六回路闪灯的设计与实现

学年 2013 第 2 学期 数字电子技术 课 程 设 计 报 告题 目： 六路回闪灯的设计与实现 专 业： 11 电子信息工程 班 级： 一 班 姓 名： 鲍家明、曹 凯、常 贤、陈 文 、董彬彬、杜世民、冯传信、高文韬、葛自立 指导教师： 周旭胜 电气工程系2013 年 6 月 1 日 1课题名称指导教师（职称）执行时间 学年第 2 学期 第 14 周学生姓名 学号 承担任务鲍家明 1109121001555 定时器组成多谐振荡器的设计曹凯 1109121002555 定时器组成多谐振荡器的设计常贤 1109121003555 定时器组成多谐振荡器的设计陈文 1109121004CD4017 的设计董彬彬 1109121006CD4017 的设计杜世民 1109121007多谐振荡器与 CD4017 的连接设计冯传信 1109121008多谐振荡器与 CD4017 的连接设计高文韬 1109121009多谐振荡器与 CD4017 的连接设计葛自立 1109121010应用仿真软件实现六路回转灯依次点亮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。多谐振荡器由 555 定时器构成、由多谐振荡器和 CD4017 来实现六路回闪灯的功能、由仿真软件来实现六路回闪灯的功能2六路回闪灯的设计与实现摘 要电子技术实验是一门重要的实践性技术基础课程。开设本课程的目的在于使学生理论联系实际，在老师的指导下完成大纲规定的实验任务。通过实验熟悉电工.电子技术的应用中常用的设备和电子器件，熟悉常用仪器的使用方法，掌握正确记录.处理实验数据、绘制曲线、分析实验结果的方法，从而开发学生分析问题或解决问题的能力，培养学生具有严谨的工作作风，实事求是的科学态度，刻苦钻研、勇于探索和创新的开拓精神以及遵守纪律、团结协作和爱护公物的优良品质，为今后从事专业科研工作和工程技术工作打下良好的基础。本文主要进行六路回闪灯的设计并按要求让六路回闪灯依次闪亮，六路回闪灯主要是由多谐振荡器和 CD4017 组成，多谐振荡器是由 555 定时器构成，在仿真软件上连接好多谐振荡器和 CD4017 并进行仿真，六路回闪灯依次闪亮即设计成功。关键词：六个发光管；依次点亮；反方向依次点亮；CD4017 ；555 定时器；L E D red 灯。3目录第一章 课程设计意义 41.1 设计任务 41.2 设计目的 41.3 课程分析 4第二章 仿真软件 MUTLISIM 简介及使用 52.1MUTLISIM 的简介 52.2MUTLISIM 的使用简介 5第三章 555 多谐振荡器器的设计及其仿真 63.1.555 定时器的功能 63.2.多谐振荡器的仿真 7第四章.CD4017 各管脚功能及其电路图 94.1.CD4017 的功能 94.2CD4017 与多谐振荡器连接后的仿真 14第五章.LED 六回路闪灯设计思路和实现 155.1.六回路闪灯的设计思路 165.2 六回路电路的仿真 16第六章.心得与体会 16第七章参考文献 174正文第一章 课程设计意义1.1 设计任务LED 灯能够依次循环点亮。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，其整体框图如图所示。振荡电路 计数译码驱动电路 显示电路5第二章 仿真软件 Mutlisim 简介及使用2.1Mutlisim 的简介Multisim 是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以 Windows 为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。2.2Mutlisim 的使用简介Multisim 是 Interactive Image Technologies (Electronics Workbench）公司推出的以Windows 为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。为适应不同的应用场合，Multisim 推出了许多版本，用户可以根据自己的需要加以选择。在本书中将以教育版为演示软件，结合教学的实际需要，简要地介绍该软件的概况和使用方法，并给出几个应用实例。软件以图形界面为主，采用菜单、工具栏和热键相结合的方式，具有一般 Windows应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟悉程度自如使用。启动 Multisim 2001 后，将出现如下图所示的界面，界面由多个区域构成：菜单栏，各种工具栏，电路输入窗口，状态条，列表框等。通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑，并根据需要对电路进行相应的观测和分析。用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。菜单栏位于界面的上方，通过菜单可以对 Multisim 的所有功能进行操作不难看出菜单中有一些与大多数 Windows 平台上的应用软件一致的功能选项，如File，Edit ，View ，Options，Help。此外，还有一些 EDA 软件专用的选项，如Place，Simulation，Transfer 以及 Tool 等。6第三章 555 多谐振荡器器的设计及其仿真3.1.555 定时器的功能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，7一个放电开关 T，比较器的参考电压由三只5K 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2/3Vcc 和1/3Vcc。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2/3Vcc 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1/3Vcc 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2/3Vcc 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构成多谐振荡器如下图所示，由555定时器和外接元件 R1、R 2、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、R 2向 C 充电，以及 C 通过 R2向放电端 Dc 放电，使电路产生振荡。电容 C 在2/3Vcc 和1/3Vcc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。555构成多谐振荡器 多谐振荡器的波形图输出信号的时间参数是： T=Tw1+Tw2Tw1=0.7（R 1+R2）CTw2=0.7R2C其中，Tw1为 VC由1/3Vcc 上升到2/3Vcc 所需的时间，Tw2为电容 C 放电所需的时间。555电路要求 R1与 R2均应不小于1K，但两者之和应不大于3.3M。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.多谐振荡器的仿真在 Multisim 仿真环境下对多谐振荡器进行仿真，在多谐振荡器输出端连接一个示波器与示波器 A 端口连接 G 端口接地，双击示波器会显示出如下图（a） ，执行 Multisim 右上方的的开始仿真按钮并得到仿真结果如下图(b) 8(a)(b)9第四章.CD4017 各管脚功能及其电路图4.1.CD4017 的功能CD4017：十进制计数器/脉冲分配器: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