《数字电子技术基础》技能实训制作5

1、项目制作流水彩灯的设计与调试一、项目制作目的了解并掌握流水彩灯的设计与调试方法掌握使用555定时器设计应用电路的方法二、项目要求设计电路应能完全满足项目题目的要求。绘出流水彩灯电路的逻辑图完成流水彩灯电路的仿真调试完成流水彩灯电路的模拟接线安装三、项目步骤(-)电路设计分析由于流水彩灯控制电路主要由三部分组成，其整体框图如图5-1所示。所以分别讨论 其电路的构成。振荡电路主要用来产生时间基准信号(脉冲信号)。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，电路如图5-30所示，接上示波器是为

2、了调试振荡器输出信号 波形，调试好后，示波器就可以去掉，振荡器电路作为一个模块就可以和后续电路相连接了。 图5-31为调试好的振荡器输出波形。VCC5V图5-31振荡器输出波形图5-30 555定时器组成的振荡器2 .计数器/译码分配器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CD4017,它是一种用途非常广泛的集成电路芯片。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，整个输出时序就是00、01、02、09依次出 现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。CD4017有3个输入端(MR、CPO和CPI), MR为清零端，当在MR端

3、上加高电平或正脉 冲时，其输出00为高电平，其余输出端(0109)均为低电平。CPO和CP1是2个时钟输入 端，若要用上升沿来计数，则信号由CPO端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CP1端 输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。CD4017有10个输出端(0009)和1个进位输出端05-9。每输入10个计数脉冲， 05-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。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。CD4017的电路符号如图5-32所示。CD4017的实际管脚图如图5-33所示

4、。-LL-CPO00-CP10102MR03040506070809-05-94017BDO 12_ 3247115691 &QIQL00一QIQ6一QL史VSCRC-PcoQ9-Q4-QS图5-32CD4017的电路符号图5-32CD4017的电路符号图5-33 CD4017的实际管脚图其实际管脚含义为：CO：进位脉冲输出端；CP：时钟输入端；CR：清除端；INH：禁止 端；Q0-Q9计数脉冲输出端；VDD：正电源；VSS：地。CD4017的仿真测试电路及波形如图5-34、图5-35所示。图5-34 CD4017的测试电路图XLogic Analyzer-XLAl图5-35测试CD4017的

5、波形图从CD4017的波形图可以看到，CD4017的输出端依次输出高电平，一个轮次送完，05-9 就可得到1个进位正脉冲，该脉冲用来级联控制用。3.显不电路主要由发光二极管组成，当CD4017的输出端依次输出高电平时，驱动发光二极管也依 次点亮，产生一种流动变化的效果。发光二极管要求驱动电压小一点，一般在1.66V左右, 电流在5 mA左右。彩灯的循环速度由脉冲源频率决定。R、C构成微分电路，用于上电复位。 如有兴趣也可以把发光二极管换成各种颜色的彩灯，这样循环起来就更加好看了。（二）元件选取及电路组成元件选取仿真电路所用元件及选取途径如下：电源 VCC： Place Source-POWER

6、_SOURCES-VCC接地：Place Source-POWER_SOURCES-GROUND,选取电路中的接地。电阻选取：Place Basic-RESISTOR,选取 1KQ、300 Q。可变电阻选取：Place BasicPOTENTIOMETER10KQ。电容的选取：Place Basic-CAPACITOR,选取 1 nF、lOOnF 和 10nF。555 定时器的选取：Place Mixed-TIMER-LM555CM计数器 CD4017 的选取：Place CMOS-CM0S_54017BD_5V,如图 5-36 所示。inllxDatabase:Component:Symbo

7、l (ANSI)4017BD 57Group:彩 CMOSJFamily:H Select al familiesA聂J CMOS_5V_IC牌 CMOS_5VCMOS.1 OVJC群CMOSW群 CMOS_15V舞 74HC_2V豚 74HC_4V_IC豚 74HC.4V爹 74HC.6V蜀 TinyLogic_2VTinyLogic_3VTinyLogic_4VTinyLogic_5VV| Master Database40163BP_5V40163BT.5V 40174BD.5V 40174BP_5V 40174BT.5V 40175BD.5V 40175BP_5V 40175BT 5V

8、4017BD 5V4017BP_5V 4017BT.5V 4018BD_5V 4018BP_W 4018BT.5V 40192BD.5V 40192BP_5V 40192BT.5V 40193BD_5V 40193BP_5V 40193BT.5V 40194BD.5V4 n-i n 4 n n n /Search,.Detail Report |Model.Function:5-STATE JOHNSON COUNTERModel manuf./ID:Signetic$/4017B_5Footprint manuf /Type:IPC-2221A/2222 / SOT-74Hyperlink:

9、Select a CoaponentSearching：Components： 265图5-36计数器CD4017的选取电路组成将元件放好并连接，彩灯循环控制仿真电路如图5-37所示。VfC_5VR11kR2 1kQvccU1C310kO Key=A 50%DISTHFtTRIRST OUTC1ZZlOOnFLM555CMED3 LED4 LED5 L-ED10LED11ddLED1 LED2 LIt ooooooooooU2 4017BD 5V图5-37彩灯循环控制仿真电路（三）仿真分析打开仿真开关，可以看到发光二极管依次点亮，如流动一般，调整振荡器的电阻，可 以改变发光二极管闪烁的频率，仿

10、真结果显示，该电路达到设计指标的要求。流水彩灯电路的模拟接线如图5-38所示。图5-38流水彩灯电路的模拟接线（四）彩灯循环控制的其他方案下面介绍另一种彩灯循环控制的设计方案，我们可以自行比较两种电路的区别。电路组成该循环控制电路由555定时器、同步4位二进制计数器74HC163和4线一16线译码器 /分配器74HC154组成。电路原理分析电路中555定时器组成多谐振荡器，输出一定频率的矩形脉冲。74HC163是同步4位二 进制计数器，当输入周期性脉冲信号时，其输出为二进制数形式，并且随着脉冲信号的输入, 其输出在0000-1111之间循环变化。通过4线一16线译码器74HC154,其16条输

11、出线按 照74HC163所加的二进制数依次变成低电平，哪条输出线为低电平，与它相连的发光二极管 就亮。因为任一时刻，只有1个发光二极管亮，故所有16个发光二极管只接1个限流电阻。 该电路的16个发光二极管若组成一个环状，则发光二极管依次点亮时，就像一个光环在滚 动一样，可用在灯光布置或装饰上。其整体电路设计与仿真如图5-39所示，图中使用了两 条总线Busi和Bus2,使电路连线简单、清晰。图5-39彩灯循环控制仿真电路方案二四、注意事项1.本例利用的主要芯片是十进制计数/分频器CD4017, 了解该芯片的功能才能更好的 使用，由于CD4017的功能较为简单，所以本例的彩灯循环控制电路也是比较

12、简单的，电路 简单，性能就稳定，性价比就高。彩灯循环控制的方案是多样的，了解了设计的方法，使用 者都能设计出自己的控制方式。实际应用中，彩灯的控制电路众多，甚至己有专门的灯光控制专用芯片，想做好灯 光的控制电路，这些新知识的了解是必不可少的。由于CPLD及单片机技术的发展，以及CPLD芯片价格的下降，很多复杂的灯光控制, 往往是靠编程并灌入芯片的方式实现的，这样做的好处是电路大大简化，性能更加稳定，调 试更加方便，功能更加完善，代表了现代电子的发展方向。五、项目考核项目：流水彩灯的设计与调试班级姓名组号扣分记录得分项目配分考核要求评分细则仿真调试时钟振荡电路15分能正确仿真调试时钟振荡电路不能正确调试出结果扣10分电路出现错误，每处扣5分十进制计 数/分频 器 CD4017 的正确使用15分能正确使用CD4017不能了解CD4017的管 脚功能扣10分电路接线错误，每处扣 5分仿真调试流水彩灯电路40分能正确仿真调试流水彩灯电路连接方法不正确，每处 扣5分不能仿真调试出灯光的 流动效果，扣10分不能仿真调