CD4017 分段调光实验报告.docx
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CD4017分段调光实验报告
CD4017分段调光
【实验目的】
1.了解模拟信号与数字信号的概念与区别,了解分段调光的概念。
2.了解十进制计数器CD4017的工作原理。
3.掌握排阻和二极管在电路中的作用。
4.掌握模块电路的独立调试和混合调试的方法。
【实验材料、仪器用具】
PCB板、元器件、焊锡丝、导线;电烙铁、镊子、稳压限流直流电源、VC890C+数字万用表、示波器、PT4115恒流驱动模块、LED灯。
图s4-1CD4017分段PWM调光电路板实物图
实验中使用的材料清单如表s4-1所示。
【实验原理】
电路的核心是TL494死区控制电压的连续调节可以实现LED的无级PWM调光。
如果将死区控制电压被设置成若干可选的固定值,则可以实现无级调光变成了分段调光。
最后就可以通过按键的方式来选择不同的亮度。
设置出电灯的档位。
由电阻分压原理,把控制电压和相应占空比的PWM信号,通过一个单刀开关来选择不同阻值的电阻,就可以获得不同占空比的PWM调光信号,选择不同的亮度输出,即构成分段式的调光控制。
而本实验利用十进制计数器CD4017设计了一个电子选择开关,实现从多种电阻串联组合选择其中之一的功能,电路只需要一个轻触式的按键就可以进行操作。
电路可分为两个部分,如图s4-2和2-3所示,前者是为了使连续的模拟调光改造成离散的分段调光而把TL494的死区时间控制部分进行了轻微的修改,后者是基于CD4017十进制计数器设计的电子选择开关电路。
图s4-2所示的TL494模块电路工作原理与实验三的TL494模块相同,只是把RP1改成固定阻值的R13,R13的阻值较大,仅用于对死区电压进行最后的微调。
此外,在输出端留有接口,其中P表示输出到P端留有接口,其中P表示输出到PT4115模块的DIM引脚的PWM调光信号,+、-为向PT4115模块电路供电的12V电源的正负极。
TL494第4脚的输入信号来自图电子选择开关(图s4-3)的DT输出端。
图s4-3所示实际上是一个按键动作的处理电路,该模块由十进制计数器CD4017及其外围电路构成,CD4017的引脚和功能如图s4-4所示。
CD4017与实验三介绍的TL494一样,具有16只引脚,其封装也有DIP和SOP两种,引脚中VDD和Vss分别为电源的正负极,工作电压3~15V;Reset为复位端,高电平复位;上升沿有效;EN为使能端,低电平允许计数脉冲生效;Co为进位信号,当计数至第10个脉冲时输出此脚输出一个脉冲,为下一级提供进位信号;Y0~Y9为计数结果输出端,当CD4017复位或计数到第10个脉冲时,Y0输出高电平,其余引脚输出低电平,以后每输入一个计数脉冲,则Y1~Y9依次输出高电平,其余引脚为低电平,因此通过Cp脚的计数脉冲,可以选择Y0~Y9引脚之一输出高电平,实现选择开关的功能。
图s4-3中,C6、R12构成CD4017的上电复位电路,上电时向15脚(Reset)
一个正脉冲,CD4017复位,Y0端输出高电平。
SW1、C5和R10构成计数脉冲输入电路,每按一次按键(SW1),向14脚输入一个正脉冲,CD4017依次使Y0~Y9端输出高电
并且每次只有其中一个输出端为高电平,其余均为低电平,周而复此。
输出高电平电压接近电源电压Vcc,因此在不同的输出端用不同的电阻串联分压,就可以获得不同的电压值
制TL494的死区时间,得到不同点空比的PWM调光信号。
排阻Rs实际上是一个具有8个相同阻值的电阻,所有电阻其中一端连接到公共端,另一端独立引出,如图s4-5所示。
图s4-3中,排阻Rs的公共端接地,8个独立引脚则与8个Re相连,构成8种串联分压电路,每一路中间引出不同的电压输入到TL494的死区时间控制端(4脚)。
由于调
光的段数只需要8段,当计数至Y8时CD4017要复位到Y0,通过D3把Y8输出接到CD4017的复位端即可。
此外,由于8路输出电压最终都是连接到TL494的DT端,即每一路串联分压输出(R与Rs的连接点)连接在一起,可以想象,如果不采用隔离措施,则无论选择那一路输出,
由于所有电阻都连在一起,输出的电压都是一样的,这就失去了选择的意义了。
图s4-3中8个1N4148二极管的作用就是对每个输出进行隔离,这样才能使每一路输出相互隔离
不影响。
DT端输出的电压可用式(s4-1)计算
Rs采用固定阻值的排阻,Re可根据期望每一段的亮度进行调节,R13为整体亮度的微调。
只要使Y0~Y7输出端的电阻分压从3V(典型值,须根据具体情况调试)递减
每按一次按键LED亮度逐渐调高,实现分段调光的功能。
图s4-3中留有的C/R接口是为下一实验准备。
【实验过程】
分工
刘仲棠
詹鑫江
第一步
焊接
检查电路摆放
第二步
测量
安排仪器连接
第三步
讨论实验结果
问题
遇到开关要按5下完成一次循环的情况
解决
1重新检查电路焊接是否虚焊或者焊错位置
2.检查仪器连接问题
结论
导线触碰到电路板,导致短路。
【实验结果与分析】
档位
0
1
2
3
UDT
1.89
1.62
0.86
0.78
数据分析:
四个档位分别对应上个实验的占空比:
0档对应D=0%,1档对应D=11.40%,2档对应D=63.3%,3档对应D=97.6%
误差分析:
对应的档位所占占空比并非于理论值相等,其原因主要来源焊接以及TL494实际的工作参数。
实验现象:
1.当电位器关断时,按键档位仍然可正常使用;
2.当电位器调未关断但灯板处于熄灭时,按键档位处于熄灭;
3.当电位器调未关断但灯板处于弱发光时,按键档位均可使用,但0档是发弱光;
4.当电位器调至灯板发光最亮时,无论怎么调节按键档位,亮度依旧保持不变。
结论:
电位器决定了按键档位的下限。
【心得体会】
1.认识了新的元器件——排阻,它是由是个相同的电阻组成的,其公共端有一个圆圈标记,排阻一般应用在数字电路上,比如:
作为某个并行口的上拉或者下拉电阻用。
使用排阻比用若干只固定电阻更方便。
2.了解了瓷片电容的默认规矩,电容容量为50V的一般为褐色,而1000V的颜色为蓝色.
3.对于焊接已经越来约顺手了,大致掌握了各种各样的元器件识别与焊接方法,而且焊接的效率和质量也不是一开始能够比拟的,明显感受到了自身的进步。
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