基于NE555CD4017流水彩灯的设计与实现的课程设计1

1、课程设计说明书题 目： 基于 NE555 + CD 4017 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

2、、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；电子线路目 录1 绪论11.1 背景11.2 设计课题的任务12 设计方案简述12.1 方案的原理12.2 方案的总体框图23 单元模块设计23.1 NE555时基电路23.1.1 NE555芯片33.2 译码电路43.2.1 CD4017芯片44 设计的总方案54.1 设计要点54.2 方案总体电路图64.3 元件清单64.4 PCB图75 电路的调试75.1 电路板调试75.2 遇到的问

3、题及其处理86 设计的总结8参考文献9附录101 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

4、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

5、。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13 单元模块设计3.1 NE555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、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 3.1.1 NE555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、。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。Q0Q9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。

8、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. 1 CD4017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

9、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84 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

10、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94.3 元件清单 图10 4.4 PCB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，

11、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

12、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Altium designer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, 20062 谢自美. 电子