所需器件如下图所示:
 
1. 杜邦线(若干)
 
2. 万能板 X2
 
3. 电位器 X2
 
4.470uF 电容 X1
 
5. 二极管 X4
 
6. 变压器 X1
 
7.104 电容(若干)
 
8.LM7809 芯片 X1
 
9. 散热片 X1
 
10. 各色 LED 灯(若干)
 
11.100uF 电容 X1
 
12.2K 电阻 X1
 
13.680 欧电阻(若干)
 
14. 共阴数码管 X4
 
15.NE555 和 CD4017(各一片)
 
16. 芯片底座 X2(有利于芯片的二次利用)
 
17. 木板 5 块加包装纸 2 张(尺寸大小根据自己情况而定)
 
 
我把作品电路分为 3 个部分,这 3 个部分都是以我的实物为依据的,你当然可以有更好的创意来改进它。
 
一、电源电路:
既然作品定位是礼物,所以电源一定要装在里面。
 
CD4017 工作电压较高,加之彩灯使用环境是在室内的,所以我们考虑使用交流电源。3~5 瓦的小型变压器即足够,要求变压器次级输出 7~8V,这样经整流滤波后可得到系统需要的 9~10V 直流电压。
 
以下是该部分的原理图及实物图:
 
 
 
二、LOVE 型生日彩灯:
1. 流水驱动电路:
 
NE555 和 CD4017 的作用。NE555 组成振荡电路,CD4017 则是计数电路。
 
心形中间部分 LED 产生流动的效果,就是靠 NE555 和 CD4017 的组合。我在下面为初学者详细讲一下电路原理。
 
振荡电路由一块时基集成电路 NE555 和 C2、C3、R1、R2 等组成(其中 C2 为延时充电电容,C3 为抗干扰隔离电容,R1、R2 为延时充电电阻,而 R2 又为放电电阻)。
 
通电后,因电容 C2 两端电压不能突变,2 脚的电压为低电平,集成块 NE555 的内部触发器被置位,3 脚输出高电平。
 
同时,由于电源经电阻 R1 和 R2 向 C2 充电,使 6 脚和 2 脚的电压不断提高,当电位上升到 VCC 的 2/3 时,集成块 NE555 的内部触发器被复位,3 脚的输出电压翻转为低电平。
 
同时集成块 NE555 内部的放电管导通,即 7 脚通过内部的放电管和 1 脚相通,C2 上储存的电荷就通过 R2、7 脚放电,使 6 脚和 2 脚的电压不断下降,当电位降低到 VCC 的 1/3 时,集成块 NE555 的内部触发器被置位。
 
同时集成块 NE555 内部的放电管截止,7 脚被悬空,电源又通过 R1、R2 向 C2 充电,使 6 脚和 2 脚的电压不断提高……如此,周而复始,形成振荡。
 
输出端的高电平维持时间取决于电容 C2 的充电时间常数,输出端的低电平维持时间取决于电容 C2 的放电时间常数。由于 R2≥R1,故可以认为 f 放≈f 充,目的是减小彩灯熄亮交替的时间间隔的差异。
 
如用作其他情况,课按需要调整 R1、R2、C2 的参数。综上分析,3 脚始终处于高电平和低电平的二进制变化状态,故此电路又称为无稳态电路。
 
译码电路由一块 CD4017 集成块组成。该集成块有 3 个输入端(2 个时钟输入端 CP 的 14 脚和 EN 的 13 脚与复位端 Cr 的 15 脚)。有 10 个输出端 Q0~Q9(依次为 3 脚、2 脚、4 脚、7 脚、10 脚、1 脚、5 脚、6 脚、9 脚、11 脚)。
 
还有一个进位端 CO,其功能是:当复位端 Cr 加上高电平和正脉冲时,输出端 Q0 为高电平,其余 9 个输出端 Q0~Q9 均为低电平。时钟输出端 CP 对输入时钟脉冲的上升沿计数,EN 则对时钟脉冲的下降沿计数。Q0~Q9 这 10 个输出端的输出状态分别与输入的时钟个数相对应。
 
如从 0 开始计数,则输入到第 1 个时钟脉冲时,Q1 就变成高电平,输入第 2 个时钟脉冲时,Q2 变成高电平……直到输入第 10 个时钟脉冲,Q0 变为高电平。
 
同时,进位端 C0 就输出一个进位脉冲,作为下一级计数的时钟信号。Cr 为复位端,也为清零端。当 Cr 输入高电平时,电路复位,即输出端 Q0 为高电平,Q1~Q9 为低电平。
 
如此反复,只要集成块 NE555 的 3 脚送来的二进制信号不消失,CD4017 将二进制信号转换为十进制信号的计码工作就会反复进行下去。
 
综上可知:调节可变电阻 R2 便可改变振荡电路的频率,反映在 CD4017 输出端则是流动的速率。
 

 

2. 布局及工作原理
 
关于这个 LOVE 型彩灯部分我画了一个直观的图,心形有 30 颗 LED 组成,但是 CD4017 只有 10 组输出,所以我把心形的顶部 5 颗 LED 和底部 5 颗 LED 独立开来,其他还有 20 颗 LED 则两两并联后由 CD4017 驱动,形成流水灯效果,Q0~Q9 直接接到 CD4017 的对应端(两只高亮 LED 并联后工作电流在 20mA 以下,完全不必接三极管扩流驱动)。
 
 
顶部和底部独立出来的 2 路 LED,电路完全相同,它们是将 5 颗 LED 串联后直接接在电源上,有朋友会问:那不是这两路 LED 都静止在那儿了?
 
正因为如此,所以我把 LED1 和 LED30 换成了多色自闪的 LED(这也是高亮 LED 中的一种,市售价格会高一些,我记得当时买的是一块钱一颗)。这样处理之后,这两颗 LED 总是在闪,发出七彩光,同时因为它们在闪的过程中自身压降总在忽高忽低的交替变化,使得分别所处的这两条 LED 通路上的其他 4 颗 LED 的分压也发生变化,导致支路中的其他 4 颗 LED 会呈现亮度高低起伏的效果,恰到好处地陪衬了两颗闪烁的 LED。
 
 
注意在上图中,除 LED1 和 LED30 以外的 LED 颜色按个人喜好编排,但一定要保证左右对称,不然会很丑。
 
三、数码管显示 LOVE:
作品做出来后,发现心形彩灯的中间很空,看上去挺别扭,于是想到用数码管显示 LOVE,当时不知道怎么样驱动数码管,所以直接将数码管焊死了,即需要哪些笔画亮就将其通电,当然这是最傻瓜的方法,但是对于初学者来说可能是达到预期效果的最好方法。该电路使用共阴数码管。
 
 
 
注:
 
硬件制作要点,我稍作一些解释
 
1、作为礼品,外观至关重要。不管作品是否采用我的这种结构,制作时一定要考虑到方不方便制作、固定外壳。
 
2、电路中的可调电阻 R2,不要使用微调的,要用带手柄的(比如音量电位器那种),制作好之后不论是你自己调试还是礼品的主人,都可以调节 LED 流动速度。
 
以下是成品效果图: