毕业设计（论文）音乐彩灯控制器电路的设计.doc

世嘉科技职业技术学院毕业设计（论文）任务书学 生姓 名学号班级应电07-2班专业应用电子技术设计（或论文）题目音乐彩灯控制器电路的设计指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注高讲世嘉科技职业技术学院电子工程系00000000000设计（论文）内容：1、查阅NE555、CD4066、CD4017的相关资料，了解此方面的发展状况；2、掌握彩灯控制方面的技术3、采用合理的声控方案；4、设计、实现该系统；5、撰写设计报告进度安排：37周：根据要求设计出方框图和原理电路图。根据电路分析其工作原理。810周：根据电路准备电子元件.1114周：制作出电路板,安装并调试，测试出相应的技术指标；1518周：根据调试分析其优缺点和提出整改措施，完成论文；主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、出版单位)：1 高吉祥电子技术基础实验与课程设计电子工业业出版社，2002 2 彭介华电子技术课程设计指导教育出版社，19973 毕满清电子技术实验与课程设计出版社，2001审批意见教研室负责人：年 月 日目 录摘 要1第1章 绪 论1第2章 设计框图及电路系统概述12.1目的12.2设计框图及元器件选择12.2.1 设计方框图12.2.2 各个基本框图功能分析12.3主要元器件介绍12.3.1 555振荡器的介绍12.3.2 十进制计数器CD4017的介绍1第3章 电源电路13.1整流电路13.2滤波电路1第4章 电路工作原理13.1电路工作原理分析1第5章 电路的仿真15.1 仿真电路原理：15.2仿真电路现象15.3仿真电路图1第6章 焊接与安装16.1 手工焊接方法16.2 手工焊接握电烙铁的方法16.3 手工焊接一般分四步骤进行16.4 焊接步骤1总 结1参 考 文 献1附件一 元器件明细表1附件二 整机原理图1摘 要本文介绍了一种具有音乐彩灯控制功能的彩灯，该控制器由声电转换和放大路、时钟脉冲发生器、计数电路和控制电路等组成，它的结构简单，体积小巧，使用方便，性能可靠，在这里介绍了它的组成、功能、工作原理。音乐彩灯控制电路，采用拾音话筒MIC将声音信号转换为电信号，利用NE555集成块各引脚来产生控制电路的脉冲信号。彩灯因插座依次有电而被依次点亮，随着悠扬的音乐，彩灯闪烁生辉，从而实现了控制四路彩灯伴随乐曲而发光彩灯的运用已经遍布于人们的生活中，从歌舞厅到卡拉OK包房，从节日的祝贺到日常生活中的点缀。这些不仅说明了我们对生活的要求有了质的飞跃，也说明科技在现实运用中有了较大的发展。在这一设计中我们将涉及有关彩灯控制器的设计，从原理上使我们对这一设计有所了解。将其确实的与我们相联系起来。目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。本课程设计主要选用由555构成的时钟信号发生器，四位同步二进制计数器和数据选择器组成的序列发生信号器和双向移位寄存器构成的移位显示输出电路。本设计与市面销售的彩灯控制器还朋较大的差距，但是通过此次设计，可以使我们加深对已学知识的掌握，同时对后续课程的学习也打下一个良好的基础。关键词 NE555集成块；CD4017；话筒MIC第1章 绪 论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灯的样式越来越多、适用的场合变得越来越多，控制与设计变的更加重要。而且贴近我们的实际生活。彩灯控制电路已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛应用于走廊、楼道招待所等公共场所，给人们的生活、带来极大的方便。因此，得到了广泛的应用。声控电路是利用声控制电路工作的电子开关。由于，本电路广泛应用于人们的日常生活中，所以，有很大的重用作用。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方便。由于近年来我国的音乐彩灯行业的迅速崛起，中国已经成为彩灯产品的主要输出国之一。努力增加音乐彩灯的控制和不同档次、花样、应用于不同的场合的开发，加快绿色、音乐彩灯光源产品的开发推广和应用是我国目前彩灯行业材行业结构调整的重点。随着全球经济一体化，发达国家产业调整的步伐进一步加快，一般音乐彩灯器产品生产大量向发展中国家转移，而中国又是一个比较适合的国家，一是中国具备生产这些产品的条件，二是劳动力成本比较低，从而使中国逐步成为电器产品出口大国。 展望未来的国内市场，需求仍会呈逐年增长趋势，以下强力因素都预示着我国市音乐彩灯器场仍有很大的潜力可挖。基础设施建设方面：、卡拉OK包房，从节日的祝贺到日常生活中的点缀。这些不仅说明了我们对生活的要求有了质的变化。城市点缀工程方面：城市广场、绿地、道路、建筑物泛点缀，已从大城市发展到中小城市。根据国内外市场需求预测，我国音乐彩灯的高速增长期还将继续，对未来的预测如何更加科学化是我们面临的问题。进一步提高彩灯产品的质量和档次进一步提高彩灯的质量和档次，这既是当前摆在我们面前的课题，同时也是全行业共同努力的长期目标。就国内市场需求而言，人们生活水平逐步提高，对生存环境质量的要求也越来越高，对音乐彩灯提出更高的要求。对不同场合的彩灯提高了要求，也需要我们生产企业适应新标准的要求，为各类场所提供相应的产品。第2章 设计框图及电路系统概述2.1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.进一步了解彩灯控制电路组成框图和各个单元工作原理及相互联系。4.掌握自己实际操作动手能力的形成和进一步提高。5.锻炼自己对所学理论知识和技能的综合运用能力。6.提高自己对文献资料的搜索和信息处理能力。7.培养自己对社会普通科学知识的了解。8.增强自身的知识见解和设计论文的方法。2.2设计框图及元器件选择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。如图所示： 图2-1 音乐彩灯控制器的方框图2.2.2 各个基本框图功能分析1时钟电路时钟脉冲发生器由IC1(555)和W1、R1、R2、D1、C1等组成，该电路产生信号的周期为T=0.693(Rw1+R1+R2)C1，图示参数对应的周期T在0.55秒范围内变化。其中555脚输出加至IC2作为CP脉冲。作为它的驱动脉冲。脉冲的震荡频率可根据实际的需要，通过Rw1来调节。2计数器电路计数器电路由脉冲分配器CD4017等组成IC2采用CMOS型十进制计数器脉冲分配器CD4017，在时钟CP作用下，Q0(脚)、Q1(脚)、Q2(脚)、Q3(脚)、Q4(脚)相继出现高电平脉冲，且Q4加至复位端R(脚)，使电路成为一环行计数器3开关电路Q0Q3的输出依次将CD4066四路模拟开关接通，使乐曲信号依次加至BG5、BG6、BG7、BG8，并依次导通，相应SCR1SCR4被依次触发导通，彩灯因插座依次有电而被依次点亮，随着悠扬的音乐，彩灯闪烁生辉，从而实现了控制四路彩灯伴随乐曲而发光。4执行电路使乐曲信号依次加至BG5、BG6、BG7、BG8，并依次导通，相应SCR1SCR4被依次触发导通，彩灯因插座依次有电而被依次点亮，随着悠扬的音乐，彩灯闪烁生辉，从而实现了控制四路彩灯伴随乐曲而发光。2.3主要元器件介绍2.3.1 555振荡器的介绍555定时器内部结构原理图如图2-2所示。它由内部含有三个5千欧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以及缓冲器等组成。图2-3为555定时器的外引线排列图。 图2-2 CB555的电路结构图2-3外引线排列图1.555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2-4所示：图2-4 CD4017的管脚排列图图2-5 CD4017管脚排列图1.计数器CD4017的工作原理十进制计数分频器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（Q0Q9）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个输入（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Q0为高电平，其余输出端（Q1Q9）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，可驱动更多灯泡发光。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；第3章 电源电路3.1整流电路整流电路一般是由二极管组成，利用二极管的单向导电性可将交流电压变换成脉动的直流电压。整流电路可分为半波整流电路，全波整流电路，桥式整流电路等等。本设计采用桥式整流电路。电路图如图3-1所示。图3-1 桥式整流电路桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要四只二极管口连接成"桥"式结构，便具有全波整流的优点，而同时在一定程度上克服了全波整流的缺点。桥式整流电路的工作原理如下：U2为正半周时，Dl、D3导通，D2、D4截止。电流流过负载RL，在RL上形成上正下负的电压。当U2为负半周时，D2、D4导通，D1、D3截止。电流流过负载RL ，同样在RL上形成上正下负的电压。3.2滤波电路整流电路输出的电压纹波太大，必须经过滤波，使其平滑接近直流，才能作为直流源。滤波电路常由电容、电感等电抗元件构成，利用电容两端电压不能突变和过流电感的电流不能突变的特点，把电容和负载并联或把电感与负载串联来实现滤波。滤波电路可分为电容滤波，电感滤波等。本设计采用电容滤波。电路图如图3-2所示。图3-2 电容滤波整流电路电容器是一个储存电能的元件。在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把储存的电能再放出来。充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。电容器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。在图3-2电容滤波电路中，在二极管导通期间，U2向负载电阻RL提供电流的同时，向电容器C充电，一直充到最大值。U2达到最大值以后逐渐下降，而电容器两端电压不能突然变化，仍然保持较高电压。这时，由于二极管两端加反向电压，不能导通，于是Uc便通过负载电阻RL放电。由于C和RL较大，放电速度很慢，在U2下降期间，电容器C上的电压下降小。当U2下一个周期到来，电容C快速升高，当大于Uc时，又再次对电容器充电。如此重复，电容器C两端（即负载电阻RL两端）便保持了一个较平稳的电压。 第4章 电路工作原理3.1电路工作原理分析音乐彩灯控制电路。该控制器由声电转换和放大电路、时钟脉冲发生器、计数电路和控制电路等组成。时钟脉冲发生器由IC1(555)和W1、R1、R2、D1、C1等组成，该电路产生信号的周期为T=0.693(Rw1+R1+R2)C1，图示参数对应的周期T在0.55秒范围内变化。其中555脚输出加至IC2作为CP脉冲。IC2采用CMOS型十进制计数器脉冲分配器CD4017，在时钟CP作用下，Q0(脚)、Q1(脚)、Q2(脚)、Q3(脚)、Q4(脚)相继出现高电平脉冲，且Q4加至复位端R(脚)，使电路成为一环行计数器。Q0Q3的输出依次将CD4066四路模拟开关接通，使乐曲信号依次加至BG5、BG6、BG7、BG8，并依次导通，相应SCR1SCR4被依次触发导通，彩灯因插座依次有电而被依次点亮，随着悠扬的音乐，彩灯闪烁生辉，从而实现了控制四路彩灯伴随乐曲而发光。第5章 电路的仿真此次电路仿真运用的EWB仿真软件，在仿真过程中也遇到少许问题，例如EWB元器件库中没有光电耦合器之类的元器件而只能用开关代替。而且在仿真电路时不能改变元器件库里面设置好的元件参数。但是，通过努力，最终仿真还是比较成功。对于白天不工作和夜晚工作的电路都通过了仿真。5.1 仿真电路原理：当给电路提供电时，拾音器MIC将乐音响转换为电信号，并经BG1BG4放大后加至四路模拟开关CD4066(IC3)。NE555(IC1)产生时钟脉冲IC1的脚输出加至IC3，作为CP脉冲。IC2采用十进制计数器CD4017。在时钟CP的作用下Q0（脚）、Q1（脚）、Q1（脚）、Q3（脚）、Q4(脚)相继出现高电平脉冲，而Q4加至复位端R（脚）使电路成为一环行计数电路。Q0Q3的输出依次将CD4066模拟开关选通。使音乐信号依次加至BG5BG8并依次导通，SCR1SCR4,依次接触导通，彩灯插座依次有电输出，彩灯顺次点亮，随着悠扬的音乐彩灯闪烁生辉。实现了此次设计的功能。5.2仿真电路现象灯泡会发光依次点亮分析当给电路提供电时，拾音器MIC将乐音响转换为电信号，并经BG1BG4放大后加至四路模拟开关CD4066(IC3)。NE555(IC1)产生时钟脉冲IC1的脚输出加至IC3，作为CP脉冲。IC2采用十进制计数器CD4017。在时钟CP的作用下Q0（脚）、Q1（脚）、Q1（脚）、Q3（脚）、Q4(脚)相继出现高电平脉冲，而Q4加至复位端R（脚）使电路成为一环行计数电路。Q0Q3的输出依次将CD4066模拟开关选通。使音乐信号依次加至BG5BG8并依次导通，SCR1SCR4,依次接触导通，彩灯插座依次有电输出，彩灯顺次点亮，随着悠扬的音乐彩灯闪烁生辉。5.3仿真电路图图5-1仿真电路图第6章 焊接与安装6.1 手工焊接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。6.2 手工焊接握电烙铁的方法有正握、反握及握笔式三种。焊接元器件及维修电路板时以握笔式较为方便。6.3 手工焊接一般分四步骤进行准备焊接：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。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。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。检查焊点:看焊点是否圆润、光亮、牢固，是否有与周围元器件连焊的现象。6.4 焊接步骤一般先装低矮、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。总 结通过这次毕业设计，使我受到了一次应用所学的专业知识、专业技能分析和解决问题的全面系统的锻炼。使我在综合知识的选用方面，在产品开发的基本思想、方法方面，以及在常用电路分析思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步。为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。这次在指导老师的帮助下，在同学的帮助下，基本上完成了设计任务，在电路分析与设计方面也有了一定的提高，为今后走上工作岗位打下了专业基础。在这次的毕业设计中，让我深深地体会到进行电子产品的开发不是一件简单的事情，它需要设计者具有全面的专业知识、缜密的思维、严谨的工作态度以及较高的分析问题、解决问题的能力，而我在很多方面还有欠缺。知道怎样选择这种电子线路中的元器件、怎样确定其相关参数；巩固了电子线路的基础知识与EWB软件的使用能力提高了自己动手的能力；学到了很多经验并且提高了自己分析问题的能力和创新能力；得到了理论联系实际的机会。使自己在实际设计方面树立了信心，为以后从事这方面的工作打好了基础，这也是这次毕业设计的最大收获。以及学习到图书室查阅相关书籍获取有用的信息这种好的方法，在今后的学习、工作中是很重要的，只有不断地学习才会有进步。这次的毕业设计总的来说还是很成功的，自己从中学到很多，也发现了不少问题，为自己以后的学习进步打下了不错的基础。这次设计能够成功的完成，我特别感谢我的指导老师：赵文宣老师，在他的指导下我达成了这次毕业设计的目标，在此对他衷心的表示感谢！参 考 文 献1 高吉祥电子技术基础实验与课程设计电子工业出版社，20022 彭介华电子技术课程设计指导高等教育出版社，19973 毕满清电子技术实验与课程设计机械工业出版社，20014 邱川弘电子技术基础操作电子工业出版社，19995 戴士弘模拟电子技术实验与习题电子工业出版社，19986 段九洲电源电路实用设计手册科学技术出版社，20027 梁廷贵现代集成电路使用手册科学技术文献出版社，20028 井口征士传感工程科学出版社，20019 无线电编辑部无线电元器件精汇人民邮电出版社，2004附件一 元器件明细表序号名称型号规格标号数量1计数电路CD4017IC212开关电路CD4066IC313放大电路三极管BG1 BG444时钟电路NE555IC115声电电路MIC16极性电容20uFC1、C427极性电容1 uFC318极性电容1000uFC519电 容0.1 uF110电 阻12KR1、R226.8KR31120KR4127KR51510KR615.1KR7111二极管IN4001D115551D2、D3 D4 D5412发光二极管IN400716个14整流二极管IN4001415滑动变阻器330k12k1行变压器附件二 整机原理图