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】
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。
表£41物料清单
符号
名称 型号参数
厂商 C4 定时电容 104瓷片 任意
C5
防抖电容 561瓷片
任意
C6
上电复位延时电
容 473瓷片
任意 D3 复付二极俗 1N4148 任意 D4 -D11
隔离二极管 1N4148 任意 R5
定时电阻 10k, 1%精度 任意
—
百-
R10 计数脉冲电阻 10k> 1%#SK
任意
R12 更位电阻 33k 1%精度
R13 亮度微调电阻 220k, 1幣精度 任意 Rel
上分压电阻
20k, 0805
任意
H l-F-
任意
VC890C+ 数字
PCB 板、元器件、焊锡丝、导线；电烙铁、镊子、稳压限流直流电源、 万用表、示波器、PT4115恒流驱动模块、LED 灯。
"■讣• CD401?
CCMD17 r
O
Re3 上分压电阻 15k t 0805 任意 Rs 卜•分压电阳 2.2k 排阻
任意 SW1 计数脉冲按键
轻触开关
任意
U2 PWM 控制器
TL494 TI
U6
十进制计数器 CD4017
任意
【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。
CaLOT^contral
« ------ ------- d
11
—
f=lkHi
GND
阁 *2 TL494的分段式PWM 调光信号电路
rnu
1 2 IC 15 3
14 * 13 S 12
6
11 7 10 、 i g
3- 5-7 - S
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
o 6 7 3S- YrYrrv
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。
公共端12 3 4 5 6 7 8
图排职的谿构泾内部电略
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】
UDT(V)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•认识了新的元器件一一排阻，它是由是个相同的电阻组成的，其公共端有一个圆圈标记，排阻一般应用在数子电路上，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
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。