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2023年3月16日发(作者：黄金国度)

２０２０年第１期

Ｎｏ．１ ２０２０

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦ ＡＮＨＵＩ ＶＯＣＡＴＩＯＮＡＬ ＣＯＬＬＥＧＥ ＯＦ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＆ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

安徽电子信息职业技术学院学报

第１９卷（总第１０６期）

Ｇｅｎｅｒａｌ Ｎｏ．１０６ Ｖｏｌ．１９

１２

2020.2.20

XUEBAO

摘要：将Proteus仿真软件引入《集成电路应用》课程教学中，以延迟节能灯为例，通过对该电路

的仿真，设置参数，发现故障，排除故障，将抽象的教学内容与实际的仿真操作有机的结合，在理论教

学与实物制作间搭建了一座桥梁，提高了学生实物制作的成功率，激发了学生学习的兴趣，进一步增强

了学生分析问题、解决问题的能力，课堂效果也得到了提升。

关键词：延迟节能灯；Proteus仿真；CD4011

中图分类号：TP368文献标识码：B

SimulationandImplementationofDelayedEnergySavingLampBasedonProteus

ZHouXiaojue

（

JiangsuVocationalCollegeofBusiness,Nantong226011,China

）

Abstract:TheProteussimulationsoftwarewasintroducedintotheteachingofthe"IntegratedCircuit

Application"thedelayedenergy-savinglampasanexample,thesimulationofthecircuitwasused

tosetparameters,discoverfaults,troubleshootfaults,andcombineabstractteachingcontentwithactualsimulation

ehasbeenbuiltbetweentheoreticalteachingandphysicalproduction,whichhasincreasedthe

student'ssuccessrateinphysicalproduction,stimulatedstudentsinterestinlearning,furtherenhancedstudents’

abilitytoanalyzeproblemsandsolveproblems,andimprovedclassroomeffects.

Keywords:DelayedEnergySavingLamp;Proteussimulation;CD4011

基于Ｐｒｏｔｅｕｓ的延迟节能灯的仿真与实现

周晓珏

（江苏商贸职业学院，江苏南通226011）

[文章编号]

１６７１－８０２Ｘ（２０２０）０１－００１２－０３

＊收稿日期：２０１９－１２－１０

作者简介：周晓珏（１９８２－），女，江苏南通人，副教授，硕士，研究方向：无线传感器网络技术、变频调速。

一、Proteus仿真软件引入《集成电路应用》

课程教学

Ｐｒｏｔｅｕｓ软件是由英国Ｌａｂ Ｃｅｎｔｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ

公司开发的ＥＤＡ工具软件，它的元件库内包含

ＣＤ４０００系列、ＬＭ３２４、ＬＭ７８系列等多种集成电路，

有示波器、电压表、计数器等多种虚拟仪器，可

以对电路参数进行实时监测，可以进行电工基础、

模拟电路、数字电路等课程电路的设计与仿真，

是一种功能强大的仿真软件。将Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真软件

引入到《集成电路应用》课程教学中，是在集成

电路理论教学与电路实物制作间搭建了一座桥梁，

使学生在电路仿真中，熟悉芯片的引脚功能、参

技术应用

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2020.2.20

XUEBAO

数范围，了解电路的结构与功能，在电路出现故

障时，发现原因，排除故障，进一步提高学生对《集

成电路应用》课程的学习兴趣，同时在电路仿真

后进行实物制作，极大地提高了实物制作的成功

率。本文以基于ＣＤ４０１１的延迟节能灯仿真为例，

介绍了Ｐｒｏｔｅｕｓ软件在《集成电路应用》课程教学

中的应用。

二、延迟节能灯的介绍

（一） 电路功能

延迟节能灯是一种声光双控的延迟节能灯电

路，可以广泛用于楼梯间、走廊等需短时间照明

的场合。白天或者在光线较强的环境，无论声响

多大，照明灯都不会被点亮；晚上或者在光线较

暗的环境，只要有声响，如谈话声、脚步声等，

照明灯就会自动点亮，延迟一段时间后，自动熄灭。

（二）电路结构及原理

延迟节能灯电路主要由电源电路、感应元件、

控制电路、延迟电路四个部分组成，如图１所示。

周晓珏——基于Proteus的延迟节能灯的仿真与实现

图1延迟节能灯电路

１． 电源电路

４个二极管ＶＤ

１

－ＶＤ

４

组成的桥式整流电路将

２２０Ｖ的交流电整流成脉动直流电，再经过Ｒ

７

限流，

稳压二极管ＶＤ

５

稳压，１００ｕＦ的电解电容Ｃ

３

滤波，

得到８．２Ｖ左右的直流电压，该电压为４个ＣＤ４０１１

芯片及ＮＰＮ型三极管ＶＴ

１

提供电源。

２． 感应元件

电路中的感应元件主要有光敏电阻ＧＲ和驻极

体话筒。

光敏电阻主要材料是半导体材料，它基于内

光电效应制成，它的电阻值会随着入射光的强弱

变化而改变，当入射光强时，它的电阻值会减小；

当入射光弱时，它的电阻会增大。

在光线较暗的地方或者晚上，驻极体话筒接

受外部声响触发延迟节能灯电路，控制照明灯的

点亮与熄灭。当驻极体话筒接收到较大声响时，

经过ＮＰＮ型三极管ＶＴ

１

放大后，给Ｄ

１

（ＣＤ４０１１）

的输入端提供交流电压或高电平。

３． 控制电路

控制电路主要是由光控电路及声控电路两部

分组成。

在白天或者光线较亮的地方，光敏电阻ＧＲ遇

强光，阻值很小，使得Ｄ

１

（ＣＤ４０１１）的一个输入端

为低电平０，Ｄ

１

输出高电平１，Ｄ

２

输出低电平０，

Ｄ

３

输出高电平１，Ｄ

４

输出低电平０，则此时可控硅

的控制端为低电平０，可控硅不导通，照明灯通路

为断路，照明灯不亮。

在晚上或者光线较暗的地方，光敏电阻ＧＲ遇

弱光，阻值很大，使得Ｄ

１

的一个输入端为高电平

１。此时，电路的状态取决于驻极体话筒是否接收

到声响。当驻极体话筒接收到外部较大的声响时，

信号经三极管ＶＴ

１

放大后，输入高电平１到Ｄ

１

另

一个输入端，使Ｄ

１

输出低电平０，Ｄ

２

输出高电平１，

Ｄ

３

输出低电平０，Ｄ

４

输出高电平１，可控硅导通，

照明灯通路接通，照明灯点亮。当外部声响消失，

Ｄ

１

的另一个输入端变成低电平０，Ｄ

１

输出高电平１，

技术应用

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XUEBAO

Ｄ

２

输出低电平０，因为ＶＤ

６

的单向导电性，电容

Ｃ

２

两端电压不会突变，仍然为高电平１，即输入到

Ｄ

３

输入端的仍然是高电平１，此时电容Ｃ

２

经电阻

Ｒ

５

放电，直到电压翻转，输入到Ｄ

３

输入端的电压

变成低电平０，Ｄ

３

输出高电平１，Ｄ

４

输出低电平０，

可控硅截止，照明灯熄灭。

４． 延时电路

延时电路由电容Ｃ

２

和电阻Ｒ

５

组成。

当照明灯点亮后，照明灯不会立刻熄灭，

会延时一段时间再熄灭，延时的长短由Ｃ

２

、Ｒ

５

决定。延时时间其实也是电容放电时间。此时

Ｒ

５

＝１．５ＭΩ，Ｃ

２

＝２２ｕＦ，延时时间为３０ｓ左右。

三、延迟节能灯的仿真

（一） 仿真任务

在Ｐｒｏｔｅｕｓ软件中仿真延迟节能灯电路（仿真

图如图２所示），图中用１０ｍＶ的交流电来替代外

部声响。

１．检测Ｃ

３

端电压

用电压探针分别检测Ｃ

３

端电压。仿真软件运

行后，Ｃ

３

端电压逐渐增加到８．２Ｖ左右，从而为

ＶＴ

１

、ＣＤ４０１１提供电源。

２．设置白天或光线较强环境

将光敏电阻的光亮度设置为１００ＬＵＸ，不管在

ＶＴ

１

输入端是输入１０ｍＶ交流电信号还是断开信号，

照明灯均不会被点亮。

３．设置晚上或光线较暗的环境

将光敏电阻的光亮度设置为０．１ＬＵＸ，外部有

声响（ＶＴ

１

输入端输入１０ｍＶ交流电），照明灯点亮。

外部声响消失（ＶＴ

１

输入端的１０ｍＶ交流电断

开），用电压探针检测Ｃ

２

端电压，则此时Ｃ

２

通过

Ｒ

５

放电，当Ｃ

２

两端电压下降至１．４５Ｖ左右（低电

平阈值电压）时，照明灯熄灭。

（二）电路故障及排除

１． 在白天或光线较强的环境中，仿真软件运

行，照明灯直接点亮，或者是在晚上或光线较暗

的环境中，声响消失，点亮的照明灯无法熄灭。

在此环境中，照明灯直接点亮，证明晶闸管

是导通的，因为晶闸管一旦导通，门极就失去作

用，怎样改变门极电压值，都无法使照明灯熄灭，

可以增大照明灯电阻值，从而使流过晶闸管的电

流减小，使晶闸管关断。

２． 在晚上或光线较暗的环境中，有声响，照

明灯无法点亮。

在此环境中，可能是晶闸管正向电压比较小，

此时看看交流信号源的电压是否

（下转第20页）

图2延迟节能灯电路仿真图

周晓珏——基于Proteus的延迟节能灯的仿真与实现

技术应用

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XUEBAO

振动。

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ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｚｅｒｏ ｐｈａｓｅ ｅｒｒｏｒ ｎｏｔｃｈ ｆｉｌｔｅｒ ａｎｄ

Ｄ－ＰＤ ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｃ］． ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ． ＩＥＥＥ，

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ｂａｓｅｄ ＰＩ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ－ｏｒｄｅｒ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ

ｏｂｓｅｒｖｅｒ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，

２００７ ， ５４ （１） ： １１７－１２６．

（责任编辑：黄凤娟）

潘珩——双惯量系统振动抑制算法研究

已设置为２２０Ｖ；也可能是晶闸管无法导通，导致

照明灯不亮，可以减小Ｒ

６

阻值，使晶闸管的门极

电压达到正向触发电压，从而使晶闸管导通，照

明灯点亮。

四、结语

实践教学证明，在延迟节能灯的教学中，借

助于Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真软件，学生在学习电路工作原理

的基础上，设置重要参数，发现故障，排除故障，

拓宽了学生思维空间，充分发挥了学生学习的主

动性和积极性，也使学生后期的实物制作成功率

得到了提高，课堂教学效果得到了提升。

参考文献：

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（责任编辑：黄凤娟）

（上接第14页）