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 s4-1 CD4017 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】

【实验结果与分析】

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。