电子技术课程设计：流水灯的设计

1、电子技术课程设计报告流水灯的设计 作品40%报告20%答辩20%平时20%总分100% 设计题目： 流水灯的设计 班级学号： * 学生姓名： Jenly_C今天，我？ 目录1、预备知识- 5 -1.1 NE555 电路及应用- 5 -1.1.1定时电路 NE555简介- 5 -1.1.2 NE555 的特点- 5 -1.1.3 NE555 基本应用电路(定时器) - 5 -1.2 CD40110芯片- 5 -1.3 脉冲分配器CD4017- 5 -1.3.1 CD4017 引脚属性 - 4 -1.3.2 CD4017 的逻辑功能 - 5 -1.3.3 CD4017 的内部结构 - 5 -2、课

2、程设计题目：流水灯的设计- 5 -2.1设计框图- 5 -3、课程设计目的及基本要求- 7 -3.1设计目的- 5 -3.2基本要求- 5 -4 原理图及原理说明- 9 -4.1功能模块电路原理图- 5 -4.2模块工作原理说明- 5 - 4.2.1 555部分 - 9 - 4.2.2 CD4017部分 - 10 - 4.2.3 CD40110部分 - 11 -5、课程设计中涉及的实验仪器、工具以及调试- 12 -5.1实验仪器和工具- 5 -5.2组装电路及调试- 5 -6、课程设计心得体会- 13 -7、参考文献- 14 -附录一:原理图和布线图- 15 -附录二：实物图- 16 -附录三

3、：元器件清单- 17 -1、 预备知识1.1 NE555 电路及应用NE555(TimerIC)大约在1971年由SigneticsCorporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的TimerIC，在往后的30年来非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，尽管近年来CMOS技术版本的TimerIC如MOTOROlA的MC1455己被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用。1.1.1定时电路 NE555 简介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

4、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。1.1.2 NE555 的特点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L，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。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。1.1.3 NE555 基本应用电路(定时器)555

5、定时器的内部电路框图555逻辑符号和管脚排列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，困电容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，由于电源经电阻阳和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的消时，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

6、断下降，当电位降低到VCC的1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口的充电时间常数，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R2二呈阳，故可以认为f放句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。当555定时器组成自激多谐振荡器时，输出的矩形脉冲的周期为:T=0.7*(R1+R2)*C

7、。高电平暂稳态的持续时间为:T1=0.7(R1+R2);低电平的暂稳态持续时间为:T2=0.7R2*C。占空比:q%=Rl/（R1+R2）1.2 CD40110 芯片选择 CD40110 芯片作为此电路的核心器件：CD40110 是 CMOS 系列十进制加减计数 / 锁存 / 译码 /驱动器，其引脚和框图分别如图 4、图 5 所示。其中：TE 为计数控制脉冲输入端，低电平有效；LE 为锁存控制脉冲输入端，低电平透明，高电平锁存数据；R 为清零输入端，高电平有效；ag 为锁存器内的数据经译码 /驱动后的输出端，可直接驱动共阴数码管，适时跟踪锁存器的内容；Co 和 Bo 分别为进位和借位脉冲输出端

8、，CPU 和 CPD 分别为加法和减法计数脉冲输入端。CD40110引脚图 CD40110内部结构图1.3、脉冲分配器C040171.3.1 CD4017 引脚属性1.3.2 CD4017 的逻辑功能当复位端R加上高电平和正脉冲时，除输出端Q0为高电平1外，其余输出端即Q1Q9均输出低电平0。当时钟输入端EN接地时，CP端对输入时钟脉冲的上升沿计数;当时钟输入CP接高电平时，EN端则对时钟脉冲的下降沿计数，设置这两个输入端是为了级连时更加方便Q0Q9 10个输出端的输出状态分别与输入的时钟脉冲个数相对应。例如，如果计数从0开始，则输入第1个时钟脉冲时，Q1就变为高电平;输入第2个时钟脉冲时，Q

9、2为高电平，以此类推，直至输入第10个脉冲，就回复到QO为商电平.同时进位端CO就输出1个进位脉冲，作为下一级计数器的时钟信号。R为复位端输入，也称消零端，当R输入高电平时，咆路复位，即输出端QO为高电平，Q1Q9为低电平。1.3.3 CD4017 的内部结构2、 课程设计题目：流水灯的设计2.1设计框图（1） 基本原理设计框图如下图所示（2）设计的多功能流水灯原理电路图如上图所示。原理电路图由振荡电路、译码电路和光源电路三部分组成。在设计电路时，本次选用的脉冲发生器是由NE555与R2、R3及C3组成的多谐振荡器组成。主要是为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲，灯光的流动速度可以通过电位器RP

10、进行调节。由于RP的阻值较大，所以有较大的速度调节范围。灯光流动控制器由一个十进制计数脉冲分配器CD4017和若干电阻组成。（3） CD4017的CP端受脉冲发生器输出脉冲的控制，其输出端(Q0Q9)将输入脉冲按输入顺序依次分配。输出控制的脉冲，其输出控制脉冲的速度由脉冲发生器输出的脉冲频率决定。电阻与CD4017的10个输出端Q0Q9相连，当Q0Q9依次输出控制脉冲时10个发光二极管按照接通回路的顺序依次发光，形成流动发光状态，即实现正向流水和逆向流水的功能。3、课程设计目的及基本要求3.1设计目的学习了一个学期的数字电子技术课程，这次的课程设计主要综合了解与运用所学的知识，通过这次课程设计

11、来检查这一学期的学习状况。通过制作来了解流水灯控制系统，了解译码器、计数器、寄存器芯片的作用。流水灯控制系统主要是实现灯的流转的控制。在现代化的大城市中，一些活动对装饰品的需求越来越高，在每一个活动几乎都需要有一个好看的流水灯吸引大家的眼光，这就需要一个方便、自动的系统对流水灯的转化进行管理。本次的设计就是基于此目的进行的。3.2基本要求：设计一个流水灯控制电路：1.先用LM555与C2、R8和R9组成多谐震荡器，完成后用示波器检测振荡器的输出波形，若输出正确的方波时进行下面步骤。2用CD4022及若干电阻按原理图焊接组成计数电路。3按原理图用相应器件制作降压整流电路，其后与LED二极管连接成

12、整体。4.将三种电路按顺序组成整体。5.在焊接完成后要认真检查电路板确保无误，然后进行测验，接入+5V电压后观察灯的亮灭情况，正确结果应该是流水灯依次亮。如果结果错误，应重新检查电路板，电路及焊接情况直至结果正确。6.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。7.多功能流水灯，就是要具有

13、一定的变化各种因案的功能，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。注：在制作过程中首先要注意各器件在电路板的位置安排布局，及各器件的选择，要仔细观察各器件的标号及数值，确保器件的使用正确及芯片的引脚正确连接。其次，焊接时应认真，仔细，避免损坏器件。还要注意焊点的光滑，熟练掌握焊接能力。在焊接电线时要注意安全及电线的长度以致焊接美观。4 原理图及原理说明4.1功能模块电路原理图原理图4.2模块工作原理说明4.2.1 55

14、5部分555定时器NE555：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。555定时器周期计算：触发阈值复位IS放电端输出H导通LH原状态H截止HL导通L555定时器控制功能表4.2.2 CD4017部分CD40174.2.3 CD40110部分CD40110第一级 CD40110 计数使能控制脉冲设计为周期 2 s，频率 0.5 Hz，幅度为 05 V，占空比

15、50%。从减小控制脉冲的频率误差方面考虑，取 CD4060 的 Q14 端 （214 分频端） 输出的脉冲作为计数使能控制脉冲，即 TE1=Q14，其它各级 TE 端直接接地，计数恒允许，这样既不影响计数，又使电路更加简单可靠。5、课程设计中涉及的实验仪器、工具以及调试5.1实验仪器和工具焊接器件：电烙铁、剥线钳、焊锡丝、导线，松香等；调试工具：学生直流电压电源、数字万用表硬件调试主要是检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。具体步骤及测试结果如下：（1）检查电源与地线是否全部连接上，用万用表对照电路原理图测试各导线是否完全连接，对未连接的进行修复。（2）参照原理图，检查各个器件之间的连接是否连

16、接正确，是否存在虚焊，经测试，各连接不存在问题。（3）以上两项检查并修复完后，给该硬件电路上电，电源指示灯点亮。5.2 组装电路及调试（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。5.3 可能问题的预设处理（1）若流水灯没有正常流动，首先检

17、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

18、现问题的原因看是否可以继续使用。6、课程设计心得体会此课题主要考察了对数字电路部分知识的理解和应用，理论结合实践，使得对以前学习的数字电路有了进一步的认识和学习，为以后的学习打下了坚实的基础，并且对本专业产生了浓厚的兴趣。通过这次课设，锻炼了我们综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题的能力。这次课设在老师的指导下以及我们全组人员的共同努力下，顺利地完成 ，这次课设，虽然只有1周时间，但就在这接近2周时间里，不仅提高了我们个人的动手能力，更培养了我们团队精神，让我们在独立思考解决问题的同时，又相互配合，以致顺利完成课程设计。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，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。本设计主要运用编码、译码和555定时器完成的多功能流水灯。但