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音乐彩灯控制控制器的设计 课程设计.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.03M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    一、设计要求
    二、方案设计
    2.1设计思路
    2.2总体方案方框图
    2.3基本原理
    三、总体方案的选择和设计
    3.1简单声控音乐彩灯控制器
    3.2音乐彩灯控制器
    四、单元电路的设计
    4.1整流电路的设计
    全波桥式整流电路如图3所示，图中4个二极管接成电桥的形式，故有桥式整流之称。该电路工作原理：设变压器
    由理论分析可得，输出全波单向脉冲电压的平均值即直流分量为：
    UL0=2U2m/(=U2≈0.9U2
    4.2 滤波电路的设计
    4.3高通滤波器
    4.4低通滤波器
    4.5元件参数的计算及选择
    五、总电路图
    六、总结
    参考文献
    附录
    目录 1 设计要求................................................................................................................... 2 2 方案设计................................................................................................................... 2 2.1 设计思路.......................................................................................................... 2 2.2 总体方案方框图.............................................................................................. 2 2.3 基本原理.......................................................................................................... 3 3 总体方案的选择和设计........................................................................................... 3 3.1 简单声控音乐彩灯控制器.............................................................................. 3 3.2 音乐彩灯控制器.............................................................................................. 4 4 单元电路的设计....................................................................................................... 4 4.1 整流电路的设计.............................................................................................. 4 4.2 滤波电路的设计............................................................................................. 5 4.3 高通滤波器...................................................................................................... 6 4.4 低通滤波器...................................................................................................... 6 4.5 元件参数的计算及选择.................................................................................. 7 5 总电路图................................................................................................................... 8 6 总结........................................................................................................................... 8 参考文献....................................................................................................................... 9 附录............................................................................................................................. 10 1
    电子技术课程设计（报告） 一、设计要求 选取一种方法设计音乐彩灯控制器，要求该音乐彩灯控制器电路由三路不同控制方法的 彩灯所组成，采用不同颜色的发光二极管作课题实验。 （1）第一路为音乐节奏控制彩灯，按音乐节拍变换彩灯花样。 （2）第二路按音量的强弱（信号幅度大小）控制彩灯。强音时，灯的亮度加大，且灯 被点亮的数目增多。 （3）第三路按音量高低（信号频率高低）控制彩灯。低音时，某一部分灯点亮；高音 时，另一部分灯点亮。 二、方案设计 2.1 设计思路 根据课题要求，可将控制器分为三部分来实现。 （1）由于音乐的节奏是具有一定时间间隔的节拍脉冲信号。因此，可采用记数、译码 驱动电路构成节拍脉冲信号发生器，使相应的彩灯按节奏点亮和熄灭。 （2）将声音信号变成电信号，经过放大、整流滤波，来点亮彩灯，以实现声音信号强 弱的控制。 （3）采用高、低通有源滤波电路来实现高、低音对彩灯的控制。 2.2 总体方案方框图 多谐振荡器 计数器 译码器 驱动器 彩灯 传感器 放大器 整流、滤波 电路 驱动器 彩灯 高通滤波器 驱动器 彩灯 低通滤波器 驱动器 彩灯 图 1 基本原理框图 2
    电子技术课程设计（报告） 2.3 基本原理 基本原理框图如图 1 所示。 1、采用运算放大器或 555 定时器构成多谐振荡器，产生矩形波信号作为计数器的时钟 脉冲，计数器输出经译码器可得多路译码输出信号，再经过驱动器使相应的彩灯点亮。 2、采用动圈式话筒或者扬声器，将声响信号变成电信号输出，并经过放大器将其放大。 由于音频信号的频率高于发光元件的响应频率，为使发光元件有适当的显示时间，可加 入延时电路，减少发光元件闪烁现象。 三、总体方案的选择和设计 3.1 简单声控音乐彩灯控制器 R1 82k D IN4148 W 22k C 47μF R3 2k R2 2k 220V SCR MCR 100-8 R4 1M BG9013 HTD 图 2 低成本声控音乐彩灯 简单声控音乐彩灯控制器的电路如图 2 所示，R1、R2、D 和 C 组成电阻降压半波整 波电路，输出约 3V 的直流电供 SCR 的控制回路用。压电陶瓷片 HTD 担任声-电换能器， 平时调 W 使 BG 集电极输出低电平，SCR 关断，彩灯不亮。当 HTD 接收到声波信号后， BG 集电极电平升高，SCR 即开通，所以彩灯能随室内收音机播出的节目的音乐节奏而 闪烁发光。W 可用来调节声控灵敏度，W 由大调小时，声控灵敏度愈高，但 W 过小时， 电灯常亮，这时就失去声控作用，使用调试时，将 W 由大逐渐调小至某一阻值时，电 灯即点亮，再将 W 退回少许（即稍微调大），电灯就熄灭，这时声控灵敏度最高，离 HTD 二三米远处普通谈话声就能使彩灯闪烁。如嫌灵敏度太高，只要将 W 调大些即可， 电灯长亮不熄，表示 BG 的放大倍数β值过小，应更换β大些的三极管。电阻均为 1/8W 碳膜电阻。 3
    3.2 音乐彩灯控制器 电子技术课程设计（报告） 如附录所示为实用音乐彩灯控制电路。该控制器由声电转换和放大电路、时钟脉冲发生 器、计数电路和控制电路等组成。拾音话筒 MIC 将声音信号转换为电信号，并经 BG1～ BG3 放大后加至四路模拟开关 CD4066(IC3)。时钟脉冲发生器由 IC1(555)和 W1、R1、R2、 D1、C1 等组成，该电路产生信号的周期为 T=0.693(Rw1+R1+R2)C1，图示参数对应的周期 T 在 0.5～5 秒范围内变化。其中 555③脚输出加至 IC2 作为 CP 脉冲。IC2 采用 CMOS 型十进制计数器／脉冲分配器 CD4017，在时钟 CP 作用下，Q0(③脚)、Q1(②脚)、Q2(④ 脚)、Q3(⑦脚)、Q4(⑩脚)相继出现高电平脉冲，且 Q4 加至复位端 R(⑩脚)，使电路成为 一环行计数器。Q0～Q3 的输出依次将 CD4066 四路模拟开关接通，使乐曲信号依次加至 BG5、BG6、BG7、BG8，并依次导通，相应双向晶闸管 TRIAC1～TRIAC4 被依次触 发导通，彩灯因插座依次有电而被依次点亮，随着悠扬的音乐，彩灯闪烁生辉，从而实 现了控制四路彩灯伴随乐曲而发光。 四、单元电路的设计 4.1 整流电路的设计 全波桥式整流电路如图 3 所示，图中 4 个二极管接成电桥的形式，故有桥式整流之称。 该电路工作原理：设变压器次级电压 U2=U2msinwt=U2sinwt，其中 U2m 为其幅值，U2 为 有效值。在电压 U2 的正半周期时，二极管 D1、D3 因受正向偏压而导通，D2、D4 因承受 反向电压而截止；在电压 U2 的负半周期时，二极管因受 D2、D4 正向偏压而导通，D1、 D3 因承受反向电压而截止。U2 和 UL 的波形如下图（4）所示，显然，输入电压是双极 性，而输出电压是单极性，且是全波波形，输出电压与输入电压的幅值基本相等 由理论分析可得，输出全波单向脉冲电压的平均值即直流分量为： UL0=2U2m/= 22 U2≈0.9U2 π （1） 其纹波系数 g 为 γ= UL /UL0 （2） ） 式中，UL为谐波（只有偶次谐波）电压总有效值，其值应为 UL  U 2 L2  U 2 L4    UU  2 2 2 L0 （3） 4
    电子技术课程设计（报告） （图 3）全波桥式整流电路 （图 4）波形图 由式（1）、（2）和（3）通过计算可得 g≈0.48。由结果可见，全波整流电路的输出电压 纹波比半波整流电路小得多，但仍然较大，故需用滤波电路来滤除纹波电压。 全波整流电路中的二极管安全工作条件为： 1、二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管平均电。由于 4 个二极管是两两轮 流导通的，因此有 2、二极管的最大反向工作电压 UR 必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压 URM， 即 IF＞ID0=0.5UL0/RL=0.45U2/RL UR＞URM = 2 U2 4.2 滤波电路的设计 经整流后的直流输出电压脉动性很大，不能直接使用。为了减少其交流成分，通常在整 流电路后接有滤波电路。滤波电路的主要任务是将整流后的单向脉动直流电压中的纹波 滤除掉，使其变成平滑的直流电。在小功率电路中常采用电容滤波电路，将滤波电容 C 直接并联在负载 RL 两端，就可组成电容滤波电路。由于电容的储能作用，使得输出直 流电压波形比较平滑，脉动成分降低，输出直流电压的平均值增大。采用电容滤波电路 可以得到脉动性很小的直流电压，但输出电压受负载变动的影响较大，其主要用于要求 负载电流较小，负载基本不变的场合。当 RL=∞时，VL= 2 V2 ；当 RLC 的值适当，且整 流电路的内阻较小时，VL=（1.1～1.2）V2。滤波电容的选择与负载 RL 的大小有关，确 切地说是由放电回路的时间常数τ来确定的。电容放电的时间常数τ（τ=RLC）越大，放 电过程越慢，输出电压中脉动（纹波）成分越少；VL 的平均值越大，滤波效果越好。一 5
    电子技术课程设计（报告） 般取τ≥（3～5）T/2（T 为电源交流电压的周期）。RL 为整流滤波电路的负载电阻，它为 电容 C 提供放电通路，放电时间常数 RC 应满足：RC>（3～5）T2。其中：T=20ms 是 50 Hz 交流电压的周期。由此确定滤波电容的容量。滤波电容一般采用电解电容，使用 时注意极性不能接反，电容器的耐压应大于它实际工作时所承受的最大电压。通常电容 器的耐压取（1.5～2）V2。 4.3 高通滤波器 由分析知道截止频率为 50Hz，于是就有 lf  2  1 R R C C 7 1 8 2  Hz 50 选取 R7=R8=4k  ，C1=C2=0.8F。 此高通滤波器的增益 A vf   ，由前分析知，故选取 R10=4k  ，R9=4k  1 9 R R 10 如图 4 所示为有源低通滤波电路。该电路的截止频率 fc=100Hz。电路中，R1 与 R2 之比 和 C1 与 C2 之比可以是各种值。该电路采用 R1=R2 和 C1=2C2。采用 C1=C2 和 R1=2R2 也可 以。 R1 C1 C2 Vi ＿ ＋ LM102 R2 Vo 图 4 高通滤波器电路图 4.4 低通滤波器 如图 5 所示为有源低通滤波电路。该电路的截止频率 fc=10kHz。电路中，R1 与 R2 之比和 C1 与 C2 之 比可以是各种值。该电路采用 R1=R2 和 C1=2C2。采用 C1=C2 和 R1=2R2 也可以。 6
    电子技术课程设计（报告） C1 R1 24k R2 24k Vi C2 ＿ ＋ LM102 Vo 图 5 低通滤波器电路图 4.5 元件参数的计算及选择 由于： U RM  2 2 U  2  12  17 V ， I 0 max  8.0 A 。 IN4001 的反向击穿电压 U RM 50 V ，额定工作电流 I D  1 IA  0 max ，故整流二极管选用 IN4001。 根据 U 0  ,9 UV I  12 UV  ,  5 , SmV v 3  10 3  0 pp  和公式 S v  0 U  U 0 I U  U I I o  C CT  (C 为常数) 可求得：   U I  U I U op p  SU 0 v  005 .0 39  12  3 10   2.2 V 滤波电容： C  tI c U  I  I max 0 U   I T 2 8.0   1 2  1 50 2.2  .0 003636 F  3636 F 电容的耐压要大于 2 2 U  2  12  17 V ，故滤波电容 C 取容量为 F4700 ，耐压为 V25 的电解 电容。 4.5.1SCR 及其它元件的选择 SCR 可用国产 3CTS1 型（1A、400V）双向晶闸管，其它进口额定通态电流 IT≥1A、 断态重复峰值电压 UDRM≥400V 的双向晶闸管也可使用，但应注意管脚引线的正确接 法，以免错接后通电损坏器件。T 用晶体管收音机里常用的小型推挽输出变压器来代替， 7
    电子技术课程设计（报告） 要求初级与次级间绝缘性要良好，这一点应特别引起重视，以免使用中发生人体触电危 险！Rw 选用 470  ～5.1k  的普通电位器。插头采用的是 220V 交流电路常用的普通二 极插头。选用市售节日闪光彩灯链（灯泡套有塑料花，每串约 20 只灯泡，工作电压为 交流 220V）一至数串并联构成，但总瓦数（各并联彩灯链瓦数之和）不得超过 180W； 使用前，还应将每串彩灯链的第一个带有双金属片的灯泡换成普通备用灯泡，不再让其 控制彩灯链自动闪亮即可。彩灯链灯泡数目多、体积小，可以将它缠绕在各种图案、家 具等的四周，也可将它置于花丛中，形式不拘一格，布置起来灵活方便。 五、总电路图 把上述各部分电路连接起来便构成了完整的音乐彩灯控制电路。其总电路图及其运行结 果如附录所示。 六、总结 本次课程设计要求设计一种音乐彩灯控制器。应用所学的知识及在图书馆搜集的资料， 对题目所要求的电路进行了设计。 1、设计了两种音乐彩灯控制器进行对比，方案一是成本相对低廉的简单控制器，此控 制器虽能满足题目中某些要求，但为了更好的完成本次设计，故采用了方案二。 2、在方案二的设计中，用到了放大器、整流电路、高通滤波电路、低通滤波电路等基 本电路。 3、根据任务要求对相关参数进行了计算，并对相关元件进行了选择。 4、为了做好这次的课程设计，要充分理解电路的任务目的，先建立一个大致的电路工 作过程概念。然后再进行细节的分析，理论的验证，最终得出一套最优的方案。 8
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