光控倒计时启动流水灯电路

十一、光控倒计时启动流水灯电路

(一)实训

1.实训电路设计要求

制作能自行识别工作环境，即白天“跑马灯”自行停止运行，待到傍晚天暗下来，数码管自动显“0”时，说明“跑马灯”电路得电即可以工作运行。此后手工按下工作按键，电路延时10秒钟，在延时的同时，数码管倒计时显示“0－9－8－7－6－5－4－3－2－1－0”。当其从“1→0”瞬间，“跑马灯”立即分两路工作，工作过程是：　

第一路是绿灯、红灯(绿灯在前，红灯在后)在黑暗背景中流动。当绿灯独自从头到尾流动时，这一路的任何变色管不亮，形成黑暗背景。而绿灯在尾部消失瞬间，红灯立即出现在头部并开始从头到尾部独自地沿原绿灯路线在黑暗背景中流动。当红灯在尾部消失的瞬间，绿灯便立即又出现在头部并再次从头部到尾部独自地在黑暗背景中流动，彼此循环往复。

第二路是绿灯、红灯(绿灯在前、红灯在后)在橙色背景中流动。当绿灯独自从头到尾流动时，这一路变色管则显橙色，形成橙色背景。绿灯在尾部流失瞬间，红灯立即出现在头部并开始从头部到尾部地独自沿原绿灯路线在橙色背景下流动，当红灯在尾部消失的瞬间，绿灯立即出现在头部并再次从头部到尾部独自地在橙色背景中流动，彼此循环往复。直到第二天凌晨天亮后，数码管熄灭……再到傍晚时，作品又重复上述过程。

2.实训目的

①了解集成电路LM358、CD4017、NE556、CD4011、CD4011的使用方法。

②通过实训能够熟练地掌握NE556的单、双稳态电路。

③学会使用双色发光二极管

3.实训电路原理图

如图8－25所示。

4.实训知识储备

①CD4017、LM358集成电路知识。

②CD4011、CD40110集成电路知识。

③继电器、光敏电阻器的使用。

④NE556的运用。

5.实训工作原理

(1)电路基本效果

①绿发光二极管指示电源稳压管输出电压。

②红发光二极管指示脉冲信号发生器输出。

③二路“跑马灯”各用5只变色发光二极管制作。

④数码管得电后显示“0”，倒计时只能从“0”开始，经“0－9－8－7－6－5－4－3－2－1－0”再停在“0”状态，此间延时10秒。

⑤“跑马灯”严格按照“手动按下工作键后”，当倒计时至“1→0”瞬间开始运动，在运动过程中，数码管始终保持“0”状态。

⑥“跑马灯”必分两路，一路在“黑暗”背景中运行；另一路在“橙色”背景中运行。

⑦“跑马灯”是晚上运行，白天停止工作。注：　在不影响这一功能情况下，为了方便制作者调试工作，能在短时间内考查电路运行情况，制作者务必设定一个按键作为“灯停”按键(例如并联在延时电容器两端)，以便需要时按一下该按键。此时，即不影响光控状态，又可迫使跑马灯停止运行，便于观察确认其过程与结果正确与否。

(2)电路工作原理

①市电经过变压器、桥式整流、三端稳压管后输出直流电压，为整个电路提供电源，并点亮了绿色发光管指示。R2、R6组成LM358的基准电压，与LM358的反向端相连。当白天时，由于光敏电阻见光阻值很小，LM358的同相端为低电位，则LM358的输出端输出为低电位，使得K1不工作，那么后面电路不得电，都不工作。

②当傍晚来临时，光敏电阻的阻值开始增大，所以同相端的电位越来越高，当同相端的电位高于反相端的电位时，LM358的输出端输出高电平，从而使得VT导通，K1吸合，所有电路得电。得电后，U1A为组成的多谐振荡电路开始振荡输出方波(约为1S的周期)，并能看到红色二极管闪烁，数码管显示“0”，流水灯也不工作。倘若此时按下S1，U4A组成的单稳态工作，在其5脚输出高电平，使K2吸合。此时，方波输入CD40110的7脚，致使CD40110工作，在数码管上显示倒计时状态：　“0－9－8－7－6－5－4－3－2－1－0”再停在“0”状态，此间延时10秒。在“1到0”跳变瞬间，CD40110的11脚由一直处于高电平的状态输出一个借位脉冲，并为低电平。一方面，U4A的4脚得一个瞬间低电平，U4A复位，5脚输出为低电平，K2释放，脉冲送到CD4017的CP端；另一方面，CD40110的11脚瞬间低电平经过U5B反相后得到一个高电平，并给电容C8充电(这个充电维持一个瞬间，但足够使C8充满电)。本处于开门状态的U5A的另一个输入端2脚由开C8充电后又不能放电，所以在其3脚原一直使得CD4017处于复位状态的高电平变为低电平，那么CP输入的脉冲有效，两路流水灯开始工作。这个状态一直维持，直到天亮，K1释放后，继电器断电，显示和流水都不工作，直到傍晚来到。

6.实训中出现的问题及问题解决方框图

(1)电路工作方框图(图8－24)

图8－24　光控倒计时启动流水灯电路工作方框图

(2)实训中出现的问题及解决方法

①如果作品完成后上电，傍晚时分，LED2在闪烁，但按下S1后，没有倒计时，数码管显示9，请问怎么去分析解决？A.首先用万用表测试U4A集成电路输出端，对地电压若低的话，检查U4A工作情况。B.若高的话，检测继电器K2A工作情况，若不正常的话更换。C.若正常的话，检测U7的CPD端电压脉冲，若无的话检测脉冲供应端电路连接情况。D.若有的话，检查或更换U7即可。

(二)元器件的选择

1.元器件清单

表8－11　光控制计时启动流水灯元器件清单

续表：

2.元器件选择注意点

①控制继电器K1，使用功率三极管9013，不用9014。

②U5用四双输入与非门CD4011不能用CD4069代替。

③变色发光二极管有共阴、共阳之分，它的工作电压最大小于2.5V，工作电流约为40mA，其他基本特性和单色发光二极管相似。本实验采用红绿两基色的变色管。

④由于K1要承受较大的电流，所以最好不要用三极管作开关管去代替它的工作。

⑤为了达到准确计时的目的，R6和R10可用精密电阻代替。

(三)知识升华

将本例中个别集成电路省下来，可以不考虑连线复杂性，请设计一个能满足本实验要求的电路？

图8-25　光控制倒计时启动流水灯电路图