七色广告灯箱控制器设计

辽宁工程技术大学电子技术课程设计

综述

这次数字电路课程设计的内容是设计七色广告灯箱控制器。随着经济的发展、社会的进步，广告的作用已经很重要。但是传统的单一色彩的灯箱显得非常单调。人们根据控制原理设计了可控制的七色广告灯，七种色彩循环变化是广告显得华丽多彩，更能吸引人们的目光。该系统的功能是：用三种不同色彩的灯，组成七色循环变化的灯箱，而且该灯箱可实现白天自动关闭，晚上又自动开启的功能。

随着科学的进步和社会的发展，广告灯的设计会进一步完善。积极地思考，利用科学知识设计出更加先进的灯箱控制器。

张清波：七色广告灯箱控制器设计

1 设计思路及其框图

1.1设计电路的功能

本次设计的目的是设计自动控制的七色广告灯箱，其功能是用光敏电阻控制灯在白天自动关闭，到晚上自动开启。利用555定时器产生cp脉冲给计数器，采用74160计时器控制可控硅开关，达到灯七种彩色自动循环变化的效果。

1.2设计电路框图

图1-1基本结构框图

七色广告灯箱控制器的原理如图2-1所示。他主要由光敏开关、脉冲发生器、循环控制器。可控硅开关、灯箱等部分组成。采用光敏三极管控制循环控制器的开启和关闭。用555定时器产生cp脉冲提供给循环控制器（74160计数器），循环控制器是由10进制同步二进制计数器74160变成的七进制计数器。控制器控制灯箱七种色彩灯循环变化。灯箱由220v交流电源供电

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2 各部分电路及其原理

2.1桥式整流原理介绍：

图2-1桥式整流电路

单相桥式整流电路如图所示，图中Tr为电源变压器，它的作用是将交流电网电压vI变成整流电路要求的交流电压 ，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。

单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。

在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图2-1中实线箭头表示。

在v2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。其电流通路如图2-1中虚线箭头所示。

综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。

根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图2-2。由图可见，通过负载RL的电流iL以及电压vL的波形都是单方向的全波脉动波形。

张清波：七色广告灯箱控制器设计

图2-2波形分析

2.2 NE555内部框图，工作原理

555定时器由3个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V—3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V—18V范围内使用。

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图2-3 NE555内部框图

555定时器工作时过程分析如下：

5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。 当VI1＞2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。 当VI1＜2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。

当VI1＞2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。 当VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。

NE555极限参数：

表2-1 NE555极限参数

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1MΩ

Key=A

图2-4 脉冲信号发生器的原理图

如图2-4所示，R1和C1组成一个串联RC充放电电路，在NE555的3引脚上输出一个方波信号。

当接通电源后，因为电容上的初始电压为零，所以输出电压为高电平，并开始经电阻R1向电容C1充电。当充电到输入电压为vⅰ=Vt+时，输出跳变为低电平，电容C1又经过电阻R1开始放电。

当放电至vⅰ=Vt-时输出电位又跳变为高电平，电容C1重新开始充电。如此周而复始，电路便不停地振荡。其电压波形如图2-5所示。

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图2-5多谐振荡器电路的脉冲图

由公式

T1=（R1+R2）Cln2

T2=R2Cln2 T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2

得出当占空比为50%时，T1约为223s，T2约为162s，即周期T为385s。

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2.3循环控制器的设计

循环控制器是七色广告灯箱的核心，它使灯箱七种色彩循环变化。 循环控制器由74160组成7进制计数器

图2-6计数器示意图

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表2-2 74LS160逻辑功能表

CLK X ↑ X X ↑

Rd’ 0 1 1 1 1

LD’ X 0 1 1 1

EP X X 0 X 1

ET X X 1 0 1

工作状态 置零 预置数 保持 保持 计数

74160为中规模集成的10进制同步二进制计数器，具有加法计数功能之外，还有预置数、保持和异步置零等功能。当RD`=LD`=EP=ET=1时，电路工作在计数状态，异步置零只要Rd`端为低电平，同步置数只要LD` 端为低电平。本文采用同步置数功能，将74160变为七进制计数器。其状态转换图如图3-3所示。

图2-7 74160状态转换图

电路从001状态开始连续输入7个计数脉冲时，在111状态由三相与非门输出0返回给LD`端。使计数器工作在同步置数状态 ，达到循环的效果

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2.4双向可控硅开关

（1）简介

双向可控硅又称为双向晶闸管。普通晶闸管(VS)实质上属于直流控制器件。要控制交流负载，必须将两只晶闸管反极性并联，让每只SCR控制一个半波，为此需两套独立的触发电路，使用不够方便。双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件 …… 此处隐藏：3388字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……