2022年电子孔雀开屏的设计方案与制作 .pdf

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1、明达职业技术学院毕业设计 ( 论文 2018 2018 学年度信息工程系电子信息工程技术专业班级学号课题名称电子孔雀开屏装饰电路的设计与制作学生姓名指导教师2018 年 12月 24 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 21 页1 / 21 目录摘要 2 第一章前言 3 第二章方案论证 4 2.1 两种设计方案 4 2.1.1 设计方案一 4 2.1.2 设计方案二 6 2.2 方案的比较 6 第三章电路工作原理 7 第四章单元电路的分析 9 4.1 低频震荡器 12第五章主要元器件及相关知识点的介绍 14 5.1 555

2、 定时器 14 5.2 十进制计数器 CD4017 14 5.3三极管 9014 17心得体会 18 致谢 18主要参考文献 18 附录 A 电路总的电路图 19 附录 B 元器件清单表 19 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 21 页2 / 21 电子孔雀开屏装饰电路的设计与制作【摘 要】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，在发光二极管驱动电路的驱动下，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。讲述了由555 定时器研制的电子装饰孔

3、雀开屏电路的工作原理以及其各个组成部分，简单的记录了我在整个设计过程中对设计方案的筛选，确定以及各个元器件的确定，最终在杨老师的指导下得以圆满成功。【关键词】 多谐振荡电路脉冲分配电路驱动精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 21 页3 / 21 第一章 前言作为信息工程技术的一个重要基础和信息产业的一项核心技术，电子技术的应用正迅速扩展到人类生活的各个领域。电子技术实践能力是高新技术领域科研工作者和工程技术人员的必备技能，但是，电子技术实践又是一项专业性很强的工作，不经过系统的培训很难掌握，盲目地操作往往会失败，甚至会导致事

4、故的发生，由于电子技术仍处在迅速发展的阶段，各种新技术，新器件和新产品层出不穷，该领域知识更新的速度异常迅速。与此形成鲜明的对照的是，国内高校在电子技术教案方面的改革远远滞后u 电子技术自身的发展。首先，从教案方式上看，仍然是理论教案为主，实验为辅，忽视了电子技术实践性极强的特点；其次，从教案内容看，理论教案仍是以基本电路分析计算为重点，实验仅以验证理论教案为目的。这与精彩纷呈的新技术，新器件和新产品相比，给人一种光如隔世之感。很多电子专业刚毕业的本科生，棉电子领域具体的专业性工作表现的一筹莫展，而用人单位又抱怨毕业的本科生动手能力太差，派不上用场。面对这一严峻的局面，近年来，一些高校率先开设

5、了电子创新实践类课程。由于电子实践类课程是一个新事物，没有现成经验可借鉴，多数人都是把传统电子工艺的教案内容简单的移植过来，这种做法其实是一种缺乏深入和创新的肤浅行为。本次毕业设计遵循师生双向选择的原则，我选择了杨伟华老师的电子孔雀开屏装饰电路的设计与制作的课题，要求电路中的发光二极管呈扇形以放射状一次循环不断点亮，并且可以根据需要可自由增加发光二极管个数。我主要负责主要电路部分的设计组装并参与整机的调试。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 21 页4 / 21 第二章方案论证由 555 研制的电子装饰孔雀开屏由10 组发光

6、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，在发光二极管驱动电路的驱动下，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。1：电路组成本电路主要有 IC1十进制计数器， IC2 NE555定时器，驱动三极管 9013，发光二极管 LED ，二极管 IN4148等组成。方框图如图所示：设计方案一：低频振荡电路发光二极管驱动电路三极管驱动电路彩灯显示电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 21 页5 / 21 （1）发光二极管驱动电路发光二极管驱动电路由一只十进制计数器CD4017

7、组成，在驱动脉冲的驱动下， CD4017 的10 个输出端QOQ9 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31 只发光二极管组成。发光二极管的数目也可根据实际模型的结构进行增减。应当注意的是， t CD4017 的10 个输出端与驱动管VT1VT6 的连接并非顺序连接，而是以Q0Q1Q9Q2Q8 Q3Q7 Q4

8、 Q6 Q5 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。（2）驱动脉冲振荡器驱动脉冲发生器由一只 555 电路组成，NE555 与 R1 十 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

9、管，采用相间排列的方式。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 21 页6 / 21 设计方案二本装置利用电子元件和孔雀工艺品相结合，可模拟孔雀开屏，形成声，光并茂的电子工艺品。1：电路组成本电路主要有两个HFC3040 ，两个晶振，一个三极管以及多个发光二极管所组成。方框图如下图所示：2：工作原理振荡电路产生的信号经分频后输入时序分配器，进而分别推动各自的驱动工作。 HFC3040的 MD=1 ，当 K1有触发信号时。 12 只 LED开始轮流发光，触发信号停止， 12 只 LED 会继续闪光，但闪光逐渐减慢，最后会停止在某只

10、LED上，期间 LCN端上 LED继续闪光，约10 秒后，HFC3040停止工作，所有LED不再发光，若再有触发信号，HFC3040重新开始工作，但最后停止在哪一个LED上是随机的，同时THD发出模拟孔雀叫声。定时触发电路则是一个常见的无稳态多谐振荡器。图中数据LED27会发出暗 25 秒亮 1 秒的闪光信号，以控制 HFC3040的工作。本装置用27 只 LED为闪光信号指示，用绿色发光二极管装在孔雀头顶上。方案的比较设计方案二的电路图比较罕见，相关的资料不好查阅，线路连线也比较复杂不易做出来，而且设计方案二中有所需的个别元器件我们实验室找不到，而且也不符合任务书中的要求，所以我放弃了设计方

11、案二。相反设计方案一就比较常见，是我们历届课程设计常选做的一个课题，所以一些相关的资料查起来特别容易，方便。而且方案一中的元器件安全可靠且成本较低，电路较新颖。充分的满足了本次毕业设计的要求，最终决定选用设计方案一进行毕业设计。低频振荡电路分频电路时序分配电路显示电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 21 页7 / 21 第三章 电路工作原理工作原理电路图如图所示：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

12、脉冲的驱动下，CD4017 的 10 个输出端 QOQ9 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 31 只发光二极管组成。发光二极管的数目也可根据实际模型的结构进行增减。应当注意的是，t CD4017 的 10 个输精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第

13、 8 页，共 21 页8 / 21 出 端 与 驱 动 管VT1VT6 的 连 接 并 非 顺 序 连 接 ， 而 是 以Q0Q1Q9Q2Q8 Q3 Q7 Q4 Q6 Q5 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 十 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90

14、14 。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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 21 页9 / 21 第四章 单元电路的分析4.1 ：低频振荡器低频震荡电路图 4-3 555定时器内部结构555 定时器内部结构的简化原理图如图4-3 所示。它由 3 个阻值为 5k 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、放电管 T 以及缓冲器 G组成。当控制电压输入端VC 悬空时，比较器C1的

15、同相输入端的参考电压为 U1+=2/3）Vcc，比较器 C2的反相输入端的参考电压为 U2-=1/3）Vcc。如果 VC端外加控制电压U1c，则精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 21 页10 / 21 U1+=U1c 。而 U2-=1/3）VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器被置0, 放电三极管T 导通，输出端vO为低电平。当 vI12/3 ）VCC，vI21/3）VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器被置 1, 放电三极管 T 截止，输出端 vO为高电平。当

16、 vI1VCC，vI2(1/3VCC时，基本RS 触发器 R =1、S =1, 触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。综合上述分析，可得555 定时器功能表如表所示。如果在电压控制端 5 脚）施加一个外加电压 其值在 0-VCC之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，进而影响电路的工作状态。输出信号的时间参数是：T=tw1+tw2 tw1=0.7Vcc 上升到 (2/3Vcc 所需的时间， tw2 为电容 C放电所需的时间。555 电路要求 R1与 R2均应不小于 1K，但两者之和应不大于3.3M。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结

17、 - - - - - - -第 11 页，共 21 页11 / 21 用 555 定时器组成的多谐振荡器如图所示: 多谐振荡器及波形在接通电源后， Vcc 通过 R1、R2对电容 C充电，在 Uc未到达 (1/3Vcc 和(2/3Vcc 之前， 6 号、2 号引脚状态为 0、0 和 0、1，故输出 U0为 1，放电 T截止。当电容 C被充电到达 Uc(2/3Vcc 时，6 号、2 号引脚状态为 1、1，则输出 U0翻转为 0，放电管 T导通此时电容 C开始通过 R2和 T放电，使 Uc按指数曲线下降。当Uc处于(2/3Vcc 和(1/3Vcc 之间时， 6 号、2 号引脚状态为 0、1，输出维

18、持为 0，电容 C继续放电，直到Uc(1/3Vcc ，使 6 号、2 号引脚状态为 0、0，输出 U0又翻转为 1 态，放电管 T 截止，电容 C又开始充电，这样周而复始振荡下去，输出U0为图所示矩形波。当十进制计数器CD4017 还没有输出高电平加至三极管上时各个三极管的电压如下所示：当输出高电平加至三极管上时三极管的电压是：a : VT1=VT2=VT3=VT4=VT5=VT6=0.02V b: VT1=VT2=VT3=VT4=VT5=VT6=0.75V c: VT1=VT2=VT3=VT4=VT5=VT6=0V a b c VT1 3.79V 0V 0V VT2 4.68V 0.15V

19、0V VT3 2.97V 0.14V 0V VT4 3.77V 0.13V 0V VT5 4.01V 0.13V 0V VT6 4.49V 0V 0V 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 21 页12 / 21 4.2 ：发光二极管驱动电路驱动电路原理：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 QOQ9 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CD40

20、17 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。CD4017是十进制计数分频器，它的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Q0、 Q1、Q2、Q9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 和 C7555 等多种。它们的结构及工作原理基本相同。通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS 定时器具有低功耗、输入阻抗高等优点。555 定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为516V，最大负载电流可达200mA ；CMOS 定时器电源电压范围为

21、318V，最大负载电流在4mA 以下。5.2 十进制计数器 CD4017 CD4017 是十进制计数分频器，它的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Q0 、Q1 、Q2 、Q9 依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 21 页15 / 21 CD4017 有10个输出端 Q0 Q9 ）和1个进位输出端 Q5-9。每输入 10个计数脉冲， Q5-9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

22、、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Q0 为高电平，其余输出端 Q1 Q9 ）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。CD4017 有两个时钟端 CP 和 EN，若用时钟脉冲的上沿计数，则信号从 CP 端输入；若用下降沿计数，则信号从 EN 端输入。设置两个时钟端是为了级联方便。CD401

23、7 与 CD4022 是一对姊妹产品，主要区别是 CD4022 是八进制的，所以译码输出仅有 Y0Y7，每输入 8 个脉冲周期，就可得到一个进位输出，它们的管脚相同，不过 CD4022 的 6 、9 脚是空脚。输入第一个时钟脉冲后， Q1 即为“ 1”，这时 Q2-Q5均依次进行移位输出， Q1的输出移至 Q2 ，Q2的输出移至 Q3.。如果继续输入脉冲，则Q1为新的 Q精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 21 页16 / 21 非 5，Q2-Q5 仍然依次移位输出，这样就得到了表1-1 的状态及图1-3 的波形。我们知道

24、 CD4017有两个计数输入端，即CP端和 EN非端。 D触发器的 CP端是脉冲上升沿触发，若用上升沿计数，信号从CP端输入，此时EN 非端接“ 0电平即可。经门2 前的反相变为“ 1”电平。当 CP脉冲的上升沿到来时，经门1 反相后变为负脉冲，到达门2 前又反相变为正脉冲作用于门2 的输入端，使门 2 输出正脉冲，作用于F1-F5 的“CP1-CP5 ”端。若用脉冲下降沿计数，则“CP ”端接“ 1”电平，信号从EN非端输入，下降沿到达门2 前先反相变为正脉冲，结果门2 同样输出正脉冲作用于各触发器的CP端。为便于分析，假定计数器的初始状态为“00000, 并从 CP端加入时钟脉冲的情况分析

25、计数的过程。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 21 页17 / 21 5.3 C9014 三极管主要用途：作为低频、低噪声前置放大，应用于电话机、VCD 、 DVD 、电动玩具等电子产品 IC=100mA,IB=10mA 0.25 V 基极、发射极饱和压降VBE(sat IC=100mA,IB=10mA 1.0 V 直流电流增益 HFE1 VCE=6V,IC=2mA 120 700 HFE2 VCE=6V,IC=150mA 25 参数符号标称值单位集电极、基极击穿电压VCBO 60 V 集电极、发射极击穿电压VCEO 5

26、0 V 发射极、基极击穿电压VEBO 5 V 集电极电流 IC 150 mA 集电极功率 PC 625 mW 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 21 页18 / 21 心得体会在设计过程中，通过查阅大量相关资料，与同学交流经验，并在老师的循循善诱下，使自己学到了不少的知识，也经历了不少的艰辛，获益匪浅。在整个设计过程中我懂得了许多东西，培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，同时也是对自己的进一步肯定，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响，这次毕业设计使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦

27、。总之，万事开头难，不知道如何入手，还得出一个结论:知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但到真正用的时候才发现并不是那么一回事，所以我认为，有到真正会用的时候菜算是真的是学会了，在此我要感谢我的指导老师杨老师对我的悉心指导，对我的论文的细心审阅以及修改，同时我还要感谢在大学三年里所有对我有过帮助，支持，鼓励的老师和同学们，谢谢你们！我的良师益友。【参 考 文 献】1王国玉电子技术基本功人民邮电出版社 2009-10 第一版2周良权 方向乔数字电子技术基础高等教育出版社 2008-3 第二版3杨毅德模拟电路重庆大学出版社 2006-10第二版4姚彬电子实习实训教程机械工业出版社

28、2009-4 第一版5廖先芸 电子技术实践与训练高等教育出版社 2007-5 第二版6陈小虎电工电子技术北京高等教育出版社 2005-6 第一版精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 21 页19 / 21 附录 A 电路总的电路图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 21 页20 / 21 附录 B 元器件清单表注：另需要面包板一块，万用表一个，剪刀一把，镊子一个，导线若干序号元器件名称符号数量备注1 集成块 555 IC1 1 NE555 2 集成块 4017 IC2 1 CD4017 3 可调电阻RP 1 220K 4 电阻R 14 5.1K 33K 8.2K 390 5 电解电容C 2 100uf 6 二极管VD 8 IN4118 7 发光二极管LED 30 8 三极管VT 6 9014 9 开关RP 1 220K 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 21 页