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《數顯調速調光電路》江西省第17屆電子設計大賽電路原理圖 1,、題意： 現提供一批器材，請在其中選擇適當的元器件,，設計制作一個至少有三級變速的簡單的電扇調速器,。其要求是當分別數顯0,、1 、2三個數字時,，電扇相應處在失電,、強電(市電電壓）、弱電(小于市電電壓）三檔級的供電狀態(tài),?！荚O市電電壓為220V，50Hz〗 2,、模擬制作要求： 由于不可能給每一位參賽者提供一臺電扇,，只好給各位提供220伏交流40瓦的白熾燈泡及塑殼燈頭一套(供電導線從提供給作品用的電源線上剪下一段即可)。用燈泡的熄,、亮,、暗代替電扇的失電、強電,、弱電的三種狀態(tài)使之成為調光（調速)器,。要求該調光（調速)器有如下功能： 白天，手動（自動控制失效）控制燈泡的供電,，即每當用手按一次調光（調速）器的按鍵時,， 顯示的數碼變動一字，對應的燈泡(或電扇)供電變化一檔,。 晚上,，自動(手動失效)控制燈泡的供電，即當調光〈調速)器得電后,，自行數顯"0- 1 -2"循環(huán)往復顯字的同時,，對應有燈泡"失電（燈泡失亮）一強電（燈光正常亮度）一弱電（燈光暗淡）" 循環(huán)往復的過程，可形成"自然風"的模式,。 該文章版權歸DIY樂園電子制作網所有,。作者：蔡國瑞 轉載請保留鏈接 3、參考電路圖：  《數顯調速調光電路》設計方案1  《數顯調速調光電路》設計方案2 方案2電路說明 一,、賽題分析 電路設計制作：楊謝行,，指導：蔡國瑞 按賽題要求，白天不工作,，只有用手按開關才會調光,，晚上自動調光，開始從失電到強電然后到弱電,，循環(huán)反復,，用光控和手動去控制NE555振蕩器，當NE555第4腳為高電位時,，電路才會工作,。按照電路要求,畫出電路波形圖如圖所示,。通過電路工作圖形畫出電路方框圖。  《數顯調速調光電路》設計方案2-電路波形圖  《數顯調速調光電路》設計方案2-電路方框圖 二,、賽題設計 將電路分成六大模塊設計,，電源電路、譯碼\驅動\顯示電路設計,、計數\編碼電路,、手控和光控電路、計數脈沖發(fā)生器,。電路分析如下 1,、電源電路設計 市電電壓通過保險絲，采用變壓器降壓,、IN4007二極管整流,、電容濾波、LM7809穩(wěn)壓輸出,、利用紅色發(fā)光二極管指示電源電路工作狀態(tài),。 220V市點經過變壓器降壓，二極管路橋式整流,，C4用于濾除由市電引入的高頻干擾，用瓷片電容104,， 電容C2濾波后送入LM7809第1腳,，第2腳接地，第3腳輸出穩(wěn)定的電壓,，電壓為9V,。C6濾除高頻干擾，C3濾波得到穩(wěn)定9V電壓,，給電路工作,，紅色發(fā)出二極管是電源指示燈，R11是發(fā)光二極管的限流電阻,，阻值的范圍是（510Ω~1K）發(fā)光二極管的正常工作電流為10mA,，如果發(fā)現發(fā)光二極管不亮，那說明你的電路有故障,，你要看一下保險絲有沒有壞,，如果沒有就檢查橋式整流，檢查是二極管有沒有接反,，重主要的是LM7809的管腳有沒有接反,，限流電阻也不能過大，過大發(fā)光二極管也不會亮,，檢修時最好用萬用表,，用電壓法檢測,，這樣就會很快的找到故障。 2,、譯碼\驅動\顯示電路設計 CD4511是一塊含BCD—七段鎖存/譯碼/驅動/消隱電路于一體的集成電路,，其引腳見圖4。CD4511的1,、2,、6、7腳為BCD碼輸入端,，在本電路中用于輸入二極管編碼輸出的BCD碼,；譯碼輸出端分別是“a-b-c-d-e-f-g”，其輸出端接數碼管顯示,，數碼管每段的工作電流為10mA左右,，所以必須在CD4511的輸出端接上7個限流電阻，計算方法為：（9-2）V÷10mA≈700Ω,；由于大賽沒有700左右電阻,，我們可以選用（510Ω~1K）的電阻，第3腳為測試端（LT）,，當LT為“0”時,，輸出為“8”,，此端可以用來在制作時測試數碼管的好壞和顯示故障，第4腳為消隱端（BI）當BI為“0”時，輸出全為“0”顯然還可以清除鎖存器內的數值,。第五腳為鎖存允許端（LE）,，第16腳接電源正極,，第8腳接電源負極,，根據CD4511的真值表可知，LT,、BI,、VCC本電路接高電；LE為鎖存端,，高電平鎖存,，本電路接低電平。 3,、計數\編碼電路 按題目要求循環(huán)顯示“0--1--2”,，而計數器CD4017是5位Johson計數器，具有10個譯碼輸出端,，需要通過IN4148編碼輸出,，其編碼電路如圖所示。當CD4017的3腳輸出“1”時，通過二極管編碼輸出的8421BCD碼為0,；當2腳輸出“1”時,，通過二極管編碼輸出的8421BCD碼為1；當4腳輸出“1”時,，通過二極管編碼輸出的8421BCD碼為2,；當7腳輸出“1”時，對計數器的復位端（15腳,，高電平復位）進行復位,，計數器重新開始計數；C1為復位電容,，同樣也可以對計數器的15腳進行復位,；CP、CR,、INH輸入端,，時鐘輸入端的施密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對輸入時鐘脈沖上升和下降時間無限制,。INH為低電平時,，計數器在時鐘上升沿計數；反之,，計數功能無效,。 4、手控和光控電路 LM358內部包括有兩個獨立的,、高增益,、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用,，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下,，電源電流與電源電壓無關,。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合,。 LM358的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式,。內部頻率補償 、直流電壓增益高(約100dB) ,、單位增益頻帶寬(約1MHz) ,、電源電壓范圍寬：單電源(3—30V)、雙電源(±1.5一±15V) ,、低功耗電流,，適合于電池供電 、低輸入偏流 、低輸入失調電壓和失調電流 ,、共模輸入電壓范圍寬,，包括接地 、差模輸入電壓范圍寬,，等于電源電壓范圍 ,、輸出電壓擺幅大(0至Vcc-1.5V) LM358雙運放比較器，通過R1,、R3,、R5、R6開關組成一個運放比較器,，LM358第2腳反相輸入端,，第3腳為同相輸入端，R5和R6是組成分壓電阻,，R1光敏電阻常光照時電阻10K左右, 沒有光照時幾兆,當晚上時電阻很大,這時3腳電壓比2腳高,LM358第1腳輸出為高電平到了白天,光敏電阻阻值10K左右,第2腳電壓是9/2=4.5V,，當白天1腳輸出為高電平時2腳相當于接地，R5被短路,，可以調節(jié)R3的大小就可以改變3腳電壓觸摸開關和R5并聯,，當按下開關時，此時3腳電壓高于2腳電壓,，1腳輸出為1,，工作指示燈亮。 5,、計數脈沖發(fā)生器 NE555在電路中是最常見,，NE555(內部有分壓器\比較器\RS觸發(fā)器\輸出極,放電開關構成)可以組成很多種電路，用途廣闊,，在這個電路是多諧振蕩器,，它電路簡單、性能穩(wěn)定,，波形標準,，CP輸出可以驅動繼電器，其最大振蕩周期T為,； T=0.69(R4+R8)C1 =0.69(50 000+10 000) ×0.00001F =0.3519S NE555電源電壓與靜態(tài)電流,，NE555電路 使用電源電壓為4.5V~16V,當電壓為15V時,靜態(tài)電流約為10mA;它1腳為公共地端GID,2腳為同相輸入端TR￣,3腳為輸出端U0,4腳為總復位端MR,5腳為控制端UC,6腳為閥值輸入端TH,7腳為放電端DIS,8腳為電源正極端USS。如果要改變振蕩頻率,可調節(jié)電位器R4, NE555第4腳接信號控制端,當4腳為低電平,電路不能工作,當4腳為高電平時,電路開始工作.用黃色發(fā)光二極管指示信號工作狀態(tài),。 6,、97A6調光電路 雙向晶閘管舊稱可按硅，相當于兩個單向晶閘管的反極并聯而成,，97A6晶閘管,，最大電流可以達到1A，輸出 功率為60W，雙向晶閘管的結構如圖所示（A）所示為小功率塑封晶閘管的外形,，（B）所示,，其外形有平板型、螺栓型,、塑封管多種,。晶閘管有三個極，第一個電極T1,，第二個電極T2,，控制極G，對晶閘管來說,，無所謂陽極和陰極,，任何一個主電極，對一個管子是陽極,，對另一個管就是陰極,，反過來也一樣，雙向晶閘管觸發(fā)方式有兩種,，一種是調節(jié)電壓,、電流，另一種是用雙向觸發(fā)二極管,。質量的判別,，在識別G、T1的過程中也就檢查了雙向晶閘管的觸發(fā)能力,，如果無論怎樣對T1極,，G極的假設，都不能使雙向晶閘管觸發(fā)導通,。則被測可能已損壞,。在電路中R1、R2,，發(fā)光二極管,，組成調光電路，如果要調節(jié)燈泡亮度就可以調節(jié)R2,，B1為高電平時，燈泡微亮,，B2為高電平時,，燈泡最亮，調節(jié)發(fā)光二極管的亮度,，來改變光敏電阻的大小,，來控制燈泡的亮滅。因為97A6工作在~220V中，如果共地整個電路板帶電,，為了安全起見,，本電路通過光耦合，這樣整個電路板就不會帶電,，但是97A6工作在市電電壓中,，所以要在制作過程中特別要小心，最好用黑膠布包好焊點和~220V電壓處,。  97A6引腳圖 7,、整體電路設計 單元電路設計完后，可以通過方框圖和電路邏輯關系,，把所有單元電路組合起來,，這樣就是一個完整電路圖，在組合過程中各單元電路確定以后,，還要認真仔細的考慮他們的結構是否完整,，電路要有防干擾,穩(wěn)定性好,時序配合,相互匹配,等問題，本電路整體電路原理圖達到了很高的要求,電路工作使用正常,。 三,、電路制作與調試 比賽時間為7個小時，用兩個小時的時間把題目設計好,，然后畫好方框圖,、原理圖、連線圖,，畫圖時一定要注意用鉛筆和尺子畫圖,，畫圖一定要整齊，美觀,，還有5個小時,，用半個小時排版，排版主要是讓電路結構合理,，元件整齊,，也會減少跳線，這樣就會減少焊接時間,。 在制作過程中,，焊接是一項最重要的工序,它不但要求將元件焊在電路板上，而且要求焊點無虛焊,，焊接可靠,，焊錫適當、焊點表面無裂紋,、無針孔夾渣,、外表具有金屬光澤,，表面平整成半弓形下凹，焊料與焊件交界處平滑過度,，外形以焊點為中心,，均勻、成裙形拉開,。確保良好的導電性能,。控制焊接時間,，能快就快,，烙鐵頭應修整窄一些使焊一個點時不會碰到相鄰的焊接點，焊接時間在保證潤濕的情況下,，盡可能短,，尤其是CMOS集成電路，更能掌握好焊接時間,，一般時間不能超過3秒,。 整個電位制作順序是電源部分→數碼顯示部分→編碼部分→計數部分→NE555多諧振蕩器部分→手控和光控電路部分→調光電路部分.每做一個單元電路，都必須通電檢修,，電路工作正常再做下一個部分,，不要全部一起做，如果出現故障既浪費時間,，所以在制作過程中要一步一步往下做,，這樣成功率就很高，最主要認識芯片牌子,，現在有很多種芯片牌子不同,，芯片參數不同，它對CP脈沖很嚴格,，還有復位電容,，最好使用0.1uF電容。 電路整體調試,，這也是一個重要環(huán)節(jié),，我們可以通過制作順序一步一步往下調整，電源電路是用了LM7809,，用萬用表檢測是否有9V電壓,，特別是光控電路，調節(jié)要穩(wěn)定,，最重要調光電路,，因為用市電電壓供電，在制作過程中,，要注意安全,，如果電路共地，那整個電路板帶電,，為了安全起見最好不要共地,，我們可以通其它電路控制，這樣就可以達到穩(wěn)定性好,、安全性強,，等特點。 |
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