流水灯的设计与实现

        彩灯链的设计与实现

院（系）名称： 西安电子科技大学

                  专 业 班  级： 生物医学

                  学        号： 06788234 

                  姓        名： 孙波波 

                  指 导 老  师： 雷思孝

                   2010年10月20日

         目录

1、 课程意义…………………………………………………………………………3

   1.1 设计任务……………………………………………………………3

   1.2设计目的……………………………………………………………………3

    1.3课程分析……………………………………………………………………3

2、 总体方案设计……………………………………………………………………3

  2.1设计要点………………………………………………………………………3

  2.2 方案总体电路图………………………………………………………….3

 2. 3方案模拟仿真…………………………………………………………………5

3 、单元模块设计……………………………………………………………………6

  3.1 单位脉冲电路设计…………………………………………………………6

   3.2计数器/译码分配器…………………………………………………………8

    3.3显示电路……………………………………………………………………9

4 、电路参数设置和元件选择………………………………………………………10

  4．1 电路参数的设置及元件清单……………………………………………10

5、主要芯片介绍……………………………………………………………………11

  5.1  NE555定时器……………………………………………………………11

  5.2  4017BD计数器/译码分配器……………………………………………12

6、焊接总体实物图…………………………………………………………………16

7、心得体会…………………………………………………………………………17

8、参考文献…………………………………………………………………………19

1、 课程意义

1.1 设计任务

1）彩灯能够自动循环点亮

2）彩灯循环显示且频率快慢可调。

3）该控制电路具有8路以上的输出。

1.2设计目的

    通过本设计熟悉中规模集成电路进行时序电路和组合电路设计的方 

法，掌握彩灯循环控制器的设计方法。

 1.3课程分析

此电路主要由三部分组成，其整体框图如图（一）所示。

振荡电路          计数译码驱动电路          显示电路

图（一）

2、 总体方案设计

2.1设计要点 

    因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉 

冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为

下一级的时钟信号。

    计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。在此电路中采

用十进制计数/分频器4017，它是一种用途非常广泛的电路。其内部由计数

器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序

就是O0、O1、O2….O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。

    显示电路主要由发光二极管组成，当4017的输出依次输出高电平时，

驱动发光二极管也依次点亮，产生一种流动变化的效果。

2.2 方案总体电路图

2. 3方案模拟仿真

根据要求进行电路参数设置与选择，以完成实验设计。

3 、单元模块设计

3.1 单位脉冲电路设计

555集成时基电路称为集成定时器，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，其应用十分广泛。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。它的内部电压标准使用了三个5K的电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，两者的工作原理和结构相似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，两者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555和7555是单定时器，556和7556是双定时器。双极型的电压是+5V~+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压是+3V~+18V。

555电路的内部电路方框图如图1所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为和。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。

是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接VCC。

Vc是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。

555构成多谐振荡器

如图2，由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端放电，使电路产生振荡。电容C在和之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如图3所示。

图8-4  555构成多谐振荡器                 图8-5  多谐振荡器的波形图

输出信号的时间参数是：    T=

=0.7（R1+R2）C

=0.7R2C

其中，为VC由上升到所需的时间，为电容C放电所需的时间。

555电路要求R1与R2均应不小于1KΩ，但两者之和应不大于3.3MΩ。

外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。

3.2计数器/译码分配器

计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。在此电路中采用十进制计数/分频器4017，它是一种用途非常广泛的电路。其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2….O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。

4017有3个输入端（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时，其输出O0为高电平，其余输出端（O1------O9）均为低电平。CP0和~CP1是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由~CP1端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。

4017有10个输出端（O0—O9）和1 个进位输出端~O5-9。每输入10个计数脉冲，~O5-9就可得到1 个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。

由此可见，当4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。

4017的管脚仿真图如图（三）所示。其测试电路及波形如图（四）图（五）所示。注意在用multisim仿真软件时，含有CMOS时，电源作VDD。

                                      图（五）

3.3显示电路

主要由发光二极管组成，当4017的输出依次输出高电平时，驱动发光二极管也依次点亮，产生一种流动变化的效果。发光二极管要求驱动电压小一点，一般在1.66V左右，电流在5mA左右。其中本设计所用的LED是红色和绿色，其工作电压分别为1.8～2.4、3.0～3.6。彩灯的循环速度由脉冲源频率决定。R、C构成微分电路，用于上电复位。如有兴趣也可以把发光二极管换成颜色的彩灯，这样循环直民来就更好看了。

4 、电路参数设置和元件选择

 4．1 电路参数的设置及元件清单

5、主要芯片介绍

5.1  NE555定时器

其工作原理：

它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为和。C1和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。

   是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接。

   Vco是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

   T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路.

555电路的引脚功能

  数字电路CD4017是十进制计数／分频器，它的内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是Q0、Q1、Q2、…、Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。

    CD4017有10个输出端（Q0～Q9）和1个进位输出端～Q5-9。每输入10个计数脉冲，～Q5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。

    CD4017有3个输（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1～Q9）均为低电平。CP0和～CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。 由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。

　　CD4017有两个时钟端 CP 和 EN，若用时钟脉冲的上沿计数，则信号从 CP 端输入；若用下降沿计数，则信号从 EN 端输入。设置两个时钟端是为了级联方便。

CD4017 与 CD4022 是一对姊妹产品，主要区别是 CD4022 是八进制的，所以译码输出仅有 Y0～Y7，每输入 8 个脉冲周期，就可得到一个进位输出，它们的管脚相同，不过 CD4022 的 6、9 脚是空脚。

CD4017BD引脚图

CD4017BD内部功能结构图

6、焊接总体实物图

7、心得体会

心得体会

1.通过这次课程设计，加强了自己动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，这个方案总共使用了CD4017BD，NE555定时器各一个。

2、在仿真设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

3、我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。

4、经过一周的设计与焊接，总算成功的完成任务，过程曲折可谓一语难尽。在此期间也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

这次课程设计终于顺利完成了。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢!

5、此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。

6、在此，感谢于老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！

8、参考文献

1.、百度知道

2.《数字电子技术》江晓安，董秀敏，杨松华著。3版西安：西安电子科技大学出版社，2008