简易调光灯数电课程设计报告资料

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课程设计报告
题目简易调光灯■
专业：_______ 通信工程___________
年级：2011 级______________________
学号：1110618019 ________
学生姓名： ___________ 刘文青 _________
联系电话：182******** ________
指导老师： ___________ 李碧青 _________
完成日期：2013年05月15日
利用4017十进制计数芯片、9013三极管、电阻、发光二极管等元器件制作简易
的调光灯产品，实现对发光二极管进行亮度的调节。

经测试，系统达到了有3个可调亮度档位的要求。

能够有针对性的满足客户需求，即可以对灯的亮度进行调节，从而实现节约用电，低碳生活的目的。

白炽灯和金卤灯在调光领域应用得比较广泛，但随着节能减排的不断推广，LED可调光在攻克了调光技术障碍后，开始呈现发展趋势。

关键词：调光；LED计数
ABSTRACT
Using 4017 decimal counting chip, 9013 triode, and create a simple callback components such as resistors, light emitting diode light products, realize to adjust the brightness of the light emitting diode. After testing, the system achieved the gear has three adjustable bright ness. Can be targeted to meet customer dema nd, which can be adjusted to the bright ness of the lamp, so as to realize save electricity, low carb on life. Incandescent lamp and metal halide lamp is more widely applied in the field of that move light, but with the further promotion of energy conservation and emissions reduction, adjustable LED light after conquering the dimming technical barriers, started to prese nt developme nt trend.
Key Words: light; LED; cou nting
摘要 (I)
ABSTRACT (I)
1设计要求及方案选择 (1)
1.1设计要求 (1)
1.2方案选择 (1)
2理论分析与设计 (2)
2.1调光灯电路的分析及设计 (2)
2.2调光灯电路的分析及设计 (3)
3电路设计 (4)
3.1硬件电路的设计 (4)
3.2主要元器件介绍 (4)
4系统测试 (6)
4.1调试所用的基本仪器清单 (6)
4.2调试结果 (6)
4.3测试结果分析 (7)
5总结 (7)
参考文献 (9)
VD2 IN4I48 IN4007
39k2W
MAC94A4 G VTH 5 *220
V
1设计要求及方案选择
1.1设计要求
要求设计一个小小调光，采用一个按键开关，可以控制小电珠的灯光亮暗, 亮暗程度可分若干等级（最多为10个）
1.2方案选择
万案1 图1-1触摸式4挡调光灯电路原理图
该电路的核心器件是TT6061A 触摸调光专用集成电路，它采用 CMOS ：艺生 产制造而成，封装形式主要为标准 DIP — 8封装。

各引脚功能如下：1脚CK 为 同步信号输人端；2脚FI 为过602Hz/50Hz 交流频率输人端；3脚VDD 为电源正 端；4脚TI 为触摸信号输人端；5脚OSCI 为振荡输入端；6脚OSL 创振荡输出 端；7脚Vss 为电源负端；8脚TGC 为脉冲信号输出端，可直接驱动晶闸管。

电源由VDI 、VS R1和C1组成，通电后在C1两端可获得9V 左右的直流电 压供集成电路用电。

50Hz 的交流市电频率经 R2从2脚输人，4脚由VD2VD3 组成钳位电
路，保证输人的触摸电平幅度在电源电压范围内。

C5隔离安全电容， M 为触摸电极片。

当人手触摸电极 M 时，人体感应的交流杂波信号经 C5 R6送 至IC 的4脚，经TT6061集成电路内部电路处理后，8脚输出触发信号经C4加 至晶闸管VS 的门极，使VS 导通，电灯EL 点亮；第二次触摸M 时，可改变8脚
输出脉冲前沿到达时间，因而可使电灯亮度发生改变。

反复触摸电极片
M 灯泡 E 亮度按“微亮〜较亮〜最亮〜熄灭〜微亮 ”顺序循环变化。

51Qp/tOOO
V ©1 1.5
M
方案2
图1-2简易调光灯电路原理图
用CD4017制作调光灯及电路IC构成脉冲上升沿触发，Q0- Q9依次输出“ 1” 电平，按钮SB接通时，IC相当于输入一正向脉冲，设此时输出端Q4为“1”电平，（其余均为“ 0”电平），则通过VDS R6向电容C2充电，通过单结管VT触发可控硅VS 使灯泡发光，按动SB,集成电路的Q0- Q9端可依次输出“ 1”电平，通过相应的电阻给C2充电触发可控硅，使灯泡上得到不同的电压而改变亮度。

经过对比以上两种方案，最终选择方案二进行设计。

2理论分析与设计
2.1调光灯电路的分析及设计
调光灯主要采用了一块十进制计数、译码器集成电路CD4017它的引脚功能
见图所示。

该集成块有3个输入端：始终输入端CP和EN、复位端Cr；有10个输出端：Q〜Q;还有一个进位端G。

它的逻辑功能是：当复位端Cr加上高电平和正脉冲时，出输出端Q为高电平“ 1”外，其余输出端即Q〜Q均输出低电平
“ 0”。

时钟输入端CP对输入时钟脉冲的上升沿计数，EN则对时钟脉冲的下降
沿计数；设置这两个输入端是为了级联时更加方便。

Q〜Q 10个输出端的输出状
态分别与输入的时钟脉冲个数相对应，例如，如果计数从0开始，则第1个时钟脉冲
时，Q就变为高电平；输入第2个时钟脉冲时，Q为高电平，……直至输入第10个脉冲，Q为高电平。

同时进位端C0就输出1个进位脉冲，作为下一级计数器的时钟信号。

Cr为复位输入端，也称清零端。

当Cr输入高电平时，电路复位，即输出端Q为高电平，Q〜Q9为低电平。

2.2调光灯电路的分析及设计
如图1-2所示，R2和C2组成开机清零电路，在接通电源瞬间因电容C2充电，脚即复位端Cr获得正向脉冲，电路清零复位，Q输出高电平（电路中Q悬空不接，故图中没有画出），其他输出端Q〜Qo均为低电平。

本电路只用了Q〜Q 3 个输出端，用于调光；Q用于复位。

因Q〜Q均为输出低电平，故三极管VT截止，灯H不亮。

若按动一次按钮开关SB脚即端输入1个计数脉冲，电路开始计数，Q变为高电平。

此高电平经VD1和R3向三极管VT提供基极电流，经VT 放大后使灯H点亮发光。

由于R3的阻值较大，注入VT的基流较小，所以驱动灯H的集电极电流也较小，故H发弱光。

若再按动一次SB端又输入一个计数脉冲，Q恢复低电平，Q变为高电平，此高电平经VD2和R向VT提供基极电流，由于R的阻值较小，注入基流较大，经VT放大后电流也较大，故灯H发光亮度就较大。

若再按动一次SB电路又计数一次，Q、Q为低电平，Q变为高电平，此高电平经VD3和R5向VT注入基流，由于R5的阻值很小，所以灯H发强光。

如再按动一次SB Q〜Q为低电平，Q变为高电平，此高电平经二极管VD4和电容G 加到复位端Cr，使电路清零，Q〜Q均为低电平，只有Q为高电平，这时VT失去基极电流而截止，灯H熄灭。

由上面分析可知，如果反复按动SB灯H将按熄灭-微光-中光-强光-熄灭……循环变化。

即灯有强、中、弱3档亮度。

如果适当增加输出端的个数，参照R〜尽选用不同阻值的限流电阻，就可以增加灯H的亮度等级数。

3电路设计
3.1硬件电路的设计
原理：该电路有信号输入电路，脉冲形成电路，电极输出高电平.若按动一次按钮开关SB脚即端输入1个计数脉冲，电路开始计数，Q变为高电平。

此高电平经VD1和R3向三极管VT提供基极电流，经VT放大后使灯H点亮发光。

缺点：电路的计数脉冲形成部分比较复杂
元器件选择
A用十进制计数、译码器集成电路CD4017.VT用9013、3DG12 3DK4等硅NPN 三极管，B >=100。

VD1-VD4可使用IN4148型硅开关二极管。

R1-R5军用RTX-1/8W型碳膜电阻器。

C1-C3可用CT1型瓷介电容器。

H为4.8V 或6V直流电源。

SB为小型按键开关。

3.2主要元器件介绍
1、9013三极管
发射棣
2. Base 基极
3. Collector 集电檢
1 2 3
图3-1 9013
9013 结构：NPN
集电极-发射极电压25V
集电极-基电压45V
射极-基极电压5V
集电极电流0.5A
耗散功率0.625W
结温150 C
特怔频率最小150MHZ
放大倍数:D64-91 E78-112 F96-135 G122-166 H144-220 I190-300 2、IN4148型硅开关二极管
图3-2 IN4148
高频小信号
电流：正常正向电流lf:150mA ；
最大正向电流Imax:500mA ；
最大重复峰值电流lfs:450mA
电压：最大重复峰值电压Umax:100V ；
最大连续反向电压Urrm:75V ；
最大正向电压Uf :1V
时间：反向恢复时间trr :4ns
功率：最大功耗Ptot:500mW
封装：玻璃封装：SOD-27（DO-35）
外径：1.85mm 外部长度（高度）：4.25mm
结温：最高结温Tj :200 C 表面安装器件：轴向引线
1N4148和1N5819的区别
高频、低压、大电流特性是1N5819二极管与普通二极管的不同点，它广泛被应用于开关电源、变
频器、驱动器等电路，作高频、低压、大电流整流、续流、保护二极管使用。

3、CD4017
CD4017是十进制计数器/时序译码器，内部有一个十进制计数器和一个时序译码器，图3-3是其引脚图，CP为时钟脉冲输入，上升沿计数，EN为允许计数，低电平有效，计数时Q0〜〜Q的十个输出端依次为高电平，RD为异步清零端，
RD=1时Q=1。

计数器的输出Q〜Q4=1时进位Co=1, QA Q=1时Co=Q 普通计数器作为分频时，从计数器输出引脚可以得到CP的2、4、8…分频
的信号，用N进制计数器可以得到N分频信号。

依此原理用CD4017可以方便得到2〜10分频信号，将CD4017俞出端Q2- Q分别与复位端相连，可以构成2〜9 的分频。

如图14-10所示构成3分频，当高电平移到Q时，计数器复位，重新计数，3分频信
号可以从Q0〜Q中一个输出，不接反馈复位则可以得到10分频。

(D4O17
Q5 Ql QO Q2 QG Q7 Q3 GND
图3-3 CD4017引脚图
4系统测试
4.1调试所用的基本仪器清单
6V直流电源、数字万用表
4.2调试结果
首先用万用表检测电路各处是否正常，有无虚焊、漏焊，有无元件接错的问题，
然后接通6V直流电源，观察电路板是否正常工作。

观察有没有发热的情况，确定电路板正常之后，再进行电路的调试。

在调试过程中，出现了一个问题，就是发现在接通电源后，按下按钮，却只有亮、较亮、灭三个档位，少了一个档位。

但在仿真过程中，没有出现这个问题，一切都很正常。

4.3测试结果分析
在调试过程中，先测试各单元电路，保证各部分电路能够正常工作，检查问题时采取逐步缩小故障的范围，最后定位，再对相应的位置做检查，解决问题。

在本次设计中，出现了一些问题，在测试时观察到灯的亮度档位是有的，但是少了一个档位，不能调到“较暗”这个档位，待检查电路原件摆放与焊接正常后，我们首先将10脚以及15脚之间连接了4148二极管，但是档位没有变化，而且还会使三极管发热；然后把二极管替换成103瓷片电容，出现了三个档位，但是还是不能达到要求的效果。

最后将问题锁定在4017芯片电路部分，试着在芯片上多接出一个档位，也就是10脚，又把8脚悬空，然后由Q5即1脚引向复位端15脚，测试结果发现少了一个档位，经多方查阅资料，没能够找出原因。

但在仿真软件上仿真时，却非常成功。

5总结
通过这次调光灯的课程设计，我不仅加深了对protel的理解，从开始的知识听说该课程的懵懂，到课程设计完成之后真正明白了该课程的实践与应用的联系，更加加深了我对该课程的兴趣。

也了解到了protel的一些以前不知道的功能实现以及运用，加强了理论与实际结合的兴趣。

我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

故一个小小的课程设计，对我们的作用是如此之大。

而且做课程设计的同时我觉得坚持是很重要的，人难
免设计会出现疏忽，然后做不出来就不想做了，这样往往你就会觉得这个问题很难，但是实际情况是你做出来之后你发现其实很简单，你只是有几个点没有搞懂，或者是你元器件没有很熟悉照成的！
通过这次比较完整系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，锻炼了我综合运用所学的专业基础知识，加强了手工能力的锻炼，增强了解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富。

但是在这次设计过程中也出现了一些问题，比如电路板的焊接问题，调试问题等，不过通过组员之间的互相配合，充分利用各自的优势，给予明确的分工，在一起想方设法去解决出现的各种冋题，最终保证了在规定的时间内完成了任务。

参考文献
[1] 余孟尝.数字电子技术基础简明教程[M].北京：高等教育出版社，2006.7
[2] 江思敏、姚鹏翼.PADS电路原理图和PCB设计[M].机械工业出版社，2007.
[3] 陈大钦.电子技术基础实验[M].北京：高等教育出版社，2000
[4] 陈有卿、叶桂娟.数字集成电路小制作[M].北京：人民邮电出版社，1996
⑸蔡惟铮•集成电子技术[M].北京：高等教育出版社，2004
附表1:元件清单
附图2:PCB图
PCB电路图。