NE555 CD4017流水灯课设报告徐卓

1、555流水灯设计报告 姓名：徐卓 班级：通信卓越 学号：20130611010128 教师：黄德昌 时间：2014年12月1日 目录第1章 摘要.第2章 绪论.第3章 设计方案. 3.1 总体电路设计. 3.2 单元电路设计. 3.21 555定时器. 3.22 脉冲分配器4017及其简单应用. 3.23 cd4017管脚图及其功能. 3.24 自激多谐振荡器.第4章 pcb板的制作流程.第5章 电路调试与测试. 5.1 电路板的调试. 5.2 可能问题的预处理.第六章 总结与致谢.第6章 参考文献.第7章 附录.第一章 摘要摘要随着led技术的不断发展以及led在低功耗、长寿命、环保等方面的

2、优势，led应用领域逐渐增多。同时，许多国家在看到led巨大的市场潜力后，纷纷出台各项鼓励措施大力推动led在各领域中的应用。目前，led的应用已经从最初的指示灯应用转向更具发展潜力的显示屏，景观照明、背光源、汽车车灯、交通灯、照明等领域，led应用正呈现出多样化发展趋势。关键词： cd4017 555定时器 led abstract with the continuous development of led technology as well as the led with low power consumption, long life, environmental protectio

3、n and other advantages, the led application field. at the same time, in many countries see the led after the huge market potential, have introduced various encouraging measures to vigorously promote the led application in various fields. at present, the led application has from the initial indicator

4、 used to display greater development potential, landscape lighting, back light, car lights, traffic lights, lighting and other fields, led application is a diversified trend of development.keywords: led cd4017 555 timer第二章 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

5、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

6、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3章 设计方案 3.1 总体电路设计 流水灯由555组成的多谐振荡器和cd4017十进制计数器电路组成。当第一个脉冲到来时q0输出高电平，led1亮，第二个脉冲到来时，q1输出高电平，led2亮，,直到

7、q9输出高电平，led10亮，接着进行下一轮输出。改变多谐振荡器的振荡周期就可以改变灯组的流动速度，改变电流的大小可改变灯光的亮暗程度，所以本次课程设计以4017芯片为前提设计的流水灯其速度和亮度都是可调的。由于4017芯片本身是一十进制计数器（分配器），所以只需在clk端口（15脚）接入一时钟信号且q0至q9端（1至7脚和9、10、11脚）接十只发光体就可得到一组流水灯。其时钟信号可用时钟信号发生器产生，也可用简单的芯片和元件组合成一多谐振荡电路产生，发光体可用钠光灯、白炽灯、发光二极管等。但从功耗高低、寿命长短、价格、环保等方面考虑，其时钟信号我采用由555定时器组成的多谐振荡器输出的周期

8、性矩形波，发光体采用发光二极管（led）。4017芯片会以输入信号的高电平为1低电平为0组成以二进制数再转化成十进制数分配给q0至q9端，从而使各发光二极管依次发光，若输入信号不间断，发光二极管循环发光。cd4017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cd401710个输出引脚依次输出高电平，当完成10个输出时cd4017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。3.2 单元电路设计3.2.1 555定时器555定时器由一

9、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ne

10、555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r2r1，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。555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构

11、成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。表3.1 (a)双极性型5g555的主要性能参数参数名称符号单位参数电源电压vccv516电源电流iccma10阈值电压vthvvcc触发电压vtrvvcc输出低电平volv1输出高电平vohv13.3最大输出电流iomaxma200最高振荡频率fmaxkhz300时间误差tns5 vth即vi1 ,vtr即vi2 。 (b) cmos型7555的主要性能参数参数名称符号单位参数电源电压vccv318电源电流icca60阈值电压vth

12、vvdd触发电压vtrvvdd输出低电平vv0.1输出高电平vv14.8最大输出电流iomaxma200最高振荡频率fmaxkhz500时间误差tns集成555定时器有双极性型和cmos型两种产品。一般双极性型产品型号的最后三位数都是555，cmos型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。器件电源电压推荐为4512v，最大输出电流200ma以内，并能与ttl、cmos逻辑电平相兼容。其主要参数见表3.1。图3.1 555定时器内部结构555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图3.1和图3.2。引脚功能：vi1（th）：高电平触发端，简称高触发端，又

13、称阈值端，标志为th。vi2（）：低电平触发端，简称低触发端，标志为。图3.2 555定时器逻辑符号和引脚vco：控制电压端。vo：输出端。dis：放电端。：复位端。555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻r组成的分压网络，产生vcc和vcc两个基准电压；两个电压比较器c1、c2；一个由与非门g1、g2组成的基本rs触发器（低电平触发）；放电三极管t和输出反相缓冲器g3。是复位端，低电平有效。复位后, 基本rs触发器的端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。分析图8.1的电路：在555定时器的vcc端和地之间加上电压，并让vco悬空，则比较器c1的同相输入端接参考电压vcc，比较

14、器c2反相输入端接参考电压vcc ，为了学习方便，我们规定：当th端的电压>vcc时，写为vth=1，当th端的电压<vcc时，写为vth=0。当端的电压>vcc时，写为vtr=1，当端的电压<vcc时，写为vtr=0。 低触发：当输入电压vi2<vcc 且vi1<vcc时，vtr=0，vth=0，比较器c2输出为低电平，c1输出为高电平，基本rs触发器的输入端=0、=1，使q1，0，经输出反相缓冲器后，vo1，t截止。这时称555定时器“低触发”； 保持：若vi2>vcc 且vi1<vcc，则vtr=1，vth=0，=1，基本rs触发器保持，v

15、o和t状态不变，这时称555定时器“保持”。 高触发：若vi1>vcc，则vth=1，比较器c1输出为低电平，无论c2输出何种电平，基本rs触发器因=0，使1，经输出反相缓冲器后，vo0；t导通。这时称555定时器“高触发”。555定时器的“低触发”、“高触发”和“保持”三种基本状态和进入状态的条件（即vth、vtr的“0”、“1”）必须牢牢掌握。 vco为控制电压端，在vco端加入电压，可改变两比较器c1、c2的表3.2 555定时器控制功能表输 入输 出thvodis×<vcc<vcc>vcc×<vcc>vcc×lhhhlh

16、不变l导通截止不变导通参考电压。正常工作时，要在vco和地之间接001f（电容量标记为103）电容。放电管tl的输出端dis为集电极开路输出。555定时器的控制功能说明见表3.2。根据555定时器的控制功能，可以制成各种不同的脉冲信号产生与处理电路电路，例如,史密特触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器等。3.2.2 脉冲分配器4017及其简单应用 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

17、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 提供了16 引线多层陶瓷双列直插(d)、熔封陶瓷双列直插(j)、塑料双列直插(p)和陶瓷片状载体(c)4 种封装形式。 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q0q9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。q0q9这10个输出端的输出状态分别

18、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，q1q9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。其内部结构图如下：cd4017内部结

19、构图cd4017引脚图如下： 引出端功能符号说明：tc：进位脉冲输渊cp：时钟输入端mr：清除端ce：禁止端q0-q9 计数脉冲输出端vcc：正电源gnd：地表3.3cd4017引脚功能：cd4017内部是除10的计数器及二进制对10进制译码电路。cd4017有16支脚，除电源脚vcc及gnd为电源接脚，输入电压范围为315v之外，其余接脚为：(1)、频率输入脚：clock(pin14)，为频率信号的输入脚。（2）、数据输出脚： 1）、q1-q9(pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，为解码后的时进制输出接脚，被计数到的值，其输出为hi，其余为lo 电位。 2）、carry ou

20、t（pin12），进位脚，当4017计数10个脉冲之后，carry out将输出一个脉波，代表产生进位，共串级计数器使用。（3）、控制脚：1)、clear(pin15)：清除脚或称复位(reset)脚，当此脚为hi时，会使cd4017的q0为”1”，其余q1-q9为”0”。2）、clock enable(pin13)，时序允许脚，当此脚为低电位，clock输入脉波在正缘时，会使cd4017计数，并改变q1-q9的输出状态。3.2.3自激多谐振荡器下图所示所示为自激多谐振荡器电路和波形图。自激多谐振荡器用于产生连续的脉冲信号。电路采用电阻、电容组成rc定时电路，用于设定脉冲的周期和宽度。调节rw

21、或电容c，可得到不同的时间常数；还可产生周期和脉宽可变的方波输出。自激多谐振荡器电路和波形图脉冲宽度计算公式：tw0.7 (r1+rw+r2) c 振荡周期计算公式：t0.7 (r1+rw+2r2) c电容器c的充电电阻是r1+rw+r2 ，放电电阻是r2 。当vc是低电平时，555定时器低触发，vo为高电平，放电管t截止，电容器经（r1+rw+r2）充电，当充电至vc=vth>vcc时，电路高触发，输出vo变为低电平，放电管t导通，电容器经r2放电，当放电至vc=vtr<vcc时，电路又进入低触发，vo变为高电平，如此周而复始，循环不止，输出连续脉冲信号。第4章 pcb板的制作流

22、程1、 打印电路板。将绘制好的电路板用转印纸打印出来，注意滑的一面面向自己，一般打印两张电路板，即一张纸上打印两张电路板。在其中选择打印效果最好的制作线路板。 2、 裁剪覆铜板,用感光板制作电路板全程图解 。覆铜板，也就是两面都覆有铜膜的线路板，将覆铜板裁成电路板的大小，不要过大，以节约材料。 3、预处理覆铜板。用细砂纸把覆铜板表面的氧化层打磨掉，以保证在转印电路板时，热转印纸上的碳粉能牢固的印在覆铜板上，打磨好的标准是板面光亮，没有明显污渍。 4、转印电路板。将打印好的电路板裁剪成合适大小，把印有电路板的一面贴在覆铜板上，对齐好后把覆铜板放入热转印机，放入时一定要保证转印纸没有错位。一般来说

23、经过2-3次转印，电路板就能很牢固的转印在覆铜板上。热转印机事先就已经预热，温度设定在160-200摄氏度，由于温度很高，操作时注意安全！ 5、腐蚀线路板,回流焊机。先检查一下电路板是否转印完整，若有少数没有转印好的地方可以用黑色油性笔修补。然后就可以腐蚀了，等线路板上暴露的铜膜完全被腐蚀掉时，将线路板从腐蚀液中取出清洗干净，这样一块线路板就腐蚀好了。腐蚀液的成分为浓盐酸、浓双氧水、水，比例为1：2：3，在配制腐蚀液时，先放水，再加浓盐酸、浓双氧水，若操作时浓盐酸、浓双氧水或腐蚀液不小心溅到皮肤或衣物上要及时用清水清洗，由于要使用强腐蚀性溶液，操作时一定注意安全！ 6、线路板钻孔。线路板上是要

24、插入电子元件的，所以就要对线路板钻孔了。依据电子元件管脚的粗细选择不同的钻针，在使用钻机钻孔时，线路板一定要按稳，钻机速度不能开的过慢，请仔细看操作人员操作。 7、线路板预处理。钻孔完后，用细砂纸把覆在线路板上的墨粉打磨掉，用清水把线路板清洗干净。水干后，用松香水涂在有线路的一面，为加快松香凝固，我们用热风机加热线路板，只需2-3分钟松香就能凝固 8、焊接电子元件。焊接完板上的电子元件，通电。第5章 电路调试与测试 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

25、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。

26、（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 总结与致谢总结：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