五邑大学
信息工程学院
2015-2016学年第一学期
课 程： 数字电路课程设计 指导教师： 何文丰 班 级： 130705 姓 名： 潘 菲 学 号： 3113001691
目录
1 概述............................................................................................................................ 3
2芯片介绍 .................................................................................................................... 3
3 方案选择与论证 ....................................................................................................... 4
3.1降压部分的选择............................................................................................. 4 3.2整流部分的选择............................................................................................. 4 3.3滤波部分的选择............................................................................................. 4 3.4稳压部分的选择............................................................................................. 4 3.5芯片时钟的选择............................................................................................. 4 3.6分频管脚的选择............................................................................................. 4
4 系统电路设计............................................................................................................ 5
4.1直流稳压电路................................................................................................. 5 4.2芯片部分 ......................................................................................................... 6 4.3 原理图和PCB ................................................................................................. 6
5元件清单 .................................................................................................................... 8
6 实物照片 ................................................................................................................... 8
7结论和心得 ................................................................................................................ 9
1 概述
LED七彩灯是一种点亮后会自动按一定的时间间隔变色。由三原色光组合成青、黄、绿、紫、蓝、红、白七种颜色循环发光的电子产品。
本次课程设计制作的就是七彩灯，我们用简单的元件实现七彩灯的功能。通过直流稳压电路将220V交流电压转化为10V直流电压给芯片和灯供电。用RC振荡电路给芯片提供时钟信号。用二进制计数芯片CD4060实现对输入脉冲的分频，三种颜色二极管在不同的频段交替亮灭，通过红，蓝，绿三原色的发光二极管混合发出七种颜色的光。其中根据光学三原色：红（Red)、绿（Green）、蓝（Blue)组合的颜色：红＋绿＝黄（Yellow)； 绿＋蓝＝青（Cyan)； 红＋蓝＝紫（Purple)； 红＋绿＋蓝＝白（White)，即由红，绿，蓝，黄，青，紫，白七种颜色循环。 RC振荡电路（时钟） 220V,50Hz CD4060 整流滤波稳压电路 2芯片介绍 绿灯 红灯 蓝灯
3 方案选择与论证 3.1降压部分的选择
方案1：用大功率大阻值电阻直接分压。优点：极其简单。缺点，电阻阻值过大，会导致电流过小，无法有效驱动电路，电阻阻值过小，会导致电压电流过大，烧坏元件。
方案2：用阻容降压电路降压。优点：成本低，电路简单，体积小，不会有太大的电流损耗。缺点：输出电压不稳定，负载会影响输出电压。
方案3：用变压器降压。优点：结构简单、可靠性高。缺点：体积过大。 最终决定用方案2：阻容降压电路降压。 3.2整流部分的选择
方案1：单相半波整流电路。优点：最简单的整流电路。缺点，整流电压脉动较大。
方案2：单相桥式整流电路。优点：电压脉动较小。缺点，使用原件多。 最终决定用方案2：单相桥式整流电路。 3.3滤波部分的选择
方案1：电容滤波电路。优点：结构简单，脉动较小。缺点：带负载能力不强。
方案2：电感滤波电路。优点：峰值电流小，输出特性平坦。缺点：体积大，容易起电磁干扰。
方案3：复式滤波电路。优点：输出平滑。缺点：体积大。 最终决定用方案1：电容滤波电路。 3.4稳压部分的选择
方案1：并联型稳压电路。优点：简单，只用两个元件。缺点：稳压电路输出电流小，输出电压不能调节，输出并不能完全稳定。
方案2：串联反馈式稳压电路。优点：输出稳定，电压可调。缺点：电路较复杂。
最终选用方案1：并联型稳压电路。 3.5芯片时钟的选择
方案1：从电源取时钟频率。优点：电路简单，频率稳定。缺点：需要用大电阻隔绝电源和时钟端，若电阻损坏会导致芯片烧毁。且时钟频率不可调。
方案2：RC震荡电路。优点：电路较简单，加上可变电阻即可调节频率。缺点：频率并不完全稳定。
方案3：晶振做震荡源。优点：频率稳定。缺点：电路较复杂，频率不可调。 最终选择方案2：RC振荡电路。 3.6分频管脚的选择
根据分频原理，只要是相邻次数的三个分频就可以实现七彩灯七种颜色的组合，最终决定使用6，7，8分频，即4脚，6脚，14脚。
4 系统电路设计 4.1直流稳压电路
（1）阻容降压
阻容降压是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。如果电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所作的功为无功功率。根据这个特点，我们如果在一个1uF 的电容器上再串联一个阻性元件，则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。
C1 在电路中的容抗Xc 为:
Xc=1 /（2 πfC）= 1/（2*3.14*50*10-5）= 3.18KΩ 并联的100Ω电阻可忽略不计。
流过电容器C1 的充电电流（Ic）为： Ic = U / Xc = 220 / 3.18 = 69.18mA 用电压表实测出输出交流电压为9.3V。
（2）整流滤波稳压电路
整流电路的功能是利用二极管的单向导电性将正弦交流电压转换成单向脉动电压。电容滤波是通过电容的充电放电来滤除交流分量的。稳压是通过稳压管对电流的强大控制能力来实现的。
整流输出直流电压平均值： 0.9U=8.37V
用电压表实测出输出电压为8.00V。
4.2芯片部分
（1）时钟
时钟由RC振荡电路产生。
T=2.2RC=2.2*220k*10^-7=40.0484 （2）分频
6级2分频（红灯）=T*2^5=1.548s 7级2分频（绿灯）=T*2^6=3.097s 8级2分频（蓝灯）=T*2^7=6.195s
整个七彩灯的循环周期Tx=6.195s-0.5*1.548s=5.421 时序图如下 （3）复位
为了去除Q6最后一段周期（即全部等不亮的那段时间），用三个二极管将Q6,Q7,Q8和复位端串联.当Q6,Q7,Q8都没有输出低电平时，复位端就会响应，芯片就会立即复位。
4.3 原理图和PCB
5元件清单 器件 瓷片电容 瓷片电容 电解电容 CBB电容 CD4060芯片 二极管 6 实物照片
规格*数量 0.33uF 0.1uF 0.1uF 1uF 1N4007*7 稳压二极管 接线端子 水泥电阻 电阻 LED灯 1N4739 100Ω 1KΩ,1MΩ*2 22KΩ,10KΩ 红绿蓝各4个
7结论和心得
本次设计历经一个半月。为了准备本次设计，复习了许多模电中关于频率产生和直流稳压电路的知识，了解了CD4060芯片的工作原理和功能，以便计算和确定元件参数来完成设计。还学会了使用Proteus和Multisim进行电路仿真，用面包板实验电路是否可行。其中出现了许多问题，烧坏了许多个电阻，甚至多次有火花产生，经过多次实践后确定下电路图及元件参数。再用Altium Designer画出原理图和PCB，印出电路板。制作实物的时候也因为自身的一些小小的失误出了不少曲折，浪费了很多的时间，不过最后还是成功的做出了实物。这么多的努力都是值得的，设计过程中也获得了很多知识，学会了很多技能。今后要更加努力学好理论，多动手实践，实践与理论相结合，提升自身的专业能力。
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