電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)：流水燈的設(shè)計(jì)

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)：流水燈的設(shè)計(jì)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告流水燈的設(shè)計(jì) 作品40%報(bào)告20%答辯20%平時(shí)20%總分100% 設(shè)計(jì)題目： 流水燈的設(shè)計(jì) 班級(jí)學(xué)號(hào)： 080601113* 學(xué)生姓名： Jenly_C今天，我？ 目錄1、預(yù)備知識(shí)- 5 -1.1 NE555 電路及應(yīng)用- 5 -1.1.1定時(shí)電路 NE555簡(jiǎn)介- 5 -1.1.2 NE555 的特點(diǎn)- 5 -1.1.3 NE555 基本應(yīng)用電路(定時(shí)器) - 5 -1.2 CD40110芯片- 5 -1.3 脈沖分配器CD4017- 5 -1.3.1 CD4017 引腳屬性 - 4 -1.3.2 CD4017 的邏輯功能 - 5 -1.3

2、.3 CD4017 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) - 5 -2、課程設(shè)計(jì)題目：流水燈的設(shè)計(jì)- 5 -2.1設(shè)計(jì)框圖- 5 -3、課程設(shè)計(jì)目的及基本要求- 7 -3.1設(shè)計(jì)目的- 5 -3.2基本要求- 5 -4 原理圖及原理說明- 9 -4.1功能模塊電路原理圖- 5 -4.2模塊工作原理說明- 5 - 4.2.1 555部分 - 9 - 4.2.2 CD4017部分 - 10 - 4.2.3 CD40110部分 - 11 -5、課程設(shè)計(jì)中涉及的實(shí)驗(yàn)儀器、工具以及調(diào)試- 12 -5.1實(shí)驗(yàn)儀器和工具- 5 -5.2組裝電路及調(diào)試- 5 -6、課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)- 13 -7、參考文獻(xiàn)- 14 -附錄一:原理圖和布

3、線圖- 15 -附錄二：實(shí)物圖- 16 -附錄三：元器件清單- 17 -1、 預(yù)備知識(shí)1.1 NE555 電路及應(yīng)用NE555(TimerIC)大約在1971年由SigneticsCorporation發(fā)布，在當(dāng)時(shí)是唯一非?？焖偾疑虡I(yè)化的TimerIC，在往后的30年來非常普遍被使用，且延伸出許多的應(yīng)用電路，盡管近年來CMOS技術(shù)版本的TimerIC如MOTOROlA的MC1455己被大量的使用，但原規(guī)格的NE555依然正常的在市場(chǎng)上供應(yīng)，盡管新版IC在功能上有部份的改善，但其腳位勁能并沒變化，所以到目前都可直接的代用。1.1.1定時(shí)電路 NE555 簡(jiǎn)介NE555是屬于555系列的計(jì)時(shí)IC的

4、其中的一種型號(hào)，555系列IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號(hào)不同的因其價(jià)格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同;而555是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí)IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號(hào)。1.1.2 NE555 的特點(diǎn)1.只需簡(jiǎn)單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久。2.它的操作電源范圍極大，可與L，CMOS等邏輯閘配合，也就是它的輸出準(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。3.其輸出端的供給電流大，可直接推動(dòng)多種自動(dòng)控制的負(fù)載。4.它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜。1.

5、1.3 NE555 基本應(yīng)用電路(定時(shí)器)555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖555邏輯符號(hào)和管腳排列定時(shí)器由一塊時(shí)基集成電路NE555和C1、C2、R1、R2等組成(其中C1為延時(shí)充電電容，C2為抗干擾隔離電容，R1、R2為延時(shí)充電電阻，而R2又為放電電阻)。通電后，困電容C1兩端電壓不能突變，2腳的電壓為低電平，集成塊NE555的內(nèi)部觸發(fā)器被置位，3腳輸出高電平。同時(shí)，由于電源經(jīng)電阻陽和R2向C2充電，使6腳和2腳的電壓不斷提高，當(dāng)電位上升到VCC的消時(shí)，集成塊NE555的內(nèi)部觸發(fā)器被復(fù)位，3腳的輸出電壓翻轉(zhuǎn)為低電平。同時(shí)集成塊NE555內(nèi)部的放電管導(dǎo)通，即7腳通過內(nèi)部的放電管和1腳相通，C2上儲(chǔ)存

6、的電荷就通過R2、7腳放電，使6腳和2腳的電壓不斷下降，當(dāng)電位降低到VCC的1時(shí)，集成塊NE555的內(nèi)部觸發(fā)器被置位。同時(shí)集成塊NE555內(nèi)部的放電管截止，7腳被懸空，電源又通過R1、R2向C2充電，使6腳和2腳的電壓不斷提高如此，周而復(fù)始，形成振蕩。輸出端的高電平維持時(shí)間取決于電容口的充電時(shí)間常數(shù)，輸出端的低電平維持時(shí)間取決于電容C2的放電時(shí)間常數(shù)。由于R2二呈陽，故可以認(rèn)為f放句f充，目的是減小彩燈熄亮交替的時(shí)間間隔的差異。如用作其他情況，需要調(diào)整R1、R2、C2的參數(shù)。綜上分析，3腳始終處于高電平和低電平的二進(jìn)制變化狀態(tài)，故此電路又稱為無穩(wěn)電路。當(dāng)555定時(shí)器組成自激多諧振蕩器時(shí)，輸出的

7、矩形脈沖的周期為:T=0.7*(R1+R2)*C。高電平暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間為:T1=0.7(R1+R2);低電平的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間為:T2=0.7R2*C。占空比:q%=Rl/（R1+R2）1.2 CD40110 芯片選擇 CD40110 芯片作為此電路的核心器件：CD40110 是 CMOS 系列十進(jìn)制加減計(jì)數(shù) / 鎖存 / 譯碼 /驅(qū)動(dòng)器，其引腳和框圖分別如圖 4、圖 5 所示。其中：TE 為計(jì)數(shù)控制脈沖輸入端，低電平有效；LE 為鎖存控制脈沖輸入端，低電平透明，高電平鎖存數(shù)據(jù)；R 為清零輸入端，高電平有效；ag 為鎖存器內(nèi)的數(shù)據(jù)經(jīng)譯碼 /驅(qū)動(dòng)后的輸出端，可直接驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼管，適時(shí)跟蹤鎖存器的

8、內(nèi)容；Co 和 Bo 分別為進(jìn)位和借位脈沖輸出端，CPU 和 CPD 分別為加法和減法計(jì)數(shù)脈沖輸入端。CD40110引腳圖 CD40110內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.3、脈沖分配器C040171.3.1 CD4017 引腳屬性- 18 -1.3.2 CD4017 的邏輯功能當(dāng)復(fù)位端R加上高電平和正脈沖時(shí)，除輸出端Q0為高電平"1"外，其余輸出端即Q1Q9均輸出低電平"0"。當(dāng)時(shí)鐘輸入端EN接地時(shí)，CP端對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖的上升沿計(jì)數(shù);當(dāng)時(shí)鐘輸入CP接高電平時(shí)，EN端則對(duì)時(shí)鐘脈沖的下降沿計(jì)數(shù)，設(shè)置這兩個(gè)輸入端是為了級(jí)連時(shí)更加方便Q0Q9 10個(gè)輸出端的輸出狀態(tài)分別與輸入的時(shí)

9、鐘脈沖個(gè)數(shù)相對(duì)應(yīng)。例如，如果計(jì)數(shù)從0開始，則輸入第1個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，Q1就變?yōu)楦唠娖?輸入第2個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，Q2為高電平，以此類推，直至輸入第10個(gè)脈沖，就回復(fù)到QO為商電平.同時(shí)進(jìn)位端CO就輸出1個(gè)進(jìn)位脈沖，作為下一級(jí)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)。R為復(fù)位端輸入，也稱消零端，當(dāng)R輸入高電平時(shí)，咆路復(fù)位，即輸出端QO為高電平，Q1Q9為低電平。1.3.3 CD4017 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、 課程設(shè)計(jì)題目：流水燈的設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)框圖（1） 基本原理設(shè)計(jì)框圖如下圖所示（2）設(shè)計(jì)的多功能流水燈原理電路圖如上圖所示。原理電路圖由振蕩電路、譯碼電路和光源電路三部分組成。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，本次選用的脈沖發(fā)生器是由NE555與R2

10、、R3及C3組成的多諧振蕩器組成。主要是為燈光流動(dòng)控制器提供流動(dòng)控制的脈沖，燈光的流動(dòng)速度可以通過電位器RP進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于RP的阻值較大，所以有較大的速度調(diào)節(jié)范圍。燈光流動(dòng)控制器由一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)脈沖分配器CD4017和若干電阻組成。（3） CD4017的CP端受脈沖發(fā)生器輸出脈沖的控制，其輸出端(Q0Q9)將輸入脈沖按輸入順序依次分配。輸出控制的脈沖，其輸出控制脈沖的速度由脈沖發(fā)生器輸出的脈沖頻率決定。電阻與CD4017的10個(gè)輸出端Q0Q9相連，當(dāng)Q0Q9依次輸出控制脈沖時(shí)10個(gè)發(fā)光二極管按照接通回路的順序依次發(fā)光，形成流動(dòng)發(fā)光狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)正向流水和逆向流水的功能。3、課程設(shè)計(jì)目的及基本要求

11、3.1設(shè)計(jì)目的學(xué)習(xí)了一個(gè)學(xué)期的數(shù)字電子技術(shù)課程，這次的課程設(shè)計(jì)主要綜合了解與運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，通過這次課程設(shè)計(jì)來檢查這一學(xué)期的學(xué)習(xí)狀況。通過制作來了解流水燈控制系統(tǒng)，了解譯碼器、計(jì)數(shù)器、寄存器芯片的作用。流水燈控制系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)燈的流轉(zhuǎn)的控制。在現(xiàn)代化的大城市中，一些活動(dòng)對(duì)裝飾品的需求越來越高，在每一個(gè)活動(dòng)幾乎都需要有一個(gè)好看的流水燈吸引大家的眼光，這就需要一個(gè)方便、自動(dòng)的系統(tǒng)對(duì)流水燈的轉(zhuǎn)化進(jìn)行管理。本次的設(shè)計(jì)就是基于此目的進(jìn)行的。3.2基本要求：設(shè)計(jì)一個(gè)流水燈控制電路：1.先用LM555與C2、R8和R9組成多諧震蕩器，完成后用示波器檢測(cè)振蕩器的輸出波形，若輸出正確的方波時(shí)進(jìn)行下面步驟。2用C

12、D4022及若干電阻按原理圖焊接組成計(jì)數(shù)電路。3按原理圖用相應(yīng)器件制作降壓整流電路，其后與LED二極管連接成整體。4.將三種電路按順序組成整體。5.在焊接完成后要認(rèn)真檢查電路板確保無誤，然后進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，接入+5V電壓后觀察燈的亮滅情況，正確結(jié)果應(yīng)該是流水燈依次亮。如果結(jié)果錯(cuò)誤，應(yīng)重新檢查電路板，電路及焊接情況直至結(jié)果正確。6.隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展尤其是數(shù)字技術(shù)的突飛猛進(jìn)，多功能流水燈憑著簡(jiǎn)易，高效，穩(wěn)定等特點(diǎn)得到普遍的應(yīng)用。在各種娛樂場(chǎng)所、店鋪門面裝飾、家居裝潢、城市墻壁更是隨處可見，與此同時(shí)，還有一些城市采用不同的流水燈打造屬于自己的城市文明，塑造自己的城市魅力。目前，多功能流水燈的種類已有

13、數(shù)十種，如家居裝飾燈、店鋪招牌燈等等。所以，多功能流水燈的設(shè)計(jì)具有相當(dāng)?shù)拇硇浴?.多功能流水燈，就是要具有一定的變化各種因案的功能，主要考察了數(shù)字電路中一些編碼譯碼、計(jì)數(shù)器原理，555定時(shí)器構(gòu)成時(shí)基電路，給其他的電路提供時(shí)序，脈沖，設(shè)計(jì)過程中需要了解相關(guān)芯片(NE555、CD4017)的具體功能，引腳圖，真值表，認(rèn)真布局，在連接過程中更要細(xì)致耐心。注：在制作過程中首先要注意各器件在電路板的位置安排布局，及各器件的選擇，要仔細(xì)觀察各器件的標(biāo)號(hào)及數(shù)值，確保器件的使用正確及芯片的引腳正確連接。其次，焊接時(shí)應(yīng)認(rèn)真，仔細(xì)，避免損壞器件。還要注意焊點(diǎn)的光滑，熟練掌握焊接能力。在焊接電線時(shí)要注意安全及電線

14、的長(zhǎng)度以致焊接美觀。4 原理圖及原理說明4.1功能模塊電路原理圖原理圖4.2模塊工作原理說明4.2.1 555部分555定時(shí)器NE555：NE555是屬于555系列的計(jì)時(shí)IC的其中的一種型號(hào)，555系列IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號(hào)不同的因其價(jià)格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí)IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號(hào)。555定時(shí)器周期計(jì)算：觸發(fā)閾值復(fù)位IS放電端輸出>H導(dǎo)通LH原狀態(tài)×H截止H××L導(dǎo)通L555定時(shí)器控制功能表4.2.2 CD4017部分CD401

15、74.2.3 CD40110部分CD40110第一級(jí) CD40110 計(jì)數(shù)使能控制脈沖設(shè)計(jì)為周期 2 s，頻率 0.5 Hz，幅度為 05 V，占空比 50%。從減小控制脈沖的頻率誤差方面考慮，取 CD4060 的 Q14 端 （214 分頻端） 輸出的脈沖作為計(jì)數(shù)使能控制脈沖，即 TE1=Q14，其它各級(jí) TE 端直接接地，計(jì)數(shù)恒允許，這樣既不影響計(jì)數(shù)，又使電路更加簡(jiǎn)單可靠。5、課程設(shè)計(jì)中涉及的實(shí)驗(yàn)儀器、工具以及調(diào)試5.1實(shí)驗(yàn)儀器和工具焊接器件：電烙鐵、剝線鉗、焊錫絲、導(dǎo)線，松香等；調(diào)試工具：學(xué)生直流電壓電源、數(shù)字萬用表硬件調(diào)試主要是檢測(cè)硬件電路是否有短路、斷路、虛焊等。具體步驟及測(cè)試結(jié)果如

16、下：（1）檢查電源與地線是否全部連接上，用萬用表對(duì)照電路原理圖測(cè)試各導(dǎo)線是否完全連接，對(duì)未連接的進(jìn)行修復(fù)。（2）參照原理圖，檢查各個(gè)器件之間的連接是否連接正確，是否存在虛焊，經(jīng)測(cè)試，各連接不存在問題。（3）以上兩項(xiàng)檢查并修復(fù)完后，給該硬件電路上電，電源指示燈點(diǎn)亮。5.2 組裝電路及調(diào)試（1） 檢查電路設(shè)計(jì)的原理圖即導(dǎo)線的鏈接，并確定導(dǎo)線的鏈接與電路原理圖一致。（2) 檢查導(dǎo)線的鏈接，并檢查導(dǎo)線是否斷路，根據(jù)電路原理圖，用數(shù)字萬用表打到合適的檔位，測(cè)試各導(dǎo)線對(duì)應(yīng)的按點(diǎn)是否導(dǎo)通。（3) 檢查試驗(yàn)儀器和器材是否完好，電源5V直流電壓輸出正常。發(fā)光二極管全部可以正常發(fā)光，電阻和電容全部正常，電位器可以

17、正常調(diào)節(jié)。芯片CD4017和定位器NE555工作正常。當(dāng)接通電源，流水燈可以正常順暢的流動(dòng)。5.3 可能問題的預(yù)設(shè)處理（1）若流水燈沒有正常流動(dòng)，首先檢查電路板是否有虛焊或短路，檢查之后重新測(cè)試；若仍有問題，檢查原件是否有錯(cuò)誤焊接，并進(jìn)行修正。（2）若流水燈只有部分閃爍，使用萬用表檢查沒有閃爍，LED燈管是否正確安裝或是毀壞，如果反接則重新連接如果毀壞則替換燈管，檢查相關(guān)電路連接部分的焊接以及所連接電阻是否存在問題。（3)若只有一個(gè)燈光被點(diǎn)亮且不閃爍，檢查NE555相連電解電容是否反接或毀壞，反接則調(diào)換引腳，毀壞則更換電容；若不是電容問題，考慮是否為NE555的連接上存在問題或NE555本身出

18、現(xiàn)問題，若是連接上的問題進(jìn)行調(diào)整，若是元件問題向老師索要新元件進(jìn)行替換。（4)若通電時(shí)電路板出現(xiàn)冒煙或元件爆裂，及時(shí)切斷電源連接，檢查電路板狀況，檢查出現(xiàn)問題的原因看是否可以繼續(xù)使用。6、課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)此課題主要考察了對(duì)數(shù)字電路部分知識(shí)的理解和應(yīng)用，理論結(jié)合實(shí)踐，使得對(duì)以前學(xué)習(xí)的數(shù)字電路有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)，為以后的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并且對(duì)本專業(yè)產(chǎn)生了濃厚的興趣。通過這次課設(shè)，鍛煉了我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題的能力。這次課設(shè)在老師的指導(dǎo)下以及我們?nèi)M人員的共同努力下，順利地完成 ，這次課設(shè)，雖然只有1周時(shí)間，但就在這接近2周時(shí)間里，不僅提高了我們個(gè)人的動(dòng)手能力，更培養(yǎng)了我們團(tuán)隊(duì)精神，讓我們?cè)讵?dú)立思考解決問題的同時(shí)，又相互配合，以致順利完成課程設(shè)計(jì)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。本設(shè)計(jì)主要運(yùn)用編碼、譯碼和555定時(shí)器完成的