基于555电路的彩灯循环发光控制器的设计学士学位论文.doc

xxxx毕业论文
基于555电路的毕业设计

毕 业 设 计 任 务 书

专业 通信技术

年级 2XXX级 班级 一班

姓名 XXX 学号 2XXX0207044

xxxx 教 务 处 编 印

毕业设计指导须知

一、毕业设计是高职教学过程中一个十分重要的环节。是锻炼学生运用所学知识正确分析和解决实际问题的一个重要方面，也是高职培养应用型专门人才的要求。
二、导教师应为具有讲师以上或相应职称的有关专业人员，且专业对口（指所指导专业应同所聘教师专业职称相一致）。经系、教务处审查同意后，才能指导学生的毕业设计。
三、学生应以严肃认真，实事求是的态度完成设计。要独立思考，自己动手，不得抄袭或找人代笔。
四、毕业设计选题要符合专业培养目标的要求。论文（任务书）写作要做到论点明确、论据充分，论理透彻，语言准确恰当，书面整洁、字迹工整，图纸应清晰、工整，符合设计要求，符合国家有关标准和部颁标准。字数、图纸数量符合有关要求。并在规定的时间内完成。
五、答辩过程中学生要严认真，文明礼貌，谦虚谨慎，认真回答答辩主持人，委员等提出的问题。
六、填报有关表格时，应按项目要求逐项填实、填全、填清。

学号
2XXX0207044
姓名
XXX
学 制
三年
专业
通信技术
年级
2XXX级
教学班负责人
XXX
班级
通信技术一班
指导教师姓名
XXX
职务或职称
讲师
设 计 题 目
彩灯循环发光控制器

指导教师评语：

成绩： 指导教师签名： 工作单位 年 月 日

系复审意见：

成绩： 复审人签名： 职称： 公章 年 月 日

教务处终审意见：

公章 年 月 日
答 辩 情 况 记 录

答 辩 题 目

答 辩 情 况
正确
基本正确
经提示
回 答
不正确
未回答

此表由主持答辩的同志填写。

答辩委员会（或小组）评语：

成绩： 主持答辩人签名： 职称： 月 日
一、毕业设计的任务和具体要求：
任务：
（1）巩固和提高学过的基础理论和专业知识；
（2）提高运用所学专业知识进行独立思考和综合分析、解决实际问题的能力；
（3）彩灯能够自动循环点亮。
（4）彩灯循环显示且频率快慢可调。
（5）该控制电路具有4路以上输出。
（6）培养掌握正确的思维方法和利用软件和硬件解决实际问题的基本技能；
（7）增强对实际电路的认识，掌握分析处理方法，进行调试、计算等基本技能的训练，使之具有一定程度的实际工作能力。
（8）掌握科研、资料查询的基本方法以及获取新知识的能力。
（9）促使我们学习和获取新知识，掌握自我学习的能力。
（10）通过参与实际工作，使我们了解社会和工作，具备一定的实际工作能力
（11）通过设计循环发光控制器，了解其工作原理和内部构造
要求：
毕业设计的要求体现于整个工作的各个阶段中，可根据课题的特点而有所侧重，但应到如下的基本要求：
1．根据课题任务制定合理、可行的工作计划；
2．进行必要的调研和资料搜集、文献阅读；
3．制定适当的技术方案，并通过与其它方案的比较加以论证；
4．独立完成系统或模块的设计。软件设计要符合软件工程规范，硬件设计符合原理表示、线路图纸和工艺要求的各种规范；
5．制定系统（模块）的测试方法，并根据完整的测试数据对系统（模块）的性能指标做出分析和评价；
6．对课题成果进行总结，撰写毕业设计说明书

二、毕业设计应完成的图纸：
图2-1彩灯循环控制器电路PCB原理框图 见2页
图2-2 彩灯循环控制器电路PCB板图 见3页
图2-3 彩灯循环控制器电路3D显示图 见3页
图2-4 NE555定时器 见4页
图2-5 计数器／译码分配器CD4017 见5页
图2-6 CD4017的工作原理及应用电路图 见5页
图2-7本次试验设计中选用的电阻/可变电阻 见6页
表2-8 电阻阻值读取方法色谱图表 见6页
图2-9 本次试验设计中选用的瓷片电容 见8页
图2-10本次试验设计中选用的CD11-16V型电解电容 见9页
图2-11电解电容内部原理图 见9页
图2-12本次试验设计选用的二极管 见11页
图2-13发光二极管 见11页
图2-14 CW7812的管脚图 见13页
图2-15 按钮开关 见13页
图2-16 焊接用万用板 见13页
图4-1 交流降压整流电路功能实现流程图 见15页
图4-2 变压器内部原理图 见15页
图4-3 单相桥式整流滤波电路及波形图 见17页
图4-4单相桥式整流电路工作原理 见17页
图4-5电容滤波电路 见18页
图4-6 三端稳压器原理框图 见19页

三、其他要求：
注意强电的使用，安全用电；设计作品美观大方、精巧；通过毕业设计的过程，学习从中的经验，总结出来。为今后的工作奠定基础。

四、毕业设计的期限：
自 2008 年 09 月 01 日至 2008 年 10 月 10 日

五、毕业设计（论文）进度计划：

起 至 日 期
工 作 内 容
备 注
2008/09/1---2XXX/09/4

2008/09/4—2008/09/9
2008/09/9—2008/09/15

2008/09/16—2008/09/23

2008/09/23—2008/09/28
2008/09/28—2008/10/1
一、需求分析阶段
1、设计需求、可行性分析
2、系统所需的功能和任务目标
二、搜集资料、熟悉设计所用器材
三、电路设计
1、方案分析
2、系统分析
3、框架设计、模块划分
四、熟悉电路构成和面包板实验

五、在万能实验板上焊接电路
六、整理实验和完成论文

彩灯循环发光控制器
摘 要
本实验设计中555彩灯控制器可用于对霓虹灯或彩灯及节日字灯的控制，555节日彩灯控制器电路由555 电路和十进制计数器CD40I7 组成，其中555 电路用来产生移位控制脉冲， CD40I7 用来对控制脉冲实现移位，传递出的触发信号脉冲驱动彩灯作循环流动。4 个输出端按照一定的时间间隔，以→→ → 的顺序循环流动，第4个输出端熄灭后停歇2倍于两灯间的停歇时间后重新进入下一循环。
关键词：循环发光控制器 NE555集成时基电路

目 录

第一章 前言 …………………………………………………………………………………1
第二章 循环发光控制器系统硬件介绍 ………………………………………………2
2.1 电路构成原理图………………………………………………………………………2
2.2实验元器件构成及功能分析…………………………………………………………4
第三章 循环发光控制器电路工作原理分析 ……………………………………… 14
第四章 循环发光控制器电路模块化分析及调试 …………………………………15
4.1 交流降压整流滤波电路 …………………………………………………………15
4.2 无稳态多谐振荡器电路 …………………………………………………………19
4.3 顺序脉冲发生电路/时序控制电路 ……………………………………………………20
第五章 循环发光控制器的焊接与调试 …………………………………………… 21
5.1 基于面包板的插装…………………………………………………………………21
5.2 组装成品焊接………………………………………………………………………21
5.3 电路的调试…………………………………………………………………………21
第六章 结束语 ……………………………………………………………………………22
6.1论文总结 ……………………………………………………………………………22
6.2工作展望 ……………………………………………………………………………22
参考文献 ……………………………………………………………………………………23
致谢……………………………………………………………………………………………24

IX

彩灯循环发光控制器
第一章 前 言
19世纪兴起的数字电路以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占有越来越重要的地位。随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色流水灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间。因此，在原有的基础上改进，设计这款彩灯循环发光控制器，通过对NE555集成时基电路和计数器／译码分配器CD4017等集成块的合理组建，实现了对彩灯的循环发光控制功能。
动态霓虹灯应该聚而不散、不能为了追求“跳跃”而给人凌乱的感觉，不管采用何种色彩，何种图案，都应该有顺序地渐变和跳跃，给受众一种秩序感，主次感、并便于受众顺着有规律的节奏接着看第二次、第三次。在设计制作时，既要给人以变幻的吸引力，又要主次分明，没有色彩和图案紊乱的感觉。变换、闪烁、跳跃式的霓虹灯为促进销售，为营造欢乐、多姿多彩的生活正越来越受到人们的重视与欢迎。

第二章 循环发光控制器系统硬件介绍
2.1 电路构成原理图

图2-1彩灯循环控制器电路PCB原理框图

图2-2 彩灯循环控制器电路PCB板图

图2-3 彩灯循环控制器电路3D显示图
 2.2实验元器件构成及功能分析
（1）NE555
555集成时基电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，可连接成多谐振荡电路，产生单位脉冲，用于触发计数器。在延时操作中，脉冲由一个电阻和一个电容控制。用于稳定工作的振荡器时，频率由两个电阻和一个电容控制。NE555会在下降延触发和清零，此时输出端产生200mA的电流。NE555的工作温度为0℃～70℃。

图2-4 NE555定时器
各管脚说明：1接地2触发 3输出 4复位5控制电压 6门限(阈值） 7放电 8电源电压Vcc。
其功能主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号。
（2）计数器／译码分配器CD4017
计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。在此试验设计电路中我们采用了十进制计数／分频器CD4017，它是一种用途非常广泛的电路。其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。
CD4017是一块十进制计数\分频器。当复位端为‘1’时，计数器清零。在clock unable端为‘0’状态下，计数器在信号的正上升沿触发。CD4017的管脚分布图如图2-4所示。
CO：进位脉冲输渊 CP：时钟输入端
CR：清除端 INH：禁止端
Q0-Q9 计数脉冲输出端 VDD：正电源
VSS：地

图2-5 计数器／译码分配器CD4017

图2-6 CD4017的工作原理及应用电路图
CD4017有3个输入（MR、和~），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1～O9）均为低电平。和～是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由端输入；若要用下降沿来计数，则信号由端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。
CD4017有10个输出端（～ O9）和1个进位输出端每输入10个计数脉冲，就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。
由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。
（3）电阻/可变电阻

图2-7本次试验设计中选用的电阻/可变电阻

表2-8 电阻阻值读取方法色谱图表
导体对电流的阻碍作用就叫该导体的电阻。主要职能就是阻碍电流流过 ,应用于限流、分流、降压、分压、负载与电容配合作滤波器及阻匹配等。
　　电阻器简称电阻（Resistor，通常用“R”表示）是所有电子电路中使用最多的元件。电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。
电阻都有一定的阻值，它代表这个电阻对电流流动阻挡力的大小。电阻的单位是欧姆，用符号“Ω”表示。欧姆是这样定义的：当在一个电阻器的两端加上1伏特的电压时，如果在这个电阻器中有1安培的电流通过，则这个电阻器的阻值为1欧姆。
　　在国际单位制中，电阻的单位是Ω（欧姆），此外还有（千欧）， （兆欧）。其中：
　　1=1000 ， 1=1000Ω。
　　电阻的阻值标法通常有色环法，数字法。色环法在一般的的电阻上比较常见。由于一些电路中的电阻比较小，很少被标上阻值，即使有，一般也采用数字法，即：
　　10^1——表示10Ω的电阻； 10^2——表示100Ω的电阻； 10^3——表示1的电阻； 10^4——表示10的电阻； 10^6——表示1的电阻； 10^7——表示10的电阻。
　　如果一个电阻上标为2210^3，则这个电阻为22。
数码法是用三位数字表示元件的标称值。从左至右，前两位表示有效数位，第三位表示10n(n=0～8)。当n=9时为特例，表示10^(-1)。塑料电阻器的103表示1010^3=10k。片状电阻多用数码法标示，如512表示5.1。电容上数码标示479为4710^(-1)=4.7pF。而标志是0或000的电阻器，表示是跳线，阻值为0Ω。数码法标示时，电阻单位为欧姆，电容单位为，电感一般不用数码标示。
　　电阻器的电气性能指标通常有标称阻值,误差与额定功率等。
　　它与其它元件一起构成一些功能电路，如RC电路等。
　　电阻是一个线性元件。说它是线性元件，是因为通过实验发现，在一定条件下，流经一个电阻的电流与电阻两端的电压成正比——即它是符合欧姆定律：
常见的碳膜电阻或金属膜电阻器在温度恒定，且电压和电流值限制在额定条件之内时，可用线性电阻器来模拟。如果电压或电流值超过规定值，电阻器将因过热而不遵从欧姆定律，甚至还会被烧毁。电阻的种类很多，通常分为碳膜电阻，金属电阻，线绕电阻等：它又包含固定电阻与可变电阻，光敏电阻，压敏电阻，热敏电阻等。
测试：使用万用表判断出电阻的好坏：将万用表调节在电阻挡的合适挡位，并将万用表的两个表笔放在电阻的两端，就可以从万用表上读出电阻的阻值。应注意的是，测试电阻时手不能接触到表笔的金属部分。
(4)电容若干
电容是表征电容器容纳电荷的本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。很多电子产品中，电容器都是必不可少的电子元器件，它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源和退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。电容在电路中一般用“C”加数字表示（如C13表示编号为13的电容）。电容是由两片金属膜紧靠，中间用绝缘材料隔开而组成的元件。电容的特性主要是隔直流通交流。
电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小，电容对交流信号的阻碍作用称为容抗，它与交流信号的频率和电容量有关。
电容的符号是C。
　　在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F,常用的电容单位有毫法()、微法()、纳法()和皮法()(皮法又称微微法)等，换算关系是：
　　1法拉(F)= 1000毫法()＝1000000微法()
　　1微法()= 1000纳法()= 1000000皮法()。
　　相关公式：
　　一个电容器，如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏，这个电容器的电容就是1法，即： 但电容的大小不是由Q或U决定的，即： 。其中，ε是一个常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量。
电容器的电势能计算公式：E=CU^2/2

图2-9 本次试验设计中选用的瓷片电容
名称：低频瓷介电容（CT）
电容量：10p—4.7μ
额定电压：50V--100V
主要特点：体积小，价廉，损耗大，稳定性差
应用：要求不高的低频电路

图2-10本次试验设计中选用的CD11-16V型电解电容
名称：铝电解电容
　　电容量：0.47--10000μ
　　额定电压：6.3--450V
主要特点：体积小，容量大，损耗大，漏电大

图2-11电解电容内部原理图
电解电容是电容的一种介质有电解液涂层有极性，分正负不可接错。电容(Electric capacity)，由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。电解电容有以下几个特点：
a、单位体积的电容量非常大，比其它种类的电容大几十到数百倍。
b、额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万μf甚至几f（但不能和双电层电容比）。
c、价格比其它种类具有压倒性优势，因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。制造电解电容的设备也都是普通的工业设备，可以大规模生产，成本相对比较低。
电解电容器通常是由金属箔（铝/钽）作为正电极，金属箔的绝缘氧化层（氧化铝/钽五氧化物）作为电介质，电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容器。铝电解电容器的负电极由浸过电解质液（液态电解质）的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成；钽电解电容器的负电极通常采用二氧化锰。由于均以电解质作为负电极（注意和电介质区分），电解电容器因而得名。
有极性电解电容器通常在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波、退耦、信号耦合及时间常数设定、隔直流等作用。一般不能用于交流电源电路，在直流电源电路中作滤波电容使用时，其阳极（正极）应与电源电压的正极端相连接，阴极（负极）与电源电压的负极端相连接，不能接反，否则会损坏电容器。
无极性电解电容器通常用于音箱分频器电路、电视机S校正电路及单相电动机的起动电路。
电解电容器广泛应用于家用电器和各种电子产品中，其容量范围较大，一般为1~1000，额定工作电压范围为6.3~450V。其缺点是介质损耗、容量误差较大（最大允许偏差为+100%、-20%），耐高温性较差，存放时间长容易失效。
容抗 (f表示交流信号的频率，C表示电容容量)电话机中常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等。
　　容量大的电容其容量值在电容上直接标明，如10 μF/16V
　　容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示
　　字母表示法：1m=1000 1P2=1.2 1n=1000
　　数字表示法：三位数字的表示法也称电容量的数码表示法。三位数字的前两位数字为标称容量的有效数宇，第三位数宇表示有效数字后面零的个数，它们的单位都是。
　　如:102表示标称容量为1000。
　　221表示标称容量为220。
　　224表示标称容量为22x10(4) 。
　　在这种表示法中有一个特殊情况，就是当第三位数字用"9"表示时，是用有效数宇乘上10-1来表示容量大小。
如:229表示标称容量为22x(10-1) =2.2。
允许误差 ±1% ±2% ±5% ±10% ±15% ±20%
（5）二极管

图2-12本次试验设计选用的二极管
晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。
当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。
当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。
当外加的反向电压高到一定程度时，结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。
本次设计中使用二极管进行了整流、检波等功能的应用。
(6)发光二极管

图2-13发光二极管
发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算：

式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流。发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应按电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。
与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。
本次毕业设计试验中选用了普通单色发光二极管、高亮度发光二极管和变色发光二极管。
a、普通单色发光二极管 普通单色发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。它属于电流控制型半导体器件，使用时需串接合适的限流电阻。
b、高亮度单色发光二极管使用的半导体材料与普通单色发光二极管不同，所以发光的强度也不同。通常，高亮度单色发光二极管使用砷铝化镓（GaAlAs）等材料，而普通单色发光二极管使用磷化镓（GaP）或磷砷化镓（GaAsP）等材料。
c、变色发光二极管是能变换发光颜色的发光二极管。变色发光二极管发光颜色种类可分为双色发光二极管、三色发光二极管和多色（有红、蓝、绿、白四种颜色）发光二极管。变色发光二极管按引脚数量可分为二端变色发光二极管、三端变色发光二极管、四端变色发光二极管和六端变色发光二极管。本次选用的是二端变色发光二极管。
（6）固定三端稳压器
三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳太器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，本次选用的是固定三端稳压器。
CW7812的管脚判断：1脚输入端，2脚输出端，3脚接地端。

图2-14 CW7812的管脚图
（7）按钮开关

图2-15 按钮开关
为使设计成品规范化、实用化，我们选用了按钮开关。
（8）万能板

图2-16 焊接用万用板
万能版是将各种元器件最终组长成型实现电路功能所必须的。
（9）变压器
在电源电路中，使用变压器将200V的市电转换成可电路可承载的12V。
第三章 循环发光控制器电路工作原理分析
在该循环发光控制器电路中， NE555与 ， +及组成可调式脉冲振荡器，为移位控制电路输出移位脉冲，脉冲周期可通过RP 调节，调节范围为O. 5~6. 55 ，可连续进行无级调节。
在此彩灯循环发光控制器电路中， NE555的输出端与复位端R 连接，当 输出高电平时，通过R 端使计数器复位， 输出高电平。这样，在每一个循环中， ~ 的输出端各连接一个驱动电路， 输出端连接复位端， 空置，形成在每一个循环中的最后一组灯亮过后，要停歇两个输出间的停歇时间，然后进行下一个循环。
十进制计数/脉冲分配器CD40I7 组成移位控制电路，在移位脉冲的驱动下，它的输出端以→→→→……的顺序循环移动。在本电路中，输出端空置，输出端 ~ 连接4 只二极管，每只二极管串联上相互并联的若干发光二极管，接通彩灯电源，实现彩灯流动。

第四章 循环发光控制器电路模块化分析及调试
4.1 交流降压整流电路及调试

图4-1 交流降压整流电路功能实现流程图
（1）变压电路及调试
变压电路有升压和降压两种作用，此次电源电路中的变压电路是降压电路。电源降压电路可以通过降压变压器或电容来实现，我们采用的是电源降压变压器来进行交流市电降压。电源变压电路主要作用是将交流电压降低到所需要的电压值，另外还可以进行市电隔离保证用电安全性。
在电源变压器电路中，输入220V交流市电，从初级线圈1端和2端之间输入。降压后的交流电压从次级线圈3端和4端输出。

图4-2 变压器内部原理图
本此试验设计选用了两组独立次级线圈的变压器：有几种变压器初级线圈和次级线圈都是各只有一组，而这种变压器的次级线圈有两组。各组次级线圈分别输出不同电压，这样两组输出直流电压之间的相互干扰就会更小。此外还有两组次级线圈独立接地的变压器。这样做的目的是为了保证两个次级线圈回路之间不发生相互干扰，比上面那种变压器的抗干扰能力更强。
调试：将电源变压器的初级线圈两端分别接入电源线零线及火线，同时为确保电路安全，我们在火线上又接入了一个保险丝，处理完毕后插上电源，利用万用表调到电压档，测试输出电压为12.36V，基本符合试验要求。
变压电路的几点心得小结
a、电源变压器通常是降压变压器，用来将220V交流市电电压降低到所需要的交流电压。
b、变压器降压电路分析时主要区分变压器的初级线圈和次级线圈，与220V交流市电相连接的是初级线圈，初级线圈只有一组；次级线圈与整流二极管相连，电源变压器的次级线圈可以多于一组，有时多达四五组。
c、要注意，变压器次级线圈两端的输出电压相位是相反的。
d、注意，变压器的次级线圈的一端不一定要接线路的地线，若接地，应接整机电路的共用参考点，即线路上的地线，而不是大地的地。
e、清楚电源变压器初级线圈和次级线圈回路中有没有保险丝。因为初级线圈回路中的保险丝电流比较小，次级线圈回路中的保险丝电流比较大，这是因为初级线圈上的电压高、电流小，次级线圈上的电压低、电流大。根据电路中变压器各线圈回路中的保险丝电流大小，也可以分辨出电源变压器的初级线圈和次级线圈。
（2）单相桥式整流滤波电路及调试
单相桥式整流电路就是将交流转换为直流的电路。主要是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压，习惯上称单向大脉动性直流电压。而滤波电路的作用是把大脉动直流电处理成平滑的脉动小的直流电。
利用二极管的单向导电性可进行整流，而后利用电容进行平滑滤波。
为了提高整流滤波效率，使交流电的正负半周信号都被利用，则应采用全波整流，现以全波桥式整流为例，其电路和相应的波形如图

图4-3单相桥式整流滤波电路及波形图

图4-4单相桥式整流电路工作原理
桥式整流电路如图所示,其中图（a）、（b）、（c）是它的三种不同画法。它是由电源变压器、四只整流二极管和负载电阻RL组成。四只整流二极管接成电桥形式,故称桥式整流。
桥式整流电路的工作原理如图所示。在的正半周, 、导通, 、D4截止,电流由TR次级上端经→ RL →回到TR 次级下端,在负载RL上得到一半波整流电压。在的负半周, 、截止, 、导通,电流由Tr次级的下端经→ RL → 回到Tr次级上端,在负载RL 上得到另一半波整流电压。
这样就在负载RL上得到一个与全波整流相同的电压波形,其电流的计算与全波整流相同,即

流过每个二极管的平均电流为

每个二极管所承受的最高反向电压为
(为全波整流的一半)
经过整流后的电压（电流）仍然是有“脉动”的直流电，为了减少波动，通常要加滤波器，常用的滤波电路有电容、电感滤波等。在本次试验中选用的是电容滤波。

图4-5电容滤波电路
电容滤波器是利用电容充电和放电来使脉动的直流电变成平稳的直流电。我们已经知道电容器的充、放电原理。图4-3所示为电容滤波器在带负载电阻后的工作情况。设在时刻接通电源，整流元件的正向电阻很小，可略去不记，在时，达到峰值为。此后以正弦规律下降直到时刻，二极管D不再导电，电容开始放电，缓慢下降，一直到下一个周期。电压上升到和相等时，即以后，二极管D又开始导通，电容充电，直到。在这以后，二极管D又截止，又按上述规律下降，如此周而复始，形成了周期性的电容器充电放电过程。在这个过程中，二极管D并不是在整个半周内都导通的，从图上可以看到二极管D只在到段内导通并向电容器充电。由于电容器的电压不能突变，故在这一小段时间内，它可以被看成是一个反电动势（类似蓄电池）。
为了得到更加稳定的直流电压，这里又选用了三端稳压器CW7812。
CW7812属于串联稳压电路，其工作原理与分立元件的串联稳压电源相同。它由启动电路、取样电路、比较放大电路、基准环节、调整环节和过流保护等组成。此外它还有过热和过压保护电路。因此，其稳压性能要优于分立元件的串联型稳压电路。如串联稳压的启动电路是比较放大管的负载电阻，此电阻在电源工作过程始终接于电路中，当输入电压变化（电网波动），通过负载电阻影响输出电压也跟着变化。而三端集成稳压器设置的启动电路，在稳压电源启动后处于正常状态下，启动电路与稳压电源内部其他电路脱离联系，这样输入电压变化不直接影响基准电路和恒流源电路，保持输出电压的稳定。

图4-6 三端稳压器原理框图
调试：在进行电容滤波过程中，由于之前变压电路连接不规范，我们连续烧毁了两个电容，这引起了我们的警觉，经过认真排查，终于找出了问题的关键，选用了变压器使得电路电压降到了12V左右。最后将单相桥式整流滤波电路在面包板上进行插装，把万用表调到合适的相应档位，选取输出点和接地线进行测量，得出11.89V电压和稳定的电流。
4.2无稳态多谐振荡器电路及调试
无稳态多谐振荡器是一种简单的振荡电路。它不需要外加激励信号就便能连续地、周期性地自行产生矩形脉冲.该脉冲是由基波和多次谐波构成，因此称为多谐振荡器电路。多谐振荡器可以由三极管构成，也可以用555或者通用门电路等来构成。在这里将采用NE555多谐振荡电路。
将NE555与三个阻、容如图2-1中连接，便构成无稳态多谐振荡模式。与单稳模式不同之处在于触发端接在充、放点回路的C上，而不是收外部触发控制。当加上电压后，由于C上端电压不能突变，故NE555处于置位状态，输出端呈高电平“1”，而内部的放电管截止，C通过两个串联电阻对其充电，2脚电位随C上端电压的升高呈指数上升。
当C上的电压随时间增加，达到输入电压阈值电平时，上比较器翻转，使RS触发器
置位，经缓冲级倒相，输出呈低电平“0”。此时放电管饱和导通，C上的电荷放电。当C放电使其电压降至输入电压触发电平时，比较器翻转，RS触发器复位，经倒相后，使输出端呈高电平“1”。
调试：利用万用表电压档测量输出端，后发现不够直观，于是选用一个红色发光二极管接到了输出端上，这样既可以检验有无电流输出，又可直观的看到频率，同时通过滑动电位器的调整使得输出脉冲频率达到合理范围内。经过调试测量发现，振荡周期与输入电压无关，而取决于充电和放电的总时间常数，即与电阻和电容值有关，另外经查询振荡波的占空比与C的大小无关，仅与电阻的大小有关。
4.3 顺序脉冲发生电路/时序控制电路
基于NE555 组成的无稳态多谐振荡电路， 3 脚输出的振荡信号作为 CD4017 的时钟，频率通过滑动电位器调节，；二极管接 CD4017 的输出；当 555 的 3 脚输出第一个脉冲时， CD4017 的 输出高电平，第一组发光二极管亮，Vss点为高电平；当第二，第三，第四个脉冲到来时， 、 、分别输出高电平，当第四个脉冲到来后，输出高电平使 CD4017 复位,CD4017 回到初始零状态，开始下一个循环。
调试：在实际该电路模块组装测试时，我们的4组发光二极管并不发光循环发光，检查发现可显示NE555的3号管脚输出的振荡信号频率的发光二极管几乎不闪烁，且时亮时灭，我们分析作出一种假设，即滑动电位器调节的频率太小，以至输出振荡信号太快，导致CD4017的4组输出也过快，肉眼无法分辨。经过我们对滑动电位器的不断调节，循环发光电路终于实现了。

第五章 循环发光控制器的焊接与调试
5.1 基于面包板的插装
各个电路模块分别组装并调试完毕后，我们利用可拆卸元器件的面包板进行了预装。将各模块插装到面包板后我们又重新进行测量，选取的测量点分别为：经过变压电路后的输出电压，单项桥式整流滤波电路输出的电流和电压以及CD40174各输出端的电压，均达到预期后连接各组彩灯，发现多个彩灯经并联后所得电流过小，所以发光微弱，所以我们将原本在输出支路上的电阻去掉，只留下一个二极管，这样多组彩灯就变亮了。
5.2 组装成品焊接
（1）电烙铁的选择
电烙铁的功率应由焊接点的大小决定，焊点的面积大，焊点的散热速度也快，所以选用的电烙铁功率也应该大些。一般电烙铁的功率有20W 25W 30W 35W 50W 等等。选用30W左右的功率比较合适。
（2）焊锡和助焊剂
焊锡：焊接电子元件，一般采用有松香芯的焊锡丝。这种焊锡丝，熔点较低，而且内含松香助焊剂，使用极为方便。
助焊剂：常用的助焊剂是松香或松香水（将松香溶于酒精中）。使用助焊剂，可以帮助清除金属表面的氧化物，利于