..課程設(shè)計說明書題目：基于NE555+CD4017流水彩燈的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要當今的社會是一個新技術(shù)層出不窮的時代，科技迅速開展，在電子領(lǐng)域的開展更是迅速，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)那么，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(shè)計要求在預(yù)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、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(guān)知識在設(shè)計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164901緒論1138311.1背景 139371.2設(shè)計課題的任務(wù) 1240492設(shè)計方案簡述117492.1方案的原理 184752.2方案的總體框圖 2233973單元模塊設(shè)計2310753.1NE555時基電路 2164573.1.1NE555芯片 3129703.2譯碼電路 4187473.2.1CD4017芯片 4175844設(shè)計的總方案5208684.1設(shè)計要點 563374.2方案總體電路圖 6123064.3元件清單 6165004.4PCB圖 7296925電路的調(diào)試7133885.1電路板調(diào)試 720045.2遇到的問題及其處理 882586設(shè)計的總結(jié)827803參考文獻96802附錄10..1緒論1.1背景隨著人類社會的進步和科學(xué)技術(shù)的迅猛開展，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(shè)，配以繽紛顏色、圍成各種形狀，來進展裝飾。流水彩燈的工作原理與彩燈的大致一樣它拆裝方便，易于收藏，平安環(huán)保，消耗低，具有較大的開發(fā)潛力；構(gòu)造簡單，所用原理也較簡單，有較大的市場需求量，假設(shè)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)計課題的任務(wù)設(shè)計一個基于NE555+CD4017流水彩燈的控制電路，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(zhuǎn)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(zhuǎn)換速度相應(yīng)發(fā)生改變。2設(shè)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又開場對電容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)器開場計數(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(shè)計3.1NE555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又開場對電容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間常數(shù)從而改變3腳輸出脈沖的頻率。圖2圖33.1.1NE555芯片圖4圖5NE555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(dǎo)通。3腳：輸出端OUT，電流可達200mA。4腳：強制復(fù)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)比擬器的基準電路，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(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，消抖動，分頻，脈沖輸出等；2.雙穩(wěn)類電路作用：比擬器，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。Q0～Q9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(yīng)。如從0開場計數(shù)，那么輸入到第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)楦唠娖健Ｍ瑫r，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。Cr為復(fù)位端，也為清零端。當Cr輸入高電平時，電路復(fù)位，即輸出端Q0為高電平，Q1～Q9為低電平。如此反復(fù)，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(zhuǎn)換為十進制信號的計碼工作就會反復(fù)進展下去。3.2.1CD4017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。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(yīng)時鐘周期保持高電平。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列圖所示：圖6圖7CD4017時序工作圖：圖84設(shè)計的總方案4.1設(shè)計要點因為循環(huán)彩燈對頻率的要求不高，只要能產(chǎn)生上下電平就可以了，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)器是用來累計和存放輸入脈沖個數(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。其部由計數(shù)器及譯碼器兩局部組成，由譯碼輸出實現(xiàn)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104.4PCB圖圖115電路的調(diào)試5.1電路板調(diào)試1〕檢查電路設(shè)計的原理圖即導(dǎo)線的，并確定導(dǎo)線的與電路原理圖一致。2)檢查導(dǎo)線的，并檢查導(dǎo)線是否斷路，根據(jù)電路原理圖，用數(shù)字萬用表打到適宜的檔位，測試各導(dǎo)線對應(yīng)的按點是否導(dǎo)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)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〕流水燈只有局部閃爍，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(shè)計的總結(jié)通過本次課程設(shè)計的學(xué)習，收獲匪淺，使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)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(xué)習使自己對課本上的知識可以應(yīng)用于實際，使的理論與實際相結(jié)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Altiumdesigner軟件的實際操作，到達學(xué)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(shè)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(xué)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(shè)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(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的缺乏之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠結(jié)實。這次的課程設(shè)計同時說明，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)歷，這就要求在課程設(shè)計的過程中，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。通過這次課程設(shè)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，感教師的理解與幫助，再次十分的感教師！參考文獻[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù)根底-5版[M].高等教育