大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目設(shè)計(jì)書

1、 逓北衣林哥捉大學(xué) 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)說明書 調(diào)光臺(tái)燈設(shè)計(jì) 學(xué) 院：機(jī)電與電子工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè)：2007級(jí)機(jī)械電子工程 學(xué) 號(hào)：08907001 姓 名：夏田俊 指導(dǎo)教師：張?jiān)隽?完成時(shí)間：2010.1.7 成 績(jī)： 中國(guó)陜西楊凌 摘要 設(shè)計(jì)了一種基于555定時(shí)器的調(diào)光控制方式，即通過555定時(shí)器產(chǎn)生占空比可調(diào)制 的脈沖的方式控制燈泡的輸出功率， 從而調(diào)節(jié)燈泡的亮度。設(shè)計(jì)使用了美國(guó)國(guó)家儀器公 司(NI， National Instruments )的NI Multisim 10 仿真軟件，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、搭接 和仿真最終實(shí)現(xiàn)完整的可運(yùn)行的調(diào)光燈電路的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：調(diào)光燈，555定時(shí)器，占空

2、比 Abstract This is a design of 555 timer-based dimming control mode, that is the 555 timer produces a pulse through modulate the pulse s duty cycle can we control the lamp s output power, and thus adjust the brightness of light bulbs.The design uses The National Instruments of the NI Multisim 10 sim

3、ulation software for circuit desig n, conn ectivity and the eve ntual realizati on of a complete simulation can be run dimming light circuit design. Keywords: Dimming lights ， 555 timer ， Duty 目錄 一設(shè)計(jì)任務(wù) 3 1.1設(shè)計(jì)目的和意義 3 1.1.1 目的 3 1.1.2 意義 3 1.2初始參數(shù)和要求 3 1.2.1 參數(shù) 3 1.2.2 要求 3 二系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 2.1系統(tǒng)工作原理 3 2.2器件選

4、擇 4 2.2.1 .555 定時(shí)器 4 2.2.3三端穩(wěn)壓器LM7812 6 2.3電路設(shè)計(jì) 8 2.3.1電源電路設(shè)計(jì) 8 2.3.2臺(tái)燈亮度控制電路 9 2.4電路仿真測(cè)試 11 2. 4.1電源電路仿真輸出直流穩(wěn)壓 11 2.4.2控制電路仿真 12 三總結(jié) 16 3.1結(jié)論 16 3.2優(yōu)點(diǎn)與不足 16 3.2.1、優(yōu)點(diǎn)： 16 3.2.2 不足： 16 3.3心得與體會(huì) 16 參考文獻(xiàn) 17 一設(shè)計(jì)任務(wù) 1.1設(shè)計(jì)目的和意義 1.1.1目的 設(shè)計(jì)一個(gè)燈泡亮度可調(diào)，而且節(jié)能的臺(tái)燈亮度控制電路。 1.1.2意義 隨著礦物能源的不斷消耗，能源問題不斷收到關(guān)注，節(jié)能也成為一個(gè)熱 門話題，節(jié)

5、能幾乎滲透到我們生活的每一個(gè)角落。節(jié)約用電也是我們天天掛在嘴 邊的話，臺(tái)燈幾乎是每家必有的家用電器，如果將每臺(tái)臺(tái)燈都換成節(jié)能臺(tái)燈，每 年因此而節(jié)約的電能將是一個(gè)相當(dāng)可觀的。 1.2初始參數(shù)和要求 1.2.1 參數(shù) 輸入電壓：交流220V 10% 50HZ 燈泡參數(shù)：額定電壓：12V額定功率：25W 脈沖占空比調(diào)節(jié)范圍：230/14231423/200 1.2.2要求 1）開關(guān)部分：控制12V穩(wěn)壓電源是否給555振蕩電路供電 2）調(diào)光部分：通過調(diào)節(jié)電位器可以達(dá)到調(diào)節(jié)燈泡亮度的目的，電位 器調(diào)為0%時(shí)燈泡最亮，電位器為100%時(shí)電燈泡最暗。 二系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)將220V的交變電流

6、經(jīng)降壓整流濾波穩(wěn)壓將其裝化成 12V的直流電， 12V驅(qū)動(dòng)555占空比可調(diào)的振蕩脈沖電路發(fā)生占空比可調(diào)的脈沖。通過調(diào)節(jié) 電位器控制脈沖的占空比，從而控制燈泡的輸出功率，以此來調(diào)節(jié)燈泡的亮度 2.2器件選擇 2.2.1 .555 定時(shí)器 1、555定時(shí)器內(nèi)部電路及其相關(guān)參數(shù) 555定時(shí)器是一種模擬和 數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。555定時(shí) 器的電源電壓 范圍寬，可在 4.5V16V 工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為200mA Vi、TRVR2時(shí)，比較器A1的輸出VC1=0比較器A2的輸出VC2=- SR鎖存器被置0, 二極管Td導(dǎo)通，同時(shí)輸出Q為低電平； 當(dāng)THW-、tRVR2時(shí)，VC1=1 VC2=

7、-鎖存器狀態(tài)保持不變，因而Td和輸 出的狀態(tài)v0也保持不變； 當(dāng)THW-、tr Vi、TR -Vcc 3 1 一Vcc 3 低 導(dǎo)通 1 2 一Vcc 3 不變 不變 1 2 Wcc 3 1 Vcc Vcc 3 3 表1 555定時(shí)器功能表 2、555定時(shí)器構(gòu)成占空比可調(diào)振蕩電路 1、構(gòu)成：7端和6、2端上下分別為電阻和電容，中間有電阻和電位器并 聯(lián) 2、公式計(jì)算：Ra=R1+Ra Rb=R2+Rb T1=0.693Ra*C2 T2=0.693Rb*C2 f=1.443/(Ra+Rb)*C2 3、用途：脈沖輸出、音響告警、家電控制、電子玩具、檢測(cè)儀器、電源變 換、定時(shí)器等。 555構(gòu)成占空比可

8、調(diào)的振蕩電路圖: VCC VCC Ra a U1 VCC Rar OIJT O tic br Rb :FE3 6 IBIS THR TRzE CON NW 圖2 555定時(shí)器構(gòu)成占空比可調(diào)振蕩電路 2.2.3三端穩(wěn)壓器LM7812 LM7812為三端正穩(wěn)壓電路，TO-220封裝，能夠提供12V固定的輸出電壓 內(nèi)含過流、過載和過熱保護(hù)電路。最大輸出電流可達(dá)1.5A。 lm7812相關(guān)參數(shù): 極限值：（Tc=25 C ） 電特性：（Tc=25 C ） （除非特別說明： VI=19V ; IO=0.5A; CI=0.33 卩 F; CO=0.1 卩 F; 0 T Tj v 125C） 參數(shù)名稱符號(hào)額

9、定值單位 最大輸入電壓Vi 35 V 最大輸出電流Io 1.5 A 最大耗散功率Pmax 20 W 最高結(jié)溫Tjm 150 C 貯存溫度 Tstg 55150 C （除非特別說明：VI=19V ; IO=0.5A; CI=0.33 卩 F; CO=0.1y F; 0 C Tj 125C） 輸出電壓 VO T =25 C j 11.5 12 12.5 V 輸出電壓 VO 14.5VW V 27V; I =5mA1AI O 11.4 12.6 V 輸入電壓 VI I 1.5AO 12.5 35 V 負(fù)載電壓調(diào)整率厶 VO T =25 C; I =5mA1.5Aj O 1.6 240 mV 負(fù)載電壓

10、調(diào)整率厶 VO T =25 C; I =0.25A 0.75Aj O 1 120 mV 線路電壓調(diào)整率厶 VO T =25 C; 14.5V V 30V j I 7.5 240 mV 線路電壓調(diào)整率厶 VO T =25 C; 16V V 22Vj I 2.2 120 mV 靜態(tài)電流Iq T =25 C j 8 mA 靜態(tài)電流變化量厶Iq 15V V 30V I 1 mA 靜態(tài)電流變化量厶Iq 5mA I 1A O 0.5 mA 輸出噪聲電壓 VN 10H f 100KH ; T =25 C Z Z j 10 卩 V 紋波抑制比 RR 15VC V 25V; f =120H ; T =25 C

11、I Z j 60 dB 輸出電壓溫漂 V / T O I =1A O - 0.8 mV /C 輸入輸出電壓差 VD T =25 C; I =1A j O 2.0 V 內(nèi)部電路： （1）INPUT 圖3三端穩(wěn)壓器7812內(nèi)部電路圖 2.3電路設(shè)計(jì) 2.3.1電源電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)所用燈泡為12V 25W白熾燈，所以給555定時(shí)器提供的電源為12V 的穩(wěn)壓直流電源。電源為220V的交流電，經(jīng)變壓器降壓，單相橋式整流電路整 流，電容濾波，三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，最后得到12V的直流穩(wěn)壓電源。其電路圖如 下圖所示： 圖4電源電路設(shè)計(jì) 相關(guān)參數(shù)計(jì)算及元器件選擇: 輸出電壓：U = 12V 負(fù)載電流：IL =1 20

12、 mA UI 的選擇：UI =（ 23） UZ=2436V 變壓器的選擇：變比 k=220/(2436) =9.176.11;可取 k=8: 1,此時(shí) UI=27.5V 穩(wěn)壓器的選擇：UZ =u。=12V，選擇LM7812三端穩(wěn)壓器 電容的選擇：取C4=500卩f 整流二極管的選擇：D1D4選用1B4B42 2.3.2臺(tái)燈亮度控制電路 控制電路是控制的燈泡亮度的主電路，通過調(diào)節(jié)電位器，從而調(diào)節(jié) 555 電路振蕩電路發(fā)出的脈沖信號(hào)的占空比。 由于脈沖占空比的變化，燈泡的輸出功 率隨之變化，亮度也會(huì)隨之變化。 參數(shù)計(jì)算及元器件選擇: 燈泡選擇：因?yàn)槭桥_(tái)燈功率不必太大，所以選擇12V 25W的燈泡

13、555定時(shí)器選擇：選擇 LMC555CH 輸出頻率：為了減少燈泡的閃爍選擇高頻率輸出，f=1000HZ 電阻電容：f=1000HZ，f=1.443/(Ra+Rb)*C1 取 3= 100nF,則Ra+Rb=14.43KQ，為了使燈泡的最大輸出電壓更加接近 他的額定電壓，R1盡量偏小，設(shè) R仁20(n，R3=23(n，R2=14 二極管：選擇1N4007 控制電路電路圖如圖所示: VCC 12V VCC 8 Mt THE. IM EOT R1 2Q0Q 14kQ Ksy-A 230Q 03 jT 1N4Q07 R.ST - ” 1 OflJT 1N4007- 13 12V 25W Cl GWD

14、LMC555CH C6 zizlOnF 圖5燈泡亮度控制電路電路 2.3.3總體電路 元器件列表: 名稱 型號(hào)參 數(shù) 數(shù)量 標(biāo)示 電阻 200Q 1 R1 電阻 230 Q 1 R3 電容 100 nF 1 C1 電容 330nF 1 C2 電容 10uF 1 C3 電容 10 nF 1 C6 極性電容 500uF 1 C4 二極管 1N4007 2 D2、D3 橋式整流 二極管 1B4B42 1 D1 555定時(shí)器 LMC55 5CH 1 U2 三端穩(wěn)壓 器 LM7812 CT 1 U1 變壓器 1 T1 燈泡 12V 25W 1 X1 電位器 14KQ 1 R2 導(dǎo)線 若干 表2兀器件列表

15、 2.4電路仿真測(cè)試 2 . 4.1電源電路仿真輸出直流穩(wěn)壓 仿真測(cè)試電路圖 仿真結(jié)果: 1、電子萬用表電壓顯示 I滬萬用表-XMM2 圖8電子萬用表顯示電壓 2、示波器顯示輸出波形 圖9示波器顯示輸出波形 仿真結(jié)果： 由萬用表和示波器的顯示可以看出：電源電路輸出12.444V電壓且波形穩(wěn)定 242控制電路仿真 仿真電路: Key = Space R2 黑A嚨 R3 :紹狎口 /ftZ : D3 j1N4007 I孚 寧 H 二 1N407- MT DI5 THR Ta.1 CCK TCC -ccrr LMC6S6C|-I_ xscl ci 10 燈泡亮度控制電路仿真電路 仿真結(jié)果: 1. R

16、2電阻為OQ時(shí) (1) 燈泡亮度顯示 圖12燈泡亮度顯示燈泡很亮 (2) 萬用表電壓顯示 卑 * 脅 萬用表-XMM1 12.229 V A I pv- 門丨拒I 圖13 電子萬用表顯示電壓為12、229V (3) 示波器顯示 圖14示波器顯示此時(shí)輸出脈沖占空比特別大，接近1 2、R2電阻為7KQ時(shí) (1) 燈泡亮度顯示 X1 12V 25W 13 圖15燈泡亮度顯示此時(shí)燈泡亮度減弱 (2) 萬用表電壓顯示 圖16萬用表顯示此時(shí)輸出脈沖有效電壓為6.197V (3)示波器顯示 圖17示波器顯示此時(shí)輸出脈沖的占空比接近1/2 3、R2電阻為14K Q時(shí) (1)燈泡亮度顯示 X1 12V_25W

17、13 圖18燈泡亮度顯示燈泡基本不亮 (2)萬用表電壓顯示 廠 噺萬用表-XMM1 圖19萬用表顯示此時(shí)有效電壓為 236.452mV (3) 示波器顯示 圖20示波器顯示此時(shí)輸出脈沖的占空比接近 三總結(jié) 3.1結(jié)論 通過調(diào)節(jié)R2的大小調(diào)節(jié)了 Ra、Rb的比值，555振蕩電路發(fā)生的脈沖波 的占空比隨之變化。因此，輸出給電燈泡的有效電壓也跟著改變， 電燈泡輸出功 率得到調(diào)節(jié)，也就是調(diào)節(jié)了電燈泡的亮度。 3.2優(yōu)點(diǎn)與不足 3.2.1、優(yōu)點(diǎn)： 1、電路簡(jiǎn)單，成本低； 2、能有效的調(diào)節(jié)點(diǎn)燈泡的亮度； 3、脈沖頻率高有效減少電燈泡的閃爍； 4、功率充足，性能穩(wěn)定，實(shí)用安全。 3.2.2 不足： 電源電壓

18、沒有正好穩(wěn)定在12V，燈泡的最高電壓為12.229V。 3.3心得與體會(huì) 因?yàn)樵诖酥皼]有經(jīng)歷過電子的設(shè)計(jì)，所以題目剛到手的時(shí)候不知從何 做起。在收集了一些資料之后，發(fā)現(xiàn)好多調(diào)光燈的設(shè)計(jì)都使用了運(yùn)用可控硅整流 電路等模擬電路，這時(shí)候才發(fā)現(xiàn)自己的模電基礎(chǔ)是多么的薄弱。把那些電路拿到 手根本不知道該怎么辦，不知道從何算起了。只有換方案先嘗試了用一個(gè)三極管 放大電路來做，但是看起來一個(gè)非常簡(jiǎn)單的電路就是調(diào)試不出來。后來看到同學(xué) 做的PWN脈寬調(diào)制器，從中受到啟發(fā)，就是我可以有555構(gòu)成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路然 后通過調(diào)節(jié)這個(gè)單穩(wěn)脈沖的占空比來調(diào)節(jié)燈泡的功率，最后成功了。 此次的課程設(shè)計(jì)，讓我懂得了實(shí)踐的重要性，更懂得了理論知識(shí)是一切實(shí)踐 的基礎(chǔ)。只有把掌握課本知識(shí)的很好，才能夠?qū)⑵鋺?yīng)用于實(shí)踐，只有通過實(shí)踐才 能更好的掌握課本知識(shí)。如果不掌握好課本基礎(chǔ)知識(shí)，實(shí)踐將是遇到的很多困難 都將不知道如何解決；當(dāng)然反過來如果不會(huì)進(jìn)行實(shí)踐也不行， 課本知識(shí)是一些支 離破碎的知識(shí)，要通過實(shí)踐才能將其融合在一起， 并運(yùn)用與實(shí)際應(yīng)用。再說只有實(shí)踐了才會(huì)真正發(fā)現(xiàn)自己的不足， 這次的我是深有體會(huì)啊。這次課程設(shè)計(jì)給了我 一次復(fù)習(xí)和運(yùn)用