廣告牌畢業(yè)設計

1、<p><b>　　1.廣告牌的發(fā)展</b></p><p><b>　　1.1國際研究狀況</b></p><p>　　當前，信息化建設在各地蓬勃發(fā)展，作為信息發(fā)布的終端顯示設備，LED(發(fā)光二極管)顯示屏己經(jīng)廣泛應用于工作和生活的各個方面，主要用于顯示文字、圖像、動畫等。</p><p>　　LED顯示屏是2

2、0世紀90年代出現(xiàn)的新型平板顯示器件，由于其亮度高、畫面清晰、色彩鮮艷，使它在公眾多媒體顯示領域一枝獨秀，因此市場空間巨大。LED顯示屏的發(fā)展可分為以下幾個階段： </p><p>　　第一階段為1990年到1995年，主要是單色和16級雙色圖文屏。用于顯示文字和簡單圖片，主要用在車站、金融證券、銀行、郵局等公共場所，作為公共信息顯示工具。 第二階段是1995年到1999年，出現(xiàn)了64級、256

3、級灰度的雙基色視頻屏。視頻控制技術、圖像處理技術、光纖通信技術等的應用將LED顯示屏提升到了一個新的臺階。</p><p>　　LED廣告牌與傳統(tǒng)的螢光燈箱和霓虹燈相比， LED用于廣告牌雖然初裝價格比較高，但其具有亮度高，壽命長和節(jié)能的特點。一些歐洲，美洲還有東南亞的燈具生產(chǎn)商和廣告牌經(jīng)營者看好這個產(chǎn)品的發(fā)展，并正在努力開發(fā)相關市場。</p><p><b>　　1.2國內研究

4、現(xiàn)狀</b></p><p>　　隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色霓虹燈。LED彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應用，用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時尚。但目前市場上各式樣的LED彩燈控制器大多數(shù)用全硬件電路實現(xiàn)，電路結構復雜、功能單一，這樣一旦制作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同場合、不同時間段的需要來調節(jié)亮燈時間、模式、

5、閃爍頻率等動態(tài)參數(shù)。在中國，LED廣告牌產(chǎn)品未來的發(fā)展良好，以前在城市的街道看到的廣告牌，大多還是傳統(tǒng)的燈箱，但是現(xiàn)在我們看到的大多是漂亮的LED廣告牌，近幾年它的發(fā)展速度更是驚人的，相關的LED的生產(chǎn)規(guī)模也日益擴大，整個行業(yè)都在蓬勃發(fā)展。</p><p><b>　　2.電路各部分原理</b></p><p>　　用555構成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波脈沖， CD4017

6、計數(shù)器輸出的順序脈沖驅動彩色發(fā)光二極管發(fā)出流水式的循環(huán)組合閃爍效果。并可以根據(jù)需要設計出若干種亮燈模式，利用電位器調節(jié)亮燈的頻率，然后驅動各種顏色的燈亮或滅，還可以根據(jù)不同場合和時間來調節(jié)亮燈頻率和亮燈時間。</p><p>　　2.1單相橋式整流電路</p><p>　　整流電路的任務是將交流電變換成直流電。完成這一任務主要是靠二極管的單向導電作用，因此二極管是構成整流電路的關鍵元件。在

7、小功率整流電路中（1kw以下）中，常見的幾種整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流電路。這里主要研究單相橋式整流電路。</p><p>　　以下分析整流電路時，為簡單起見，二極管用理想模型來處理，即正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。</p><p>　　2.1.1 工作原理</p><p>　　單相橋式整流電路是最基本的將交流轉換為直流的電路，是工程上最常用的單

8、相整流電路。電路如圖2.1所示，圖中電源變壓器的作用是將交流電網(wǎng)電壓變成整流電路要求的交流電壓，RL是要求直流供電的負載電阻，四只整流二極管D1～D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。</p><p>　　圖2.1 單相橋式整流電路及其簡化畫法</p><p>　　整流電路在工作時，電路中的四只二極管都是作為開關運用，根據(jù)圖2.1的電路可知：</p><p>　

9、　當正半周時，二極管D1、D3導通（D2、D4截止），在負載電阻上得到正弦波的正半周；</p><p>　　當負半周時，二極管D2、D4導通（D1、D3截止），在負載電阻上得到正弦波的負半周。</p><p>　　在負載電阻上正、負半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋式整流電路的電流與電壓波形見圖2.2。</p><p>　　2.1.2參數(shù)計算 &

10、lt;/p><p>　　根據(jù)圖2.2可知，輸出電壓是單相脈動電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。其輸出平均電壓為</p><p><b>　　(2-1) </b></p><p>　　圖2.2 單相橋式整流電路的電流與電壓波形</p><p>　　流過負載的平均電流為　

11、 （2-2）</p><p>　　流過二極管的平均電流為　 （2-3）</p><p>　　二極管所承受的最大反向電壓 　　　　 （2-4）</p><p>　　流過負載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析，此時諧波分量中的二次諧波幅度

12、最大。脈動系數(shù)S定義為二次諧波的幅值與平均值的比值。</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　（2-6）</b></p><p><b>　　2.2 濾波電路</b></p><p>　　濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組

13、成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負載串聯(lián)電感器L以及由電容、電感組合而成的各種復式濾波電路。</p><p>　　2.2.1電容濾波電路</p><p>　　圖2.3為單相橋式整流、電容濾波電路。在分析電容濾波電路時，要特別注意電容器兩端電壓vc對整流元件導電的影響，整流元件只有受正向電壓作用時才導通，否則便截止。</p><p>　　圖2.3 濾波電路的基本

14、形式</p><p>　?。╝）C型濾波電路 （b）倒L型濾波電路 （c）П型濾波電路</p><p>　　圖2.4 橋式整流、電容濾波電路</p><p>　　2.2.2電容濾波電路的特點：</p><p>　　1. 二極管的導通角θ<Л,流過二極管的瞬時電流很大。</p><p>　　2. 負載平均電壓VL升

15、高，紋波（交流成分）減小，且RLC 越大，電容放電速率越慢(放電時間常數(shù)為Td=RLC)，負載平均電壓越高。為得到平滑的負載電壓，一般取Td=RLC≥（3～5）T/2。(T為電源交流電壓的周期)</p><p>　　3. 負載直流電壓隨負載電流增加而減小。VL隨IL的變化關系稱為輸出特性或外特性，如下圖。電容濾波電路的負載電壓VL與V2的關系為VL=(1.1～1.2) V2。</p><p&g

16、t;　　圖2.5 純電阻RL和具有電容濾波的橋式整流電路的輸出特性</p><p>　　總之，電容濾波電路簡單，負載直流電壓VL較高，紋波也較小，它的缺點是輸出特性較差，故適用于負載電壓較高，負載變動不大的場合。</p><p>　　2.3 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路</p><p>　　2.3.1 質量指標</p><p>　　穩(wěn)壓電源的技術指標

17、分為兩種：一種是特性指標，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調節(jié)范圍等；另一種是質量指標，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、溫度系數(shù)及紋波電壓等。</p><p>　　2.3.2 工作原理</p><p>　　圖2.6是串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的一般結構圖，圖中VI是整流濾波電路的輸出電壓，T為調整管，A為比較放大電路，VREF為基準電壓，它由穩(wěn)壓管DZ與限流

18、電阻R串聯(lián)所構成的簡單穩(wěn)壓電路獲得，R1與R2組成反饋網(wǎng)絡，是用來反映輸出電壓變化的取樣環(huán)節(jié)。</p><p>　　圖2.6 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路一般結構圖</p><p>　　這種穩(wěn)壓電路的主回路是起調整作用的BJT T與負載串聯(lián)，故稱為串聯(lián)式穩(wěn)壓電路。輸出電壓的變化量由反饋網(wǎng)絡取樣經(jīng)放大電路（A）放大后去控制調整管T的c-e極間的電壓降，從而達到穩(wěn)定輸出電壓VO的目的。穩(wěn)壓原理可簡述如下

19、：當輸入電壓VI增加（或負載電流IO減?。r，導致輸出電壓VO增加，隨之反饋電壓VF=R2VO/（R1+R2）=FVVO也增加（FV為反饋系數(shù)）。VF與基準電壓VREF相比較，其差值電壓經(jīng)比較放大電路放大后使VB和IC減小，調整管T的c-e極間電壓VCE增大，使VO下降，從而維持VO基本恒定。</p><p>　　同理，當輸入電壓VI減小（或負載電流IO增加）時，亦將使輸出電壓基本保持不變。</p>

20、<p>　　從反饋放大電路的角度來看，這種電路屬于電壓串聯(lián)負反饋電路。調整管T連接成電壓跟隨器。因而可得</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　或 （2-8）</p><p>　　式中AV是比較放大電路的電

21、壓增益，是考慮了所帶負載的影響，與開環(huán)增益AVO不同。在深度負反饋條件下，時，可得</p><p><b>　　（2-9）</b></p><p>　　上式表明，輸出電壓VO與基準電壓VREF近似成正比，與反饋系數(shù)FV成反比。當VREF及FV已定時，VO也就確定了，因此它是設計穩(wěn)壓電路的基本關系式。</p><p>　　值得注意的是，調整管T的

22、調整作用是依靠VF和VREF之間的偏差來實現(xiàn)的，必須有偏差才能調整。如果VO絕對不變，調整管的VCE也絕對不變，那么電路也就不能起調整作用了。所以VO不可能達到絕對穩(wěn)定，只能是基本穩(wěn)定。因此，圖2.6所示的系統(tǒng)是一個閉環(huán)有差調整系統(tǒng)。</p><p>　　由以上分析可知，當反饋越深時，調整作用越強，輸出電壓VO也越穩(wěn)定，電路的穩(wěn)壓系數(shù)g和輸出電阻Ro也越小。</p><p>　　目前，電子

23、設備中常使用輸出電壓固定的集成穩(wěn)壓器。由于它只有輸入、輸出和公共引出端，故稱之為三端式穩(wěn)壓器。這類集成穩(wěn)壓器的外形圖如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.7三端式穩(wěn)壓器</p><p>　　78××系列輸出為正電壓，輸出電流可達1A，如78L××系列和78M××系列的輸出電流分別為0.1A和0.5A。它們的輸出電壓分別為5V

24、、6V、9V、12V、15V、18V和24V等7檔。和78××系列對應的有79××系列，它輸出為負電壓，如79M12表示輸出電壓為–12V和輸出電流為0.5A。</p><p>　　2.4 555電路工作原理</p><p>　　555定時器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，利用它能極方便地構成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活

25、、方便，所以555定時器在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領域中都得到了應用。</p><p>　　圖2.8 555管腳圖</p><p>　　正因為如此，自從Signetics公司于1972年推出這種產(chǎn)品以后，國際上各主要的電子器件公司也都相繼地生產(chǎn)了各自的555定時器產(chǎn)品。盡管產(chǎn)品型號繁多，但所有雙極型產(chǎn)品型號最后的3位數(shù)碼都是555，所有CMOS產(chǎn)品型號最后

26、4位數(shù)碼都是7555。而且，它們的功能和外部引腳的排列完全相同。為了提高集成度，隨后又生產(chǎn)了雙定時器產(chǎn)品556（雙極型）和7556（CMOS型）。</p><p>　　2.4.1 555定時器的電路結構與功能</p><p>　　如圖2.9是國產(chǎn)雙極型定時器CB555的電路結構圖。它由比較器C1和C2、SR鎖存器和集電極開路的放電三極管TD三部分組成。</p><p&g

27、t;　　VI1是比較器C1的輸入端（也稱閾值端，用TH標注），VI2是比較器C2的輸入端（也稱觸發(fā)端，用TR’標注）。C1和C2的參考電壓（電壓比較的基準）VR1和VR2由Vcc經(jīng)三個5歐姆電阻分壓給出。在控制電壓輸入端Vco懸空時，VR1=2Vcc/3, VR2=Vcc/3。如果Vco外接固定電壓，則VR1=Vco，VR2=Vco/2。</p><p>　　RD’是置零輸入端。只要在RD’端加上低電平，輸出端v

28、o便立即被置成低電平，不受其他輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時必須使RD處于高電平。圖中的數(shù)碼1~8為器件引腳的編號。</p><p>　　圖2.9 CB555的電路結構圖</p><p>　　由圖2.9可知，當vI2> VR1、vI2> VR2時，比較器C1的輸出vc1=0、比較器C2的輸出vc2=1，SR鎖存器被置0，TD導通，同時vo為低電平。</p><

29、;p>　　當vI1<VR1、vI2> VR2時，vc1=1、vc2=1,鎖存器的狀態(tài)保持不變，因而TD和輸出的狀態(tài)也維持不變。</p><p>　　當vI1< VR1、vI2< VR2時，vc1=1、vc2=0,故鎖存器被置1，vo為高電平，同時TD截止。</p><p>　　當vI1> VR1、vI2< VR2時，vc1=0、vc2=0,鎖存器處

30、于Q=Q’=1的狀態(tài)，vo處于高電平，同時Td截止。</p><p>　　分析以上內部結構圖，可知CB555定時器具有如下功能：</p><p>　　表2-1 CB555的功能表</p><p>　　為了提高電路的帶負載能力，還在輸出端設置了緩沖器G4。如果將vod端經(jīng)過電阻接到電源上，那么只要這個電阻的阻值足夠大，vo為高電平時vod也一定為高電平，vo為低電平時

31、vod也一定為低電平。555定時器能在很寬的電源電壓范圍內工作，并可承受較大的負載電流。雙極型555定時器的電源電壓范圍為5~16V，最大的負載電流達200mA。CMOS型7555定時器的電源電壓范圍為3~18V，但最大負載電流在4mA以下。</p><p>　　可以設想，如果使vc1和vc2的低電平信號發(fā)生在輸入電壓信號的不同電平，那么輸出和輸入之間的關系將為施密特觸發(fā)特性；如果在v12加入一個低電平觸發(fā)信號以

32、后，經(jīng)過一定的時間能在vc1輸入端自動產(chǎn)生一個低電平信號，就可以得到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；如果能使vc1和vc2的低電平信號交替地反復出現(xiàn)，就可以得到多諧振蕩器。</p><p>　　2.4.2用555定時器接成的多諧振蕩器</p><p>　　多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號（即沒有輸入信號），便能自動產(chǎn)生矩形脈沖，由于矩形脈沖中含有豐富的高次諧波分量，所以稱為多諧振

33、蕩器。如下圖，先將555定時器構成施密特觸發(fā)器，再將施密特觸發(fā)器的輸出端經(jīng)RC定時器的vI1和vI2連在一起接成施密特觸發(fā)器，然后再將vo經(jīng)RC積分電路積分電路接回到它的輸入端，即可構成多諧振蕩器，因此，只要將555接回輸入端就可以了。且其電容C的電壓Vc將在VT+和VT-之間反復振蕩。</p><p>　　圖2.10 用555接成的多諧振蕩器電路</p><p>　　圖2.11 多諧振蕩

34、器的工作波形</p><p>　　電容電壓VC與輸出電壓VO的波形如下圖所示。</p><p>　　充電時間： (2-10)</p><p>　　放電時間： (2-11)</p><p>　　振蕩周期：T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2，振蕩頻率：f=

35、1/T (2-12)</p><p>　　占空系數(shù)： (2-13)</p><p>　　通過改變R和C的參數(shù)即可改變振蕩頻率。用CB555組成的多諧振蕩器最高振蕩頻率約500kHz，用CB7555組成的多諧振蕩器最高振蕩頻率也只有1MHz。因此用555定時器接成的振蕩器在頻率

36、范圍方面有較大的局限性，高頻的多諧振蕩器仍然需要使用高速門電路接成。</p><p>　　由上面的式子求出輸出脈沖的占空比為q=T1/T2=(R1+R2)/(R1+2R2)</p><p>　　上式說明，圖四電路輸出脈沖的占空比始終大于50%。為了得到小于或等于50%的占空比，可以采用它的改進電路。</p><p>　　實驗數(shù)據(jù)及分析結論:多諧振蕩器實驗電路如下圖所

37、示。</p><p>　　圖2.12 多諧振蕩器實驗電路</p><p>　　圖2.13 多諧振蕩器實驗電路波形</p><p>　　仿真結果分析及其結論:圖所示電路構成的多諧振蕩器的占空比始終大于50%，且在電容C充電時間里輸出高電平；放電時間輸出低電平。輸出矩形波的頻率取決于外接電阻、電容的值。</p><p>　　2.5 CD4017原

38、理</p><p>　　圖2.14 CD4017管腳介紹</p><p>　　在這里先介紹一下CD4017十進制計數(shù)譯碼集成塊。IC CD4017 是單端輸入十進制計數(shù)、分配輸出電路。CD4017為進口的雙列直插16腳CMOS集成塊，與國產(chǎn)的CC4017完全相同。其引出端功能及外型如圖2.30所示。該集成塊有3個輸入端R(即MR)、CP（即CP0）、EN（即CP1）。其中R為復位端。當R加

39、上高電平或正脈沖時，計數(shù)器中各技術單元全部復位至“0”狀態(tài)。在譯碼器中只有對應“0”狀態(tài)的輸出端Y0為高電平。CP和EN是兩個不同邊沿計數(shù)的時鐘輸入端。用脈沖的上升沿計數(shù)時，信號由CP端輸入（EN端必須接低電平）;用脈沖的下降沿計數(shù)時，信號由EN端輸入（CP端必須接高電平），設置兩個時鐘輸入端是為級聯(lián)時比較方便，可驅動更多二極管發(fā)光。</p><p>　　CD4017有10個譯碼輸出端（Y0~Y9，即00~09）

40、, 計數(shù)狀態(tài)由CD4017的十個譯碼輸出端 Y0～Y9 顯示，每個輸出端的狀態(tài)與輸入計數(shù)器的脈沖個數(shù)相對應。例如，輸入5個脈沖時，如果計數(shù)器從0起步計數(shù)，則此時輸出端中只有Y5為高電平，其余輸出端均為低電平。為了級聯(lián)，電路里還設有一個進位輸出端CO（即O5-9’）， 每輸入10個計數(shù)脈沖， O5-9’就可得到1個進位正脈沖，該進位輸出信號可作為下一級的時鐘信號。</p><p>　　十進制計數(shù)／分頻器CD4017

41、，其內部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是O0、O1、O2、…、O9依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平，寬度等于時鐘周期。</p><p>　　由此可見，當CD4017有連續(xù)脈沖輸入時，其對應的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。</p><p><b>　　2.6 發(fā)光二極管</b></p><

42、p>　　2.6.1 發(fā)光二極管基礎，特性及參數(shù)</p><p><b>　　1．基礎知識</b></p><p>　　圖2.15(a)示出了用于表示LED的標準符號。當LED通以正向電流時，其兩端就產(chǎn)生一個有效的正向電壓（約2V），并且發(fā)出寬帶極窄的可見光（通常是紅、桔、黃、綠）或紅外光。圖2.15(b)所示為不同顏色的標準LED在通以20mA的正向電流時其典型

43、的正向電壓值。如果一只LED加上反向偏置，則它在一個相當?shù)偷碾妷褐瞪蠈l(fā)生雪崩或齊納擊穿，如圖2.15(c)所示。多數(shù)的LED所具有的最大反向電壓額定值范圍為3V—5V。</p><p>　?。╝） (b) (c)</p><p>　　圖2.15 (a)LED的符號 (b)各種顏色的標準LED的電壓

44、值 (c)反向偏置LED</p><p>　　圖2.16 對給定的Vf和If求R值的方法</p><p>　　在使用中，LED必須與一個限流元件（如電阻）相串聯(lián)。圖2.16示出了如何根據(jù)已知的電源電壓和給定的電流值去計算出所需的電阻值。在實際使用中，R既可以連接在LED的陽極上也可以連接在陰極上。LED的亮度與其通過的電流成正比。多數(shù)LED的最大安全工作電流值為30mA—40mA。LED也

45、可以在交流電路中作指示器用，但要把它與一只普通的二極管反向并聯(lián)，如圖2.17所示的那樣，這樣就可以防止LED被反偏。在交流電路中，對于某特定的LED的亮度，R的數(shù)值為同等條件下直流電路中所需R的數(shù)值的一半。</p><p>　　圖2.17 在交流電路中用一只LED作指示器</p><p><b>　　2. 特性及參數(shù)</b></p><p>　

46、　（1）伏安特性。發(fā)光二極管的伏安特性與普通二極管大致相同，只是在正向特性的上升速率上略有差異。當所施正向電壓未達開啟電壓時，電流就急劇上升，電流電壓幾乎呈線性關系，即發(fā)光二極管呈現(xiàn)歐姆導通特性，如圖2.18所示。發(fā)光二極管的開啟點電壓通常稱作正向電壓，它決定于制作器件材料的禁帶寬度，例如GaAsP紅色LED約為1.7V，而綠色GaAsP的LED約為2.2V。LED的反向擊穿電壓一般大于5V，但為使器件長時間穩(wěn)定而又可靠地工作，安全使用

47、電壓選擇在5V以下。</p><p>　　圖2.18 發(fā)光二極管的伏安特性</p><p>　?。?）光譜特性。發(fā)光二極管的光譜特性可用圖2.19來描述。發(fā)光光譜有兩個特點，一是峰值波長λp直接決定著發(fā)光二極管的發(fā)光顏色；二是半寬度?λ（即在光譜特性曲線上相對發(fā)光強度為50%處的兩點所對應的譜線寬度稱為半寬度）決定了光輻射的純度，半寬度越窄，發(fā)光越純，即單色性越好。</p>

48、<p>　　圖2.19 發(fā)光二極管的光譜特性</p><p>　?。?）發(fā)光特性。發(fā)光特性是指發(fā)光二極管的發(fā)光強度Iv或輻射強度Ie隨正向電流的變化規(guī)律。不難看出，發(fā)光特性有線性與非線性兩種，用戶必須根據(jù)實際使用場合進行合理的選擇。</p><p>　　發(fā)光二極管的發(fā)光強度隨觀察角度的不同而不同，其中軸向發(fā)光強度最強，逐漸偏離軸線方向，發(fā)光強度也相應減弱，這種發(fā)光強度隨觀察角不同

49、而變化的曲線稱發(fā)光強度的角分布曲線。</p><p>　?。?）溫度特性。發(fā)光二極管的光譜特性、發(fā)光特性、正向電壓以及工作電流均與溫度有關。溫度升高將使發(fā)光（或輻射）光譜的峰值波長增加。發(fā)紅光的GaAs和GaAsP的峰值波長隨溫度的變化率約為0.3nm/K，而發(fā)綠光的GaP發(fā)光二極管的峰值波長隨溫度的變化率只有1.5nm/K。</p><p>　　GaAsP的發(fā)光強度Iv隨溫度的變化率（即

50、溫度系數(shù)）約-0.8%/K；GaP為-0.55%/K；GaAs的Ie的溫度系數(shù)約-0.55%/K。為了獲得較強而又穩(wěn)定的發(fā)光強度，最好能降低或維持PN結的工作溫度。</p><p>　?。?）發(fā)光二極管的響應時間與壽命。響應時間的定義與光電器件相似，就上面介紹的GaAs，GaAsP以及GaP發(fā)光二極管而言，他們的響應時間（上升和下降時間）分別為1us、5ns以及50ns。發(fā)光二極管的壽命是指發(fā)光亮度變?yōu)槌跏贾档?

51、/2所經(jīng)歷的時間。在通常情況下，壽命將隨工作電流的增大、溫度的升高而急劇下降。</p><p>　　2.6.2 發(fā)光二極管驅動電路</p><p>　　發(fā)光二極管的供電電源可以是直流也可以是交流，它是一種電流控制器件。因此，對發(fā)光二極管來說，不管供電電源的電壓如何，只要流過發(fā)光管的正向工作電流在所規(guī)定的范圍之內，器件就可以正常發(fā)光。發(fā)光二極管的驅動方法有直流驅動和交流驅動。</p&g

52、t;<p><b>　　1.直流驅動電路</b></p><p>　　圖2.20 利用三極管的直流驅動電路</p><p>　　直流驅動是利用三極管來驅動，電路如圖2.20所示。在圖2.20（a）中，當輸入信號為邏輯高電平時，晶體管VT導通，發(fā)光二極管點燃，If被電源電壓及電阻所限定，且R滿足下式：</p><p>　　R=(V

53、cc-Vf-Vces)/If (2-14)</p><p>　　式中Vf為額定工作電流下LED的正向壓降；Vces為晶體管VT的飽和壓降，由手冊給出；If為LED的正向工作電流。圖2.20（b）情況與圖2.20（a）相反，VT原來處于導通狀態(tài)，LED被VT所短路，即Vf=Vces，一般情況下，Vces很小，

54、無法點燃LED。但是，當晶體管基極輸入邏輯低電平時，VT截止，電源Vcc經(jīng)R供給LED電流，此時，R只可由式R=（Vcc-Vf）/If來選取。</p><p><b>　　2.集成電路驅動</b></p><p>　　在計算器或計算機的應用領域中，LED一般用集成電路來驅動，如圖2.21和圖2.22所示。圖2.21是TTL驅動電路，TTL運放具有足夠的驅動能力。<

55、;/p><p>　　(a) (b)</p><p>　　圖2.21 TTL驅動電路</p><p>　　圖2.22 采用CMOS運放的驅動電路</p><p>　　在圖2.14中，R表示為</p><p>　　R= (Vcc-Vf-0.4)/If

56、 (2-15)</p><p>　　式中，0.4V是TTL運放在低電平時的壓降。圖2.22是采用CMOS運放的驅動電路，由于CMOS運放的輸出電流一般較小，因此，必須有數(shù)塊CMOS運放并聯(lián)才能驅動LED，如圖2.22（a）和（b）所示。有時，也可在CMOS運放后加一只三極管來擴展驅動電流，如圖2.22中（c）所示。圖2.22（d）

57、電路中，一但驅動，CMOS運放的輸出電壓即被LED鉗位在Vf左右。</p><p><b>　　3.交流驅動電路</b></p><p>　　使用交流驅動的原因是使發(fā)光二極管輸出較大的光功率。其驅動電路形式如圖2.23所示。把兩只LED反向并聯(lián)，使電源的正負半周均由一只發(fā)光二極管顯示。像圖2.23這種電路，在未知電壓極性或電源極性是否接反的情況下仍可正常工作。與直流驅

58、動一樣，交流驅動時，限流電阻R的取值為</p><p>　　R=(ERMS-VF)/2IF (2-16)</p><p>　　式中ERMS為交流電壓的有效值。</p><p>　　圖2.23 LED交流驅動

59、電路</p><p>　　4．多只LED的驅動</p><p>　　如果需要用一個電源同時驅動幾只LED，則可以按圖2.24所示的那樣將所有的LED串聯(lián)起來。注意，這里所用的電源電壓必須大于所有LED的正向電壓降之和。這種電路所吸入的總電流是最小的，但它能驅動的LED的數(shù)目卻受到了限制。然而將很多這樣的電路相并聯(lián)，就能夠用單一的電源去驅動幾乎是任何數(shù)目的LED，如圖2.25所示。</

60、p><p>　　圖2.24串聯(lián)起來的LED，通過一只限流電阻來驅動</p><p>　　圖2.25能夠驅動任何數(shù)目LED的電路</p><p>　　圖2.26 采用并聯(lián)方法驅動很多LED的電路</p><p>　　同時驅動幾只LED的另一種方法是如圖2.26所示的那樣。然而要注意的是，這種電路耗電量很大(其總電流等于各LED所用電流值和)。<

61、;/p><p>　　3.電路仿真和參數(shù)測量</p><p>　　3.1 EWB的介紹和使用</p><p>　　3.1.1 EWB的介紹</p><p>　　EWB是一種電子電路計算機仿真軟件，它被稱為電子設計工作平臺或虛擬電子實驗室，英文全稱為Electronics Workbench。EWB是加拿大Interactive Image Tech

62、nologies公司于1988年開發(fā)的，自發(fā)布以來，已經(jīng)有35個國家、10種語言的人在使用。EWB以SPICE3F5為軟件核心，增強了其在數(shù)字及模擬混合信號方面的仿真功能。SPICE3F5是SPICE的最新版本，SPICE自1972年使用以來，已經(jīng)成為模擬集成電路設計的標準軟件。EWB建立在SPICE基礎上，它具有以下突出的特點：</p><p>　?。?）采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路：在計算機屏幕上模仿真實實驗室

63、的工作臺，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選??；</p><p>　?。?）軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實物相似，可以實時顯示測量結果。</p><p>　　（3）EWB軟件帶有豐富的電路元件庫，提供多種電路分析方法。</p><p>　　（4）作為設計工具，可以同其它流行的電路分析、設計和制板軟件交換數(shù)據(jù)。</p>

64、<p>　?。?）EWB還是一個優(yōu)秀的電子技術訓練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實驗室中更靈活的方式進行電路實驗，仿真電路的實際運行情況，熟悉常用電子儀器測量方法。</p><p>　　3.1.2 示波器的用法：</p><p>　　示波器的圖標和面板如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 EWB示波器的接法</p><

65、p>　　為了能夠更細致地觀察波形，按下示波器面板上的Expand按鈕將面板進一步展開成下圖所示。通過拖曳指針可以詳細讀取波形任一點的讀數(shù)，以及兩個指針間讀數(shù)的差。</p><p>　　圖3.2 EWB示波器面板</p><p>　　3.2 12V電壓測量及波形</p><p><b>　?。╝）</b></p><p&

66、gt;<b>　　(b)</b></p><p>　　圖3.3 12V電壓測量</p><p>　　3.3 555多諧振蕩器輸出方波的測量及波形</p><p>　　1．555輸出方波脈沖的電壓和頻率</p><p>　　圖3.4 555輸出方波脈沖的電壓和頻率</p><p>　　由上圖可以看出

67、在555輸出方波脈沖的Vm為12V，在電位器為21千歐姆時，輸出方波脈沖的頻率約為250ms。</p><p>　　2．發(fā)光二極管LED5的管壓降和工作電流</p><p>　　圖3.5 發(fā)光二極管LED5的管壓降和工作電流</p><p>　　由圖讀得R4兩端的電壓幅值為11.2822V，可得LED5的管壓降約為（12-11.2882）V，即為0.7V。LED5的

68、支路電流為（12-0.7）/1K=11.3mA，滿足發(fā)光二極管正常工作的安全電流。</p><p>　　3.4 CD4017輸出脈沖的電壓和頻率</p><p>　　圖3.6 CD4017的輸出脈沖的電壓和頻率</p><p>　　由圖看出CD4017輸出脈沖的電壓幅值為3.8278V，Y6的頻率為2.5256s，即Y6的頻率約為555輸出脈沖頻率的10倍，因為CD

69、4017是10進制計數(shù)器，10個輸出端循環(huán)輸出高電平。</p><p>　　3.5 發(fā)光二極管的工作電壓和工作電流</p><p>　　圖3.7 測第二組中二極管Y0的電壓幅值</p><p>　　圖3.8 測第三組中二極管Y0的電壓幅值</p><p>　　圖3.9 測第四組中二極管Y0的電壓幅值</p><p>　

70、　圖3.10 發(fā)光二極管的電阻的測量</p><p>　　CD4017輸出脈沖的電壓幅值為3.8278V，即第一組二極管的電壓幅值為3.8278V；</p><p>　　圖3.7 測得第二組中二極管Y0的電壓幅值為2.8709V ，壓降為0.957V；</p><p>　　圖3.8 測得第三組中二極管Y0的電壓幅值為 1.9139V ，壓降為0.957V；</

71、p><p>　　圖3.9 測得第四組中二極管Y0的電壓幅值為 0.957 V ，壓降約為0.957V；</p><p>　　所以CD4017輸出脈沖的3.8278V電壓被Y0端所接的四只發(fā)光二極管平均分配了，即每只二極管的壓降均為0.957V</p><p>　　圖3.10測得發(fā)光二極管的電阻為35.73歐姆，可以算出Y0端、Y3端、Y6端的支路電流為I=0.957/3

72、5.73=26.78mA。由于多數(shù)發(fā)光二極管的壓降一般為1.0~2.0 V，多數(shù)LED的最大安全工作電流值為30mA~40mA，所以滿足發(fā)光二極管的安全電壓和電流，所以不需要接限流電阻。</p><p>　　3.6 發(fā)光二極管的亮燈順序</p><p>　　圖3.11 發(fā)光二極管的亮燈順序</p><p>　　發(fā)光二極管由四組組成，每組三只發(fā)光二極管，分別為Y0，Y

73、3，Y6，對應接在CD4017的Y0、Y3、Y6的輸出端上，這樣可以保證Y0、Y3、Y6之間燈亮有相同的時間間隔，每個間隔即為三倍的555輸出的脈沖的周期。</p><p>　　如上圖發(fā)光二極管所示，按照每組的Y0同時亮，然后每組的Y3同時亮，然后每組的Y6同時亮的順序循環(huán)點亮二極管。</p><p>　　3.7 電路功能擴展</p><p>　　1. 開關接上：從

74、Y0到Y9亮 開關接下：從Y9到Y0亮</p><p>　　圖3.12 追逐式光點移動</p><p>　　2. 開關接左：從外向內亮（從兩頭向中間亮） 開關接右：從內向外亮（從中間向兩頭亮）</p><p>　　圖3.13 收縮/伸脹式光點移動</p><p>　　3. 如圖3.14，按照每組的Y0同時亮，然后每組的Y3同時亮，

75、然后每組的Y6同時亮的順序循環(huán)點亮二極管。</p><p>　　圖3.14 流水式光點移動</p><p>　　4. 如圖3.15，為2、3的功能組合。發(fā)光二極管由八組組成，每組三只發(fā)光二極管，分別為Y0，Y3，Y6。</p><p>　　此圖里所有的雙擲開關同時由鍵盤的a鍵控制，如下圖靠近中間的六組發(fā)光二極管由兩頭向中間亮，即按Y0-Y3-Y6 Y0-Y3-Y6

76、 Y0-Y3-Y6 由兩頭向中間亮（其中Y0同時亮，然后Y3同時亮，然后Y6同時亮）；當按一下a鍵后，所有的雙擲開關進行了切換，此時靠近兩頭的兩個三組二極管由中間向兩頭亮，即Y0-Y3-Y6 Y0-Y3-Y6 Y0-Y3-Y6（其中Y0同時亮，然后Y3同時亮，然后Y6同時亮）。</p><p>　　圖3.15 收縮/伸脹流水式光點移動</p><p><b>　　3.8電路

77、的改善</b></p><p>　　由于單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，可以嘗試用單片機來控制此彩燈廣告牌。用編程來實現(xiàn)對彩燈廣告牌的控制，省去了許多二極管和單刀雙擲開關，減少了硬件的元件數(shù)目，而且可以極大地增加彩燈的組合和閃爍方式。</p><p><b>　　結束語</b></p><p>

78、;　　經(jīng)過了兩個多月的學習和工作，我終于完成了論文。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學期間獨立完成的最大的項目。在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受，起初對廣告牌的一無所知，我開始了獨立的學習和試驗，查看相關的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來，每一次改進都是我學習的收獲，每一次試驗的成功都會讓我興奮好一段時間。</

79、p><p>　　通過小型彩燈廣告牌的制作掌握數(shù)字電路的設計、制作、調試過程，加深了對數(shù)電、模電相關知識的理解，知道了現(xiàn)實生活中各式各樣的彩燈廣告牌的基本原理，培養(yǎng)了理論與實踐結合的能力。這為以后的工作學習打下了一個很好的基礎。</p><p>　　雖然我的論文作品不是很成熟，還有很多不足之處，但我可以自豪的說，這里面的每一個模塊，都有我的勞動。當看著自己的電路，自己成天相伴的電路能夠正常的運行

80、，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會化為甜美的甘泉。</p><p>　　這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學習的過程和研究的過程，沒有學習就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學習中激勵我繼續(xù)進步。</p><p><b>　　致謝：</b></

81、p><p>　　經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)論文設計已經(jīng)接近尾聲，在論文完成之際，完成它既有一種收獲感，又有一種失落感，可無論如何它代表著我四年的努力，代表了我四年的歷程。四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情萬分激動。</p><p>　

82、　從論文的選題、資料的收集到論文的撰寫編排到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我熱情的幫助。作為一個本科生的畢業(yè)論文，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。</p><p>　　感謝身邊所有的朋友與同學，謝謝你們四年來的關照與寬容，與你們一起走過的繽紛時代，將會是我一生最珍貴的回憶。 最后我還要感謝培養(yǎng)

83、我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們! 感謝傳授我知識的每一位老師，馬上就要走出校門，走上工作崗位，我將帶著你們所傳授的技能去打拼，去奮斗，多謝你們。</p><p>　　在論文寫作過程中，得到了**老師的親切關懷和耐心的指導。她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持，你是我永遠學習的榜樣。在此謹向*老師致以誠摯的謝

84、意和崇高的敬意。      再次感謝我的指導老師，沒有您的悉心指導就沒有這篇論文的順利完成，感謝*老師對我學習和生活的關心和照顧,在此表示最誠摯的謝意。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 肖東霓. 虹燈循環(huán)發(fā)光控制器 [J]. 1994年第5期.</p><p&g

85、t;　　[2] 汪清明. LED點陣顯示牌的設計與動態(tài)顯示控制 [J]. 2001年第17卷第8期.</p><p>　　[3] 陳振官，陳宏威. 光電子電路及制作實例 [M]. 北京：國防工業(yè)出版社.</p><p>　　[4] 魏立峰，王寶興. 單片機原理與應用技術 [M]. 北京：北京大學出版社.</p><p>　　[5] 閻石. 數(shù)字電子技術基礎（第五版）