基于NE555+CD4017流水彩燈的設計與實現(xiàn)的課程設計(1)

1、課程設計說明書題 目： 基于 NE555 + CD 4017 流水彩燈的設計與實現(xiàn) 摘 要 當今的社會是一個新技術層出不窮的時代，科技迅速發(fā)展，在電子領域的發(fā)展更是迅速，同時也在影響著我們的生活。隨著人民生活水平的提高，流水燈在現(xiàn)實生活中所起的作用越來越重要。例如：在人流擁擠繁忙的交通路段，閃爍著的流水交通燈，提醒著我們要遵紀交通規(guī)則，在霓虹閃爍的繁華大街上，閃爍的流水燈無不吸引過路人的眼球，甚至在一些大型商場大廈的自動門上都裝有自動流水燈，告訴人們的時間和日期。 流水燈的設計要求在預定的時間到來時，會產(chǎn)生一個控制信號控制LED燈的流向、間歇等，LED燈流向可以隨著電路的改變而改變，并具有自控

2、、手控、流向控制功能等。主要參考數(shù)字電路中計數(shù)器的原理。NE555振蕩器的作用等相關知識在設計的過程中需要了解相關芯片（CD4017、NE555）的具體功能。關鍵詞：流水燈；NE555振蕩器；CD4017；電子線路目 錄1 緒論11.1 背景11.2 設計課題的任務12 設計方案簡述12.1 方案的原理12.2 方案的總體框圖23 單元模塊設計23.1 NE555時基電路23.1.1 NE555芯片33.2 譯碼電路43.2.1 CD4017芯片44 設計的總方案54.1 設計要點54.2 方案總體電路圖64.3 元件清單64.4 PCB圖75 電路的調(diào)試75.1 電路板調(diào)試75.2 遇到的問

3、題及其處理86 設計的總結8參考文獻9附錄10第 9 頁 共 10 頁1 緒論1.1 背景隨著人類社會的進步和科學技術的迅猛發(fā)展，彩燈已經(jīng)成為各個大小節(jié)日、各種宴會場合的必備娛樂用品，它不但可以發(fā)出不同顏色的燈光來點綴場地，還可以調(diào)動起現(xiàn)場人們的情緒，使宴會的氣氛上漲。此外還可以搭配任何擺設，配以繽紛顏色、圍成各種形狀，來進行裝飾。流水彩燈的工作原理與彩燈的大致相同它拆裝方便，易于收藏，安全環(huán)保，消耗低，具有較大的開發(fā)潛力；構造簡單，所用原理也較簡單，有較大的市場需求量，若批量生產(chǎn)，可獲較大利益，具有很好的商業(yè)潛力。1.2 設計課題的任務 設計一個基于NE555+CD4017流水彩燈的控制電路

4、，要求電路開啟后，各種顏色的燈在時鐘信號作用下按以下規(guī)律轉換狀態(tài)。電路啟動后，要求各種顏色的燈在脈沖作用下順序，循環(huán)點亮。改變脈沖頻率時，各種顏色的燈轉換速度相應發(fā)生改變。 2 設計方案簡述 2.1 方案的原理該十路流水燈控制器可控制10個燈輪流循環(huán)流水發(fā)光，流水速度可以調(diào)節(jié)。NE555時基電路組成振蕩電路，電源VCC通過電阻R2、RP1向電容C1充電，當充電到一定程度后，2、6腳電壓升高，當2、6腳電壓升高到2/3VCC后，3腳輸出為低電平，7腳對地呈低阻態(tài)，電容C1通過電位器和7腳對地放電，當放電至使2、6腳電壓低于1/3VCC時，3腳輸出為高電平，7腳對地呈高阻態(tài)，VCC通過RP1又開始

5、對電容C1充電，周而復始。通過調(diào)節(jié)RP1的阻值，可以改變電容充放電的時間常數(shù),從而改變3腳輸出脈沖的頻率。從3腳輸出振蕩脈沖作為CD4017工作的時鐘脈沖，在時鐘脈沖的作用下，CD4017十進制計數(shù)器開始計數(shù)，從10個輸出端依次輸出高電平，不斷循環(huán)。10只發(fā)光二極管被依次點亮。整個電路可以采用3-12V直流供電。2.2 方案的總體框圖 圖13 單元模塊設計3.1 NE555時基電路NE555時基電路組成多諧振蕩電路，電源VCC通過電阻R2、RP1向電容C1充電，當充電到一定程度后，2、6腳電壓升高，當2、6腳電壓升高到2/3VCC后，3腳輸出為低電平，7腳對地呈低阻態(tài)，電容C1通過電位器和7腳

6、對地放電，當放電至使2、6腳電壓低于1/3VCC時，3腳輸出為高電平，7腳對地呈高阻態(tài)，VCC通過RP1又開始對電容C1充電，周而復始。通過調(diào)節(jié)RP1的阻值，可以改變電容充放電的時間常數(shù)從而改變3腳輸出脈沖的頻率。 圖2 圖3 3.1.1 NE555芯片 圖4 圖5 NE555 引腳功能簡介:1腳：公共地端為負極。2腳：低觸發(fā)端TRIG,低于1/3電源電壓時即導通。3腳：輸出端OUT，電流可達200mA。4腳：強制復位端RESET,不用時可與電源正極相連或懸空。5腳：用來調(diào)節(jié)比較器的基準電路，簡稱控制端CONT，不用時可懸空，或通過0.01uF電容器接地6腳：高觸發(fā)端THRES，也稱閾值端，高

7、于2/3電源電壓時即截止。7腳：發(fā)電端DISCH。8腳：電源正極VDD。 應用十分廣泛，可裝如下幾種電路：1.單穩(wěn)類電路 作用：定延時，消抖動，分頻，脈沖輸出等；2.雙穩(wěn)類電路 作用：比較器，鎖存器，反相器，方波輸出及整形等：3.無穩(wěn)類電路 作用：方波輸出，電源變換，音響報警，玩具等。3.2 譯碼電路譯碼電路由一塊CD4017芯片組成。Q0Q9這10個輸出端的輸出狀態(tài)分別與輸入的時鐘個數(shù)相對應。如從0開始計數(shù)，則輸入到第1個時鐘脈沖時，Q1就變成高電平，輸入第2個時鐘脈沖時，Q2變成高電平直到輸入第10個時鐘脈沖，Q0變?yōu)楦唠娖?。同時，進位端C0就輸出一個進位脈沖，作為下一級計數(shù)的時鐘信號。C

8、r為復位端，也為清零端。當Cr輸入高電平時，電路復位，即輸出端Q0為高電平，Q1Q9為低電平。如此反復，只要NE555芯片的3腳送來的二進制信號不消失，CD4017芯片將二進制信號轉換為十進制信號的計碼工作就會反復進行下去。 3. 2. 1 CD4017芯片CD4017 是5 位Johnson 計數(shù)器，具有10 個譯碼輸出端，CP、CR、INH 輸入端。時鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對輸入時鐘脈沖上升和下降時間無限制。INH 為低電平時，計數(shù)器在時鐘上升沿計數(shù)；反之，計數(shù)功能無效。CR 為高電平時，計數(shù)器清零。Johnson 計數(shù)器，提供了快速操作、2 輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出

9、。防鎖選通，保證了正確的計數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對應時鐘周期內(nèi)保持高電平。在每10 個時鐘輸入周期CO 信號完成一次進位，并用作多級計數(shù)鏈的下級脈動時鐘。CD4017的管腳排列和功能表分別如下圖所示： 圖6 圖7 CD4017時序工作圖： 圖84 設計的總方案4.1 設計要點因為循環(huán)彩燈對頻率的要求不高，只要能產(chǎn)生高低電平就可以了，且脈沖信號的頻率可調(diào)，所以采用555定時器組成的振蕩器其輸出的脈沖作為下一級的時鐘信號。計數(shù)器是用來累計和寄存輸入脈沖個數(shù)的時序邏輯部件。在此電路中采用十進制計數(shù)分頻器4017它是一種用途非常廣泛的電路。其內(nèi)部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)

10、對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是O0O2.O9依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平，寬度等于時鐘周期。顯示電路主要由發(fā)光二極管組成，當4017的輸出依次輸出高電平時，驅(qū)動發(fā)光二極管也依次點亮，產(chǎn)生一種流動變化的效果。 4.2 方案總體電路圖 圖94.3 元件清單 圖10 4.4 PCB圖 圖11 5 電路的調(diào)試5.1 電路板調(diào)試1） 檢查電路設計的原理圖即導線的鏈接，并確定導線的鏈接與電路原理圖一致。 2) 檢查導線的鏈接，并檢查導線是否斷路，根據(jù)電路原理圖，用數(shù)字萬用表打到合適的檔位，測試各導線對應的按點是否導通。 3) 檢查試驗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)

11、光，電阻和電容全部正常，電位器可以正常調(diào)節(jié)。芯片CD4017和定位器NE555工作正常。當接通電源，流水燈可以正常順暢的流動。5.2 遇到的問題及其處理 1）流水燈只有部分閃爍，有一個燈不亮。檢查電路板發(fā)現(xiàn)有虛焊，將虛焊的地方焊接好檢查之后重新測試。 2）流水燈沒有正常流動，調(diào)節(jié)滑動變阻器發(fā)現(xiàn)流水燈沒有依次循環(huán)現(xiàn)象。經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)時變阻器的阻值不夠大，后換了一個阻值較大的滑動變阻器。3）只有一個燈光被點亮且不閃爍，檢查發(fā)現(xiàn)與NE555相連的電解電容反接，調(diào)換引腳。6 設計的總結 通過本次課程設計的學習，收獲匪淺，使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識

12、與實踐相結合起來，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。首先，通過學習使自己對課本上的知識可以應用于實際，使的理論與實際相結合，加深自己對課本知識的更好理解，同時實習也段練了我個人的動手能力，能夠充分利用圖書館去查閱資料，增加了許多課本以外的知識。能對Altium designer軟件的實際操作，達到學以致用。再者，經(jīng)過對實現(xiàn)功能的要求，對各元器件的引腳功能、真值表的分析、并設計其原理圖，還有畫原理圖的PCB圖也是對實際動手能力的一大考驗，因為之前還沒學到EDA這門課的實驗知識，所以只能自己去查閱資料和下載軟件一步一步弄懂來，在這過程中收獲很大。 在設計的過程中遇到很多問題，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次的課程設計同時表明，任何的實踐活動，都不可能閉門造車，是必須去吸取前人的實踐經(jīng)驗，這就要求在課程設計的過程中，從網(wǎng)絡上，從圖書館，借尋相關資料書籍等，有力地指導課程設計。通過這次課程設計，我拓寬了知識面，鍛煉了能力，綜合素質(zhì)得到較大提高。在此過程中，感謝老師的理解與幫助，再次十分的感謝老師！參考文獻1 閻石. 數(shù)字電子技術基礎-5版M. 高等教育出版社, 20062 謝自美. 電子