北京邮电大学电路实验报告-(小彩灯)

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1、电子电路综合实验报告课题名称：基于运算放大器的彩灯显示电路的设计与实现姓名：班级：学号：一、摘要：运用运算放大器设计一个彩灯显示电路，通过迟滞电压比较器和反向积分器构成方波—三角波发生器，三角波送入比较器与一系列直流电平比较，比较器输出端会分别输出高电平和低电平，从而顺序点亮或熄灭接在比较器输出端的发光管。关键字：模拟电路，高低电平，运算放大器，振荡，比较二、设计任务要求：利用运算放大器LM324设计一个彩灯显示电路，让排成一排的5个红色发光二极管(R1～R5)重复地依次点亮再依次熄灭（全灭→R1→R1R2

2、→R1R2R3→R1R2R3R4→R1R2R3R4R5→R1R2R3R4→R1R2R3→R1R2→R1→全灭），同时让排成一排的6个绿色发光二极管（G1～G6）单光点来回扫描点亮（G1→G2→G3→G4→G5→G6→G5→G4→G3→G2→G1）。要求：彩灯的变化速度均匀且可以调节,而且人眼能够识别彩灯的变化，所拥有的供电条件为直流电源±12V。三、设计思路，总体结构框图：根据任务要求，可以设计一个如图2-27所示的电路，图中振荡电路产生频率可调的三角波信号，三角波信号被送入比较器电路与一系列直流电平比较，

3、根据三角波信号瞬时值的大小不同，比较器的输出端会分别输出高电平或低电平，这些高、低电平可以按照任务要求的顺序点亮或熄灭接在比较器输出端的发光管，达到任务要求的彩灯显示效果。四、分块电路和总体电路的设计：1、振荡电路的设计：三角波振荡电路可以采用如图2-28所示电路，这是一种常见的由集成运算放大器构成的方波和三角波发生器电路，图2-28中运放A1接成迟滞电压比较器，A2接成反相输入式积分器，积分器的输入电压取自迟滞电压比较器的输出，迟滞电压比较器的输入信号来自积分器的输出。假设迟滞电压比较器输出Uo1初始值为

4、高电平，该高电平经过积分器在Uo2端得到线性下降的输出信号，此线性下降的信号又反馈至迟滞电压比较器的输入端，当其下降至比较器的下门限电压Uth-时，比较器的输出发生跳变，由高电平跳变为低电平，该低电平经过积分器在Uo2端得到线性上升的输出信号，此线性上升的信号又反馈至迟滞电压比较器的输入端，当其上升至比较器的上门限电压Uth+时，比较器的输出发生跳变，由低电平跳变为高电平，此后，不断重复上述过程，从而在迟滞电压比较器的输出端Uo1得到方波信号，在反向积分器的输出端Uo2得到三角波信号。假设稳压管反向击穿时的

5、稳定电压为UZ，正向导通电压为UD，由理论分析可知，该电路方波和三角波的输出幅度分别为：式（5）中RP2为电位器RP动头2端对地电阻，RP1为电位器1端对地的电阻。由上述各式可知，该电路输出方波的幅度由稳压管的稳压值和正向导通电压决定，三角波的输出幅度决定于稳压管的稳压值和正向导通电压以及反馈比R1/Rf，而振荡频率与稳压管的稳压值和正向导通电压无关，因此，通过调换具有不同稳压值和正向导通电压的稳压管可以成比例地改变方波和三角波的幅度而不改变振荡频率。电位器的滑动比RP2/RP1和积分器的积分时间常数R2C

6、的改变只影响振荡频率而不影响振荡幅度，而反馈比R1/Rf的改变会使振荡频率和振荡幅度同时发生变化。因此，一般用改变积分时间常数的方法进行频段的转换，用调节电位器滑动头的位置来进行频段内的频率调节。2、比较电路与发光管的设计：如图2-29所示电路中，由6个电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6组成的电阻链将±12V电压分成5个等级，设R1=R2=R3=R4=R5=R6=R，则这5个电压等级分别是-8V、-4V、0V、4V和8V，这5个等级的电压分别作为5个电压比较器（U2D、U2C、U2B、U2A和U1D）的

7、基准电压分别接到这5个比较器的反相输入端。三角波振荡电路产生的三角波信号（用ui表示）同时加到这5个电压比较器的同相输入，与这5个基准电压进行比较。每个电压比较器的输出端都通过一个限流电阻对地接一个红色的发光二极管，而6个绿色的发光二极管则与6个限流电阻串联构成绿色发光二极管链，与5个电压比较器的输出端连接。当ui<-8V时，5个电压比较器均输出低电平，5个红色发光二极管全不亮，绿色发光二极管只有LED11亮，当-8V

8、极管只有LED5亮，绿色发光二极管只有LED10亮，当-4V