所需器件如下圖所示:
1.杜邦線(若干)
2.萬能板X2
3.電位器X2
4.470uF電容X1
5.二極管X4
6.變壓器X1
7.104電容(若干)
8.LM7809芯片X1
9.散熱片X1
10.各色LED燈(若干)
11.100uF電容X1
12.2K電阻X1
13.680歐電阻(若干)
14.共陰數碼管X4
15.NE555和CD4017(各一片)
16.芯片底座X2(有利于芯片的二次利用)
17.木板5塊加包裝紙2張(尺寸大小根據自己情況而定)
我把作品電路分為3個部分,這3個部分都是以我的實物為依據的,你當然可以有更好的創意來改進它。
一、電源電路:
既然作品定位是禮物,所以電源一定要裝在里面。
CD4017工作電壓較高,加之彩燈使用環境是在室內的,所以我們考慮使用交流電源。3~5瓦的小型變壓器即足夠,要求變壓器次級輸出7~8V,這樣經整流濾波后可得到系統需要的9~10V直流電壓。
以下是該部分的原理圖及實物圖:
二、LOVE型生日彩燈:
1.流水驅動電路:
NE555和CD4017的作用。NE555組成振蕩電路,CD4017則是計數電路。
心形中間部分LED產生流動的效果,就是靠NE555和CD4017的組合。我在下面為初學者詳細講一下電路原理。
振蕩電路由一塊時基集成電路NE555和C2、C3、R1、R2等組成(其中C2為延時充電電容,C3為抗干擾隔離電容,R1、R2為延時充電電阻,而R2又為放電電阻)。
通電后,因電容C2兩端電壓不能突變,2腳的電壓為低電平,集成塊NE555的內部觸發器被置位,3腳輸出高電平。
同時,由于電源經電阻R1和R2向C2充電,使6腳和2腳的電壓不斷提高,當電位上升到VCC的2/3時,集成塊NE555的內部觸發器被復位,3腳的輸出電壓翻轉為低電平。
同時集成塊NE555內部的放電管導通,即7腳通過內部的放電管和1腳相通,C2上儲存的電荷就通過R2、7腳放電,使6腳和2腳的電壓不斷下降,當電位降低到VCC的1/3時,集成塊NE555的內部觸發器被置位。
同時集成塊NE555內部的放電管截止,7腳被懸空,電源又通過R1、R2向C2充電,使6腳和2腳的電壓不斷提高……如此,周而復始,形成振蕩。
輸出端的高電平維持時間取決于電容C2的充電時間常數,輸出端的低電平維持時間取決于電容C2的放電時間常數。由于R2≥R1,故可以認為f放≈f充,目的是減小彩燈熄亮交替的時間間隔的差異。
如用作其他情況,課按需要調整R1、R2、C2的參數。綜上分析,3腳始終處于高電平和低電平的二進制變化狀態,故此電路又稱為無穩態電路。
譯碼電路由一塊CD4017集成塊組成。該集成塊有3個輸入端(2個時鐘輸入端CP的14腳和EN的13腳與復位端Cr的15腳)。有10個輸出端Q0~Q9(依次為3腳、2腳、4腳、7腳、10腳、1腳、5腳、6腳、9腳、11腳)。
還有一個進位端CO,其功能是:當復位端Cr加上高電平和正脈沖時,輸出端Q0為高電平,其余9個輸出端Q0~Q9均為低電平。時鐘輸出端CP對輸入時鐘脈沖的上升沿計數,EN則對時鐘脈沖的下降沿計數。Q0~Q9這10個輸出端的輸出狀態分別與輸入的時鐘個數相對應。
如從0開始計數,則輸入到第1個時鐘脈沖時,Q1就變成高電平,輸入第2個時鐘脈沖時,Q2變成高電平……直到輸入第10個時鐘脈沖,Q0變為高電平。
同時,進位端C0就輸出一個進位脈沖,作為下一級計數的時鐘信號。Cr為復位端,也為清零端。當Cr輸入高電平時,電路復位,即輸出端Q0為高電平,Q1~Q9為低電平。
如此反復,只要集成塊NE555的3腳送來的二進制信號不消失,CD4017將二進制信號轉換為十進制信號的計碼工作就會反復進行下去。
綜上可知:調節可變電阻R2便可改變振蕩電路的頻率,反映在CD4017輸出端則是流動的速率。
2.布局及工作原理
關于這個LOVE型彩燈部分我畫了一個直觀的圖,心形有30顆LED組成,但是CD4017只有10組輸出,所以我把心形的頂部5顆LED和底部5顆LED獨立開來,其他還有20顆LED則兩兩并聯后由CD4017驅動,形成流水燈效果,Q0~Q9直接接到CD4017的對應端(兩只高亮LED并聯后工作電流在20mA以下,完全不必接三極管擴流驅動)。
頂部和底部獨立出來的2路LED,電路完全相同,它們是將5顆LED串聯后直接接在電源上,有朋友會問:那不是這兩路LED都靜止在那兒了?
正因為如此,所以我把LED1和LED30換成了多色自閃的LED(這也是高亮LED中的一種,市售價格會高一些,我記得當時買的是一塊錢一顆)。這樣處理之后,這兩顆LED總是在閃,發出七彩光,同時因為它們在閃的過程中自身壓降總在忽高忽低的交替變化,使得分別所處的這兩條LED通路上的其他4顆LED的分壓也發生變化,導致支路中的其他4顆LED會呈現亮度高低起伏的效果,恰到好處地陪襯了兩顆閃爍的LED。
注意在上圖中,除LED1和LED30以外的LED顏色按個人喜好編排,但一定要保證左右對稱,不然會很丑。
三、數碼管顯示LOVE:
作品做出來后,發現心形彩燈的中間很空,看上去挺別扭,于是想到用數碼管顯示LOVE,當時不知道怎么樣驅動數碼管,所以直接將數碼管焊死了,即需要哪些筆畫亮就將其通電,當然這是最傻瓜的方法,但是對于初學者來說可能是達到預期效果的最好方法。該電路使用共陰數碼管。
注:
硬件制作要點,我稍作一些解釋
1、作為禮品,外觀至關重要。不管作品是否采用我的這種結構,制作時一定要考慮到方不方便制作、固定外殼。
2、電路中的可調電阻R2,不要使用微調的,要用帶手柄的(比如音量電位器那種),制作好之后不論是你自己調試還是禮品的主人,都可以調節LED流動速度。
以下是成品效果圖:
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