平面彩灯控制器的电路图电路分析
发布时间：2013-4-1 15:02
发布者：1770309616
|
本彩灯控制器可控制五路彩灯逐行递增点亮，再逐行递减熄灭。然后再将一定数量的彩色灯组合联接，就能营造出平面上色彩绚丽的场景。本控制器采用数字集成块，外围元器件少、电路结构简单，只要元器件完好、装接无误，装后无须调试即可一举成功。 二维彩灯控制器电路如图1所示，主要由非门IC1（CD4069）、计数/时序分配电路IC2（CD4017）、模拟电子开关IC3（CD4066）及Ｄ触发IC4（CD40174）等组成。 CD4069逻辑功能及引脚如图2a所示，其中非门F1、F2和外接电阻R2、R3、电容C4构成多谐振荡器，产生约3Hz的脉冲方波，供给CD4017作计数脉冲和CD40174作移位脉冲。R3、C4为振荡定时元件，调节这两个元件可改变振荡信号频率，从而控制彩灯色彩的流动速度，以呈现各种不同的视觉效果。另外，CD4069的非门3还用作CD40174复位信号的倒相器。 
CD4069多谐振荡器输出端{4}脚送出的脉冲串，一路直接送入CD4017的计数脉冲输入端{14}脚。CD4017为十进制计数/时序分配器，用于产生CD4066模拟开关切换的控制信号。其引脚功能如图2b所示。Cr为复位端，当Cr端输入高电平时、计数器置零态。CD4017具有自动启动功能，即在电路进入无效状态时，在计数脉冲作用下，最多经过两个时钟周期就能回到正常循环圈中，因此本控制器的CD4017未设置加电复位电路。Co为进位输出端，当计数满10个时钟脉冲时输出一个正脉冲。CD4017有CL和EN两个计数输入端，CL端为脉冲上升沿触发端，若计数脉冲从CL端输入，则EN端应接低电平；EN端为脉冲下降沿触发端，若计数脉冲从EN端输入，则CL端应接高电平，否则禁止输入计数脉冲。取自CD4069的计数脉冲从其CL端{14}脚输入，故EN端{13}脚接地。Y0～Y9为计数器的十个输出端，输出端送出的脉冲方波通过隔离二极管VD3～VD12连接成两路控制信号，加到模拟开关CD4066。 当第一个计数脉冲到来时，CD4017内电路翻转，{3}脚Y0呈高电平，经二极管VD5加到CD4066{12}脚。CD4066为双向模拟开关，其引脚功能如图2c所示，内部含有A、B、C、D四个独立的模拟开关，本控制器使用了其中B、D两个开关。每个开关有一个输入端和一个输出端，这两端可以互换使用。B开关的输入端{11}脚与电源相连、接入高电平；D开关的输出端{8}脚接地；由于两个开关接成串联形式，B开关的输出端{10}脚与D开关的输入端{9}脚相连，作为高、低电平的切换点。另外，CD4066的{12}脚和{6}脚分别为开关B、D的选通端，输入高电平时、开关闭合；输入低电平时开关断开。开关B在其选通端{12}脚输入的高电平作用下，接通{11}脚和{10}脚，{10}脚变为高电平。与此同时，CD4017其余各输出端Y1～Y9均为低电平，于是CD4066开关D的选通端也为低电平，开关D关断，这样不影响{10}脚的电平状态。 CD4066{10}脚输出的高电平信号直接送入D触发器CD40174的串行输入端{3}脚。CD40174内部含有6个D型触发器，如图2d所示。本控制器将其中的5个连接成串行输入、并行输出的五位移位寄存器。其中D6为最高位触发器，D2为最低位触发器（D1未用），依次排列。每个触发器都有各自的输入端和输出端，高一位触发器的输出端Q与低一位触发器的输入端D相接，只有最高位触发器D6的输入端CD40174{3}脚接收脉冲信号。CD40174{2}{4}脚、{5}{6}脚、{7}{11}脚、{10}{13}脚、{12}{14}脚分别为各相邻触发器输入端和输出端的连接点，作为五位寄存器的并行输出端。各触发器的复位端连在一起，作为寄存器的总清零端。寄存器工作前低电平复位有效，工作开始复位信号应跳变为高电平，并在工作期间一直保持。复位信号是由电容器C3、电阻器R4及CD4069非门3构成的复位电路提供的。在接通电源瞬间，电源电压经C3、R4微分成一个正脉冲，此脉冲通过非门F3倒相，从CD4069{6}脚输出，送入CD40174复位端{1}脚，用以完成寄存器工作前的置零任务。随着时间的延续，C3充电结束，在其负极端形成一个稳定的低电平，经F3倒相后来满足寄存器工作期间的需要。各触发器的时钟脉冲输入端也连接在一起，作为寄存器的移位脉冲输入端。 移位脉冲取自CD4069{4}脚的脉冲串，从CD40174{9}脚输入。在第一个移位脉冲的上升沿，CD40174{3}脚输入的高电平信号移入触发器D6，寄存器的输出端状态由初始的“00000”变为“10000”，CD40174{2}{4}脚呈高电平。此高电平经隔离电阻R11加到三极管VT1放大、再从其发射极输出，送入双向晶闸管VS1的控制极，驱动VS1导通，第Ⅰ路彩灯因其电流回路形成而被点亮。与此同时，寄存器其余的四个输出端均为低电平，双向晶闸管VS2～VS5无驱动信号而阻断，所控制的四路彩灯Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ不亮。 当第二个计数脉冲到来时，CD4017计数输出端Y1呈高电平。此高电平从其{2}脚输出，经二极管VD4加到CD4066{12}脚。保持开关B的接通，从而维持CD40174{3}脚串行输入端的高电平状态。在第二个移位脉冲作用下，寄存器的输出状态由“10000”变为“11000”，CD40174{2}{4}脚、{5}{6}脚呈高电平，经三极管VT1、VT2放大，驱动晶闸管VS1、VS2导通。这样在保持第Ⅰ路彩灯点亮的同时，第Ⅱ路彩灯相继被点亮，而其余三路彩灯则仍为熄灭状态。 当第三个计数脉冲到来时，CD4017计数输出端Y2呈高电平。此高电平从其{4}脚输出，经二极管VD6加到CD4066{12}脚。开关B继续接通，继续维持CD40174{3}脚的高电平。第三个移位脉冲使寄存器的输出状态由“11000”变为“11100”，CD40174{2}{4}脚、{5}{6}脚、{7}{11}脚同时呈高电平，经三极管VT1、VT2、VT3驱动晶闸管VS1、VS2、VS3导通。第Ⅰ、Ⅱ路彩灯继续点亮，第Ⅲ路彩灯又被点亮。 同理，当第四、五个计数脉冲到来时，CD4017计数输出端Y3、Y4依次呈高电平。CD4066保持开关B的接通， CD40174{3}脚维持高电平状态。第四、五个移位脉冲使寄存器的输出状态依次为“11110”和“11111”，晶闸管在控制点亮前三路彩灯的基础上，又依次点亮了第Ⅳ、Ⅴ路彩灯。 由此可见，五路彩灯是按逐行递增的方式点亮的。 当第六个计数脉冲到来时，CD4017计数输出端Y5呈高电平。此高电平从其{1}脚输出，经二极管VD3加到CD4066开关D的选通端{6}脚，接通{8}脚和{9}脚，从而使{9}脚接地。同时，CD4017其余的计数输出端均为低电平，CD4066开关B因此而关断，以防止电源被接通的开关D短路。由于CD40174{3}脚与CD4066{9}脚直接相连，于是CD40174寄存器的串行输入端变为低电平。在第六个移位脉冲作用下，寄存器的输出状态由“11111”变为“01111”，CD40174{2}{4}脚输出低电平，三极管VT1截止。晶闸管VS1失去触发信号，在交流电源过零瞬间自行阻断，第Ⅰ路灯熄灭。而寄存器其余四路输出端的高电平，通过VT2、VT3、VT4、VT5和VS2、VS3、VS4、VS5继续控制第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四路彩灯点亮。 当第七个计数脉冲到来时，CD4017计数输出端Y6呈高电平。此高电平从其{5}脚输出，经二极管VD7加到CD4066{6}脚，保持{9}脚接地。以维持CD40174寄存器串行输入端的低电平。第七个移位脉冲使寄存器的输出状态由“01111”变为“00111”，CD40174{2}{4}脚、{5}{6}脚同时输出低电平，三极管VT1、VT2截止。晶闸管VS1因无触发信号而维持其阻断状态；VS2因失去触发信号，在交流电源过零瞬间而阻断。第Ⅰ、Ⅱ路彩灯熄灭。而寄存器其余三路输出的高电平，依然控制第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三路彩灯点亮。 同理，当第八、九、十个计数脉冲到来时，CD4017计数输出端Y7、Y8、Y9依次输出的高电平控制CD4066开关D的接通，维持CD40174寄存器串行输入端的低电平。当寄存器的移位脉冲输入端依次接收到第八、九、十个脉冲时，寄存器的输出状态则依次为“00011”、“00001”、“00000”，第3、4、5位的低电平控制晶闸管VS3、VS4、VS5依次阻断，在第Ⅰ、Ⅱ路彩灯熄灭的情况下，第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三路彩灯依次熄灭。上述说明，五路彩灯是按逐行递减的方式熄灭的。 当计数器CD4017计数满10个脉冲时，其进位端{12}脚输出一个正脉冲，直接反馈到其复位端{15}脚，使计数器复位，然后开始下一轮的计数过程，这样彩灯就周而复始地循环工作。 电路中的电阻器R1、电容器C1、C2、二极管VD1、VD2组成电源电路。AC220V市电通过电源电路的降压、整流、滤波及稳压处理，变换成比较稳定的DC12V低压，为各晶体管和集成电路提供工作电压。 |
网友评论