲输入端CP，有4个输出端1Q~4Q,一个提前进位输出端CO，用来实现计数器的级联，有4个与输出端相对应的预置数端1DP~4DP，一个预置数控制端PE，低电平时预置数。还有两个供级联用的CT和CI控制端[5]。真值表如表1表1真值表CPRPECTCI功能↑10××预置数↑110×不计数↑11×0不计数↑1111计数×0×××复位曲杰：七色广告灯箱控制器设计83.七色广告灯控制器原理及元件选用3.1原理在电路中，计数器CD40161的预置数端1DP接高电平，使计数器在任何时候输出端都不会出现000。2DP~4DP接地，CT、CI接高电平，使计数器处于计数状态。在时钟脉冲的作用下，2IC的输出端1Q~3Q按二进制码输出高低电平，2VT~4VT依输出编码导通，继电器1K~3K按2VT~4VT的导通情况吸合，将黄、红、绿色三只日光灯的开关接通。由于2IC的输出端1Q~3Q按二进制码输出共有7组，即001、010、011、100、101、110、111。7组中除第1、2、4组为黄、红、绿单色显示外，其余为双色或3色显示。如：011为黄＋红显示，101为黄＋绿显示，110为红＋绿显示，111为黄＋绿＋红显示。当1Q~3Q输出端为111时，通过3输入端与非门3IC的反相，使2IC的预置控制端被PE置为低电平，在下一个输入脉冲到来时，2IC置数，输出变为001，开始下一个周期的循环[1]。电路图如图3-1。电路组装好安装与灯箱内，光敏电阻RG需安装于箱外，但应避开日光灯光照射，应在傍晚的适当时间调整，1RP应根据每种灯光需要保持的时间而定，按照的阻值，其调节时间范围在10~15分钟之间。3.2元件选用电源变压器应220V/16V、8W变压器，光敏电阻为MG-45,CD4023为3-3输入与非门，引脚图如图1-2所示。继电器K为JRX-13F、12V直流继电器，K1~K3为4088型12V继电器，日光灯可按需要选30~40W的黄、红、绿色日光灯。辽宁工程技术大学电子技术课程设计91413121110981234567VDDVss图1-2CD4023引脚图781214IC1-b4c1470μc2220μ26311c410R120KΩ20KΩRP1139128R21.8KΩRP2C5470μ75R3KVS/2CPR4C60.01μVT13DK4100KΩ900KΩ0.01μVDD18RDP1VssCTDP4DP3DP24KΩVDDCOQ1CIPE'169IC3K1VT2VT3VT4R5~R720K*3VD6~VD82CP*3K1~K34088*3B1B2B3H1白H2红H3绿K1K2K3VD1~VD41N4007*4RGIC(1-1),IC(1-b):1/2NE556IC2:CD40161IC3:CD4023CPV16aIC1~220VTQ2Q3Q4K3K2七色广告灯箱控制器曲杰：七色广告灯箱控制器设计10四．七色广告灯箱控制器仿真通过这几天对protuse的学习，对软件有一定了解。对七色广告灯箱控制器进行仿真，观察到灯依次按单色、双色、三色的顺序循环亮。图4仿真图辽宁工程技术大学电子技术课程设计11心得体会通过本次课程设计，使我对《数字电子技术》这门课程有了更深入的理解。《数字电子技术》是一门实践性较强的课程，为了学好这门课程，必须在掌握理论知识的同时，加强上机实践。在这次课程设计中学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅。一个人的力量是有限的，要想把课程设计做的更好，就要学会参考一定的资料，吸取别人的经验，让自己和别人的思想有机的结合起来，得出属于你自己的灵感。做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有