基于NE555 CD4017流水彩燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的課程設(shè)計(jì)匯總

1、課程設(shè)計(jì)說明書題 目： 基于 NE555 + CD 4017 流水彩燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘 要 當(dāng)今的社會(huì)是一個(gè)新技術(shù)層出不窮的時(shí)代，科技迅速發(fā)展，在電子領(lǐng)域的發(fā)展更是迅速，同時(shí)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(shí)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(jì)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(chǎng)大廈的自動(dòng)門上都裝有自動(dòng)流水燈，告訴人們的時(shí)間和日期。 流水燈的設(shè)計(jì)要求在預(yù)定的時(shí)間到來時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)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(jì)數(shù)器的原理。NE555振蕩器的作用等相關(guān)知識(shí)在設(shè)計(jì)的過程中需要了解相關(guān)芯片（CD4017、NE555）的具體功能。關(guān)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(shè)計(jì)課題的任務(wù)12 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述12.1 方案的原理12.2 方案的總體框圖23 單元模塊設(shè)計(jì)23.1 NE555時(shí)基電路23.1.1 NE555芯片33.2 譯碼電路43.2.1 CD4017芯片44 設(shè)計(jì)的總方案54.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)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(shè)計(jì)的總結(jié)8參考文獻(xiàn)9附錄101 緒論1.1 背景隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，彩燈已經(jīng)成為各個(gè)大小節(jié)日、各種宴會(huì)場(chǎng)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(diǎn)綴場(chǎng)地，還可以調(diào)動(dòng)起現(xiàn)場(chǎng)人們的情緒，使宴會(huì)的氣氛上漲。此外還可以搭配任何擺設(shè)，配以繽紛顏色、圍成各種形狀，來進(jìn)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(gòu)造簡(jiǎn)單，所用原理也較簡(jiǎn)單，有較大的市場(chǎng)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(shè)計(jì)課題的任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)基于NE555+CD4017流水彩燈的控制電路，要求電路開啟后，各種顏

4、色的燈在時(shí)鐘信號(hào)作用下按以下規(guī)律轉(zhuǎn)換狀態(tài)。電路啟動(dòng)后，要求各種顏色的燈在脈沖作用下順序，循環(huán)點(diǎn)亮。改變脈沖頻率時(shí)，各種顏色的燈轉(zhuǎn)換速度相應(yīng)發(fā)生改變。 2 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述 2.1 方案的原理該十路流水燈控制器可控制10個(gè)燈輪流循環(huán)流水發(fā)光，流水速度可以調(diào)節(jié)。NE555時(shí)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(dāng)充電到一定程度后，2、6腳電壓升高，當(dāng)2、6腳電壓升高到2/3VCC后，3腳輸出為低電平，7腳對(duì)地呈低阻態(tài)，電容C1通過電位器和7腳對(duì)地放電，當(dāng)放電至使2、6腳電壓低于1/3VCC時(shí)，3腳輸出為高電平，7腳對(duì)地呈高阻態(tài)，VCC通過RP1又開始對(duì)電容C1充電，周而復(fù)始

5、。通過調(diào)節(jié)RP1的阻值，可以改變電容充放電的時(shí)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(shí)鐘脈沖，在時(shí)鐘脈沖的作用下，CD4017十進(jìn)制計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，從10個(gè)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(diǎn)亮。整個(gè)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(shè)計(jì)3.1 NE555時(shí)基電路NE555時(shí)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(dāng)充電到一定程度后，2、6腳電壓升高，當(dāng)2、6腳電壓升高到2/3VCC后，3腳輸出為低電平，7腳對(duì)地呈低阻態(tài)，電容C1通過電位器和7腳對(duì)地放電，當(dāng)放電至使2、

6、6腳電壓低于1/3VCC時(shí)，3腳輸出為高電平，7腳對(duì)地呈高阻態(tài)，VCC通過RP1又開始對(duì)電容C1充電，周而復(fù)始。通過調(diào)節(jié)RP1的阻值，可以改變電容充放電的時(shí)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(jiǎn)介:1腳：公共地端為負(fù)極。2腳：低觸發(fā)端TRIG,低于1/3電源電壓時(shí)即導(dǎo)通。3腳：輸出端OUT，電流可達(dá)200mA。4腳：強(qiáng)制復(fù)位端RESET,不用時(shí)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(zhǔn)電路，簡(jiǎn)稱控制端CONT，不用時(shí)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，高于2/3電源電壓時(shí)即截止

7、。7腳：發(fā)電端DISCH。8腳：電源正極VDD。 應(yīng)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(shí)，消抖動(dòng)，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(bào)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(gè)輸出端的輸出狀態(tài)分別與輸入的時(shí)鐘個(gè)數(shù)相對(duì)應(yīng)。如從0開始計(jì)數(shù)，則輸入到第1個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，Q1就變成高電平，輸入第2個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，Q2變成高電平直到輸入第10個(gè)時(shí)鐘脈沖，Q0變?yōu)楦唠娖?。同時(shí)，進(jìn)位端C0就輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖，作為下一級(jí)計(jì)數(shù)的時(shí)鐘信號(hào)。Cr為復(fù)位端，也為清零端。

8、當(dāng)Cr輸入高電平時(shí)，電路復(fù)位，即輸出端Q0為高電平，Q1Q9為低電平。如此反復(fù)，只要NE555芯片的3腳送來的二進(jìn)制信號(hào)不消失，CD4017芯片將二進(jìn)制信號(hào)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制信號(hào)的計(jì)碼工作就會(huì)反復(fù)進(jìn)行下去。 3. 2. 1 CD4017芯片CD4017 是5 位Johnson 計(jì)數(shù)器，具有10 個(gè)譯碼輸出端，CP、CR、INH 輸入端。時(shí)鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖上升和下降時(shí)間無限制。INH 為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)；反之，計(jì)數(shù)功能無效。CR 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。Johnson 計(jì)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。防鎖選通，保證了正確的

9、計(jì)數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對(duì)應(yīng)時(shí)鐘周期內(nèi)保持高電平。在每10 個(gè)時(shí)鐘輸入周期CO 信號(hào)完成一次進(jìn)位，并用作多級(jí)計(jì)數(shù)鏈的下級(jí)脈動(dòng)時(shí)鐘。CD4017的管腳排列和功能表分別如下圖所示： 圖6 圖7 CD4017時(shí)序工作圖： 圖84 設(shè)計(jì)的總方案4.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)因?yàn)檠h(huán)彩燈對(duì)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(hào)的頻率可調(diào)，所以采用555定時(shí)器組成的振蕩器其輸出的脈沖作為下一級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)。計(jì)數(shù)器是用來累計(jì)和寄存輸入脈沖個(gè)數(shù)的時(shí)序邏輯部件。在此電路中采用十進(jìn)制計(jì)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(jì)數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)的分配，整個(gè)輸

10、出時(shí)序就是O0O2.O9依次出現(xiàn)與時(shí)鐘同步的高電平，寬度等于時(shí)鐘周期。顯示電路主要由發(fā)光二極管組成，當(dāng)4017的輸出依次輸出高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管也依次點(diǎn)亮，產(chǎn)生一種流動(dòng)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(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，

11、電位器可以正常調(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)。5.2 遇到的問題及其處理 1）流水燈只有部分閃爍，有一個(gè)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(cè)試。 2）流水燈沒有正常流動(dòng)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)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(shí)變阻器的阻值不夠大，后換了一個(gè)阻值較大的滑動(dòng)變阻器。3）只有一個(gè)燈光被點(diǎn)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(shè)計(jì)的總結(jié) 通過本次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，收獲匪淺，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，從而提

12、高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。首先，通過學(xué)習(xí)使自己對(duì)課本上的知識(shí)可以應(yīng)用于實(shí)際，使的理論與實(shí)際相結(jié)合，加深自己對(duì)課本知識(shí)的更好理解，同時(shí)實(shí)習(xí)也段練了我個(gè)人的動(dòng)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(shí)。能對(duì)Altium designer軟件的實(shí)際操作，達(dá)到學(xué)以致用。再者，經(jīng)過對(duì)實(shí)現(xiàn)功能的要求，對(duì)各元器件的引腳功能、真值表的分析、并設(shè)計(jì)其原理圖，還有畫原理圖的PCB圖也是對(duì)實(shí)際動(dòng)手能力的一大考驗(yàn)，因?yàn)橹斑€沒學(xué)到EDA這門課的實(shí)驗(yàn)知識(shí)，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(shè)計(jì)的過程中遇到很多問題，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次的課程設(shè)計(jì)同時(shí)表明，任何的實(shí)踐活動(dòng)，都不可能閉門造車，是必須去吸取前人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這就要求在課程設(shè)計(jì)的過程中，從網(wǎng)絡(luò)上，從圖書館，借尋相關(guān)資料書籍等，有力地指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)。通過這次課程設(shè)計(jì)，我拓寬了知識(shí)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(xiàn)1 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)-5版M. 高等教育出版社, 20062 謝自美. 電子