NE555+CD4017流水灯.docx

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NE555+CD4017流水灯

课程设计报告

课程名称：

电子技术课程设计

设计题目：

NE555+CD4017流水灯

院系：

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

时间：

摘要

流水灯的设计要求在预定的时间到来时，会产生一个控制信号控制LED灯的流向、间歇等，LED灯流向可以随着电路的改变而改变，并具有自控、手控、流向控制功能等。

主要参考数字电路中计数器的原理。

NE555振荡器的作用等相关知识在设计的过程中需要了解相关芯片（CD4017、NE555）的具体功能。

认真连接设计电路，由于最后流水灯的流向十分的清晰和稳定，所以所得的结果测试十分简洁并且很成功。

经过资料的查阅，仔细思考，以及几种方案的比较，选定方案参考如下：

整个流水灯的电路由振荡电路、译码电路和光源电路组成，电路的组成包括2个电容、3个电阻器和1个CD4017计时器及1个NE555定时器等元器件构成。

第1章绪论…………………………………………………3

第2章设计方案……………………………………………4

第3章电路设计……………………………………………5

3.1单元电路设计………………………………………………5

3.2总体电路设计………………………………………………7

第4章软件设计……………………………………………7

第5章电路调试与程序测试………………………………8

第6章总结………………………………………………9

第1章绪论

当今的社会是一个新技术层出不穷的时代，科技迅速发展，在电子领域的发展更是迅速，同时也在影响着我们的生活。

随着人民生活水平的提高，流水灯在现实生活中所起的作用越来越重要。

例如：

在人流拥挤繁忙的交通路段，闪烁着的流水交通灯，提醒着我们要遵纪交通规则，在霓虹闪烁的繁华大街上，闪烁的流水灯无不吸引过路人的眼球，甚至在一些大型商场大厦的自动门上都装有自动流水灯，告诉人们的时间和日期。

通常的流水灯是应用单片机设计的，而单片机的设计成本较高，对编程的要求也比较高，由于我们学习了数字电路，所以采用了小型集成电路设计流水灯。

随着电子技术的快速发展尤其是数字技术的突飞猛进，多功能流水灯凭着简易，高效，稳定等特点得到普遍的应用。

在各种娱乐场所、店铺门面装饰、家居装潢、城市墙壁更是随处可见，与此同时，还有一些城市采用不同的流水灯打造属于自己的城市文明，塑造自己的城市魅力。

目前，多功能流水灯的种类已有数十种，如家居装饰灯、店铺招牌灯等等。

所以，多功能流水灯的设计具有相当的代表性。

多功能流水灯，就是要具有一定的变化各种图案的功能，主要考察了数字电路中一些编码译码、计数器原理，555定时器构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲，设计过程中需要了解相关芯片（NE555、CD4017）的具体功能，引脚图，真值表，认真布局，在连接过程中更要细致耐心

第2章设计方案

一、实验原理

NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。

主要特点：

1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。

其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。

2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。

3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。

4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。

CHF4017具有10个译码输出端，CLK为脉冲信号输入端，时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟上升和下降时间无限制，随着脉冲的输入CHF401710个输出引脚依次输出高电平，当完成10个输出时CHF4017自动复位，CO（进位输出）在前五个脉冲为高电平，后五个脉冲时为低电平。

运用555时基电路构成多谐震荡器以提供时钟脉冲。

二、 设计框图 

基本原理设计框图如下图

（1）所示:

   电源         定时器       十进制计数器/分频器   光源电路  

图

（1）设计框图

第3章电路设计

3.1单元电路设计

3.1.1定时器

定时器由一块时基集成电路NE555和C1、C2、R1、R2等组成（其中C1为延时充电电容，C2为抗干扰隔离电容，R1、R2为延时充电电阻，而R2又为放电电阻）。

通电后，因电容C1两端电压不能突变，2脚的电压为低电平，集成块NE555的内部触发器被置位，3脚输出高电平。

同时，由于电源经电阻R1和R2向C2充电，使6脚和2脚的电压不断提高，当电位上升到VCC的2/3时，集成块NE555的内部触发器被复位，3脚的输出电压翻转为低电平。

同时集成块NE555内部的放电管导通，即7脚通过内部的放电管和1脚相通，C2上储存的电荷就通过R2、7脚放电，使6脚和2脚的电压不断下降，当电位降低到VCC的1/3时，集成块NE555的内部触发器被置位。

同时集成块NE555内部的放电管截止，7脚被悬空，电源又通过R1、R2向C2充电，使6脚和2脚的电压不断提高……如此，周而复始，形成振 荡。

输出端的高电平维持时间取决于电容C2的充电时间常数，输出端的低电平维持时间取决于电容C2的放电时间常数。

由于R2≥R1，故可以认为f放≈f充，目的是减小彩灯熄亮交替的时间间隔的差异。

如用作其他情况，需要调整R1、R2、C2的参数。

综上分析，3脚始终处于高电平和低电平的二进制变化状态，故此电路又称为无稳电路。

3.1.2脉冲分配器4017及其简单应用

其功能是：

当复位端Cr加上高电平和正脉冲时，输出端Q0为高电平，其余9个输出端Q0～Q9均为低电平。

时钟输出端CP对输入时钟脉冲的上升沿计数，EN则对时钟脉冲的下降沿计数。

Q0～Q9这10个输出端的输出状态分别与输入的时钟个数相对应。

如从0开始计数，则输入到第1个时钟脉冲时，Q1就变成高电平，输入第2个时钟脉冲时，Q2变成高电平……直到输入第10个时钟脉冲，Q0变为高电平。

同时，进位端C0就输出一个进位脉冲，作为下一级计数的时钟信号。

Cr为复位端，也为清零端。

当Cr输入高电平时，电路复位，即输出端Q0为高电平，Q1～Q9为低电平。

如此反复，只要集成块NE555的3脚送来的二进制信号不消失，CD4017将二进制信号转换为十进制信号的计码工作就会反复进行下去。

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。

3.2总体电路设计

方案总体电路图及其工作原理

NE555时基电路组成振荡电路，电源VCC通过电阻R2、RP1向电容C1充电，当充电到一定程度后，2、6脚电压升高，当2、6脚电压升高到2/3VCC后，3脚输出为低电平，7脚对地呈低阻态，电容C1通过电位器和7脚对地放电，当放电至使2、6脚电压低于1/3VCC时，3脚输出为高电平，7脚对地呈高阻态，VCC通过RP1又开始对电容C1充电，周而复始。

通过调节RP1的阻值，可以改变电容充放电的时间常数从而改变3脚输出脉冲的频率。

从3脚输出振荡脉冲作为CD4017工作的时钟脉冲，在时钟脉冲的作用下，CD4017十进制计数器开始计数，从10个输出端依次输出高电平，不断循环。

10只发光二极管被依次点亮。

第4章软件设计

（有程序设计的，画出程序流程图。

无程序设计的不写此项）

第5章电路调试与程序测试

5.1电路板的调试

1）检查电路设计的原理图即导线的链接，并确定导线的链接与电路原理图一致。

2）检查导线的链接，并检查导线是否断路，根据电路原理图，用数字万用表打到合适的档位，测试各导线对应的按点是否导通。

3）检查试验仪器和器材是否完好，电源5V直流电压输出正常。

发光二极管全部可以正常发光，电阻和电容全部正常，电位器可以正常调节。

芯片CD4017和定位器NE555工作正常。

当接通电源，流水灯可以正常顺畅的流动。

5.2可能问题的预处理

1）若流水灯没有正常流动，首先检查电路板是否有虚焊或短路，检查之后重新测试；若仍有问题，检查原件是否有错误焊接，并进行修正。

2）若流水灯只有部分闪烁，使用万用表检查没有闪烁LED灯管是否正确安装或是毁坏，如果反接则重新连接如果毁坏则替换灯管，检查相关电路连接部分的焊接以及所连接电阻是否存在问题。

3）若只有一个灯光被点亮且不闪烁，检查NE555相连电解电容是否反接或毁坏，反接则调换引脚，毁坏则更换电容；若不是电容问题，考虑是否为NE555的连接上存在问题或NE555本身出现问题，若是连接上的问题进行调整，若是元件问题向老师索要新元件进行替换。

4）若通电时电路板出现冒烟或元件爆裂，及时切断电源连接，检查电路板状况，检查出现问题的原因看是否可以继续使用。

第6章总结

通过这次课程设计让我学到了很多，焊接技术提高了不少，以及对电表的的使用熟练了，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独立思考的能力。

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。

这次的课程设计同时表明，任何的实践活动，都不可能闭门造车，是必须去吸取前人的实践经验，这就要求在课程设计的过程中，从网络上，从图书馆，借寻相关资料书籍等，有力地指导课程设计。

通过这次课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到较大提高。

附录

附录1：

（如有PCB图请附PCB图）

附录2：

（如有实物请附实物图片）

实物图如下：