基于NE555+CD4017流水彩灯的设计与实现的课程设计完整版本.docx

基于NE555+CD4017流水彩灯的设计与实现的课程设计完整版本.docx

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基于NE555+CD4017流水彩灯的设计与实现的课程设计完整版本

课程设计说明书

题目：

基于NE555+CD4017

流水彩灯的设计与实现

摘要

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。

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。

关键词：

流水灯；NE555振荡器；CD4017；电子线路

1绪论

1.1背景

随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，彩灯已经成为各个大小节日、各种宴会场合的必备娱乐用品，它不但可以发出不同颜色的灯光来点缀场地，还可以调动起现场人们的情绪，使宴会的气氛上涨。

此外还可以搭配任何摆设，配以缤纷颜色、围成各种形状，来进行装饰。

流水彩灯的工作原理与彩灯的大致相同它拆装方便，易于收藏，安全环保，消耗低，具有较大的开发潜力；构造简单，所用原理也较简单，有较大的市场需求量，若批量生产，可获较大利益，具有很好的商业潜力。

1.2设计课题的任务

设计一个基于NE555+CD4017流水彩灯的控制电路，要求电路开启后，各种颜色的灯在时钟信号作用下按以下规律转换状态。

电路启动后，要求各种颜色的灯在脉冲作用下顺序，循环点亮。

改变脉冲频率时，各种颜色的灯转换速度相应发生改变。

2设计方案简述

2.1方案的原理

该十路流水灯控制器可控制10个灯轮流循环流水发光，流水速度可以调节。

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。

整个电路可以采用3-12V直流供电。

2.2方案的总体框图

图1

3单元模块设计

3.1NE555时基电路

NE555时基电路组成多谐振荡电路，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。

图2图3

3.1.1NE555芯片

图4图5

NE555引脚功能简介:

1脚：

公共地端为负极。

2脚：

低触发端TRIG,低于1/3电源电压时即导通。

3脚：

输出端OUT，电流可达200mA。

4脚：

强制复位端RESET,不用时可与电源正极相连或悬空。

5脚：

用来调节比较器的基准电路，简称控制端CONT，不用时可悬空，或通过0.01uF电容器接地

6脚：

高触发端THRES，也称阈值端，高于2/3电源电压时即截止。

7脚：

发电端DISCH。

8脚：

电源正极VDD。

应用十分广泛，可装如下几种电路：

1.单稳类电路作用：

定延时，消抖动，分频，脉冲输出等；2.双稳类电路作用：

比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等：

3.无稳类电路作用：

方波输出，电源变换，音响报警，玩具等。

3.2译码电路

译码电路由一块CD4017芯片组成。

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NE555芯片的3脚送来的二进制信号不消失，CD4017芯片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。

3.2.1CD4017芯片

CD4017是5位Johnson计数器，具有10个译码输出端，CP、CR、INH输入端。

时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。

INH为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。

CR为高电平时，计数器清零。

Johnson计数器，提供了快速操作、2输入译码选通和无毛刺译码输出。

防锁选通，保证了正确的计数顺序。

译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。

在每10个时钟输入周期CO信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。

CD4017的管脚排列和功能表分别如下图所示：

图6图7

CD4017时序工作图：

图8

4设计的总方案

4.1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O0O2….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。

4.2方案总体电路图

图9

4.3元件清单

图10

4.4PCB图

图11

5电路的调试

5.1电路板调试

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遇到的问题及其处理

1）流水灯只有部分闪烁，有一个灯不亮。

检查电路板发现有虚焊，将虚焊的地方焊接好

检查之后重新测试。

2）流水灯没有正常流动，调节滑动变阻器发现流水灯没有依次循环现象。

经过观察发现时变阻器的阻值不够大，后换了一个阻值较大的滑动变阻器。

3）只有一个灯光被点亮且不闪烁，检查发现与NE555相连的电解电容反接，调换引脚。

6设计的总结

通过本次课程设计的学习，收获匪浅，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，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

首先，通过学习使自己对课本上的知识可以应用于实际，使的理论与实际相结合，加深自己对课本知识的更好理解，同时实习也段练了我个人的动手能力，能够充分利用图书馆去查阅资料，增加了许多课本以外的知识。

能对Altiumdesigner软件的实际操作，达到学以致用。

再者，经过对实现功能的要求，对各元器件的引脚功能、真值表的分析、并设计其原理图，还有画原理图的PCB图也是对实际动手能力的一大考验，因为之前还没学到EDA这门课的实验知识，所以只能自己去查阅资料和下载软件一步一步弄懂来，在这过程中收获很大。

在设计的过程中遇到很多问题，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。

在此过程中，感谢老师的理解与帮助，再次十分的感谢老师！

参考文献

[1]阎石.数字电子技术基础-5版[M].高等教育出版社,2006

[2]谢自美.电子线路设计-实验-测试[M].华中科技大学出版社,2000

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[5]肖利民.CD4017原理和应用.电子制作，2000

[6]杨欣、王玉凤.电子技术从零开始.清华大学出版社，2005

[7]童诗白.模拟电子技术基础-4版[M].高等教育出版社，2007

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