NE555流水灯设计报告

目录TOC\o"1-3"\h\u1912摘要 12336Abstract 115556第一章绪论 2172661.1流水灯背景 2103091.2流水灯的目的及意义 213863第二章基础芯片介绍 288692.1555振荡电路原理 2310202.2CD4017译码电路原理 3179882.3章节小结 416103第三章设计方案 5326163.1总体设计方案 582173.2章节小结 61982第四章系统软件设计 6230434.1用proteus绘制仿真图 6182144.2用DXP画原理和PCB图 657864.3实物PCB电路板制作 7234474.4整理制作过程视频 8191414.5章节小结 831286第五章系统调试与测试 937465.1系统调试 9235675.2注意事项 9150825.3测试结果 9213525.4章节小结 102924第六章总结与展望 1115574第七章谢辞 1217005附件 13126971.NE555流水灯原理图 13153412.NE555流水灯PCB图 13TOC\o"1-2"\h\z\u摘要该创新实验是完毕流水灯的制作，通过结合NE555芯片以及CD4017芯片，制作出简易流水灯的过程，并将整个制作流程录制下来。运用会声会影软件完毕制作录像的剪辑，形成视频讲解整个制作流程，本次制作使的是覆铜板，即设计好原理图后用DXP画图软件绘制好电路图。结合CD4017芯片的功能，将其与555芯片联合使用，从而实现流水灯的效果。运用dxp软件，进行pcb画图，通过一系列操作完毕作品。本次设计，我充足了解了CD4017和NE555芯片的使用，对于如何实际、制作电路也有了理性上的结识，对于此后的对于新知识的学习以及各种芯片的运用有了提高。关键字：555芯片CD4017芯片DXP画图软件会声会影X5AbstractThe

innovativeexperiment

is

finished

runninglights,

throughacombinationofNE555

chipand

CD4017chip,

made

simple

waterlightsandtheprocess

recorded

video

clips,

completed

by

UleadVideoStudio

software,

formingavideotoexplaintheproductionprocess,

the

production

that

isthe

CCL,

namelygooddesign

principlediagram

afterusingDXP

drawing

thecircuitdiagram

drawingsoftware.

CombinedwiththeCD4017

chip'sfunction,

the

combinedwith

555chips,soasto

achievewaterlamp

effect.

UsingDXPsoftware,

PCB

drawing,

afteraseriesof

operationstocomplete

works.Thisdesign,

I

fullyunderstand

theuseofCD4017

andNE555

chips,

toactually,makingcircuit

also

havearationalunderstanding,

forthefuture

to

learnnewknowledge

and

variouschips

use

hasincreased.Keywords:555chipCD4017

DXPdrawingsoftware,videostudio

X5.第一章绪论1.1流水灯背景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。基于这些，我们本次进行了流水灯的制作。1.2流水灯的目的及意义流水灯的设计规定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、手控功能等。重要参考数字电路中计数器的原理。运用555芯片以及计时器cd4017实现流水灯功能。其目的是让我们熟悉了解各芯片的功能作用，学会使用dxp，运用其进行pcb画图，学会使用会声会影软件，进行视频制作和剪辑，进一步加强大家的动手实践能力。29678第二章基础芯片介绍2.1555振荡电路原理NE555时基电路组成振荡电路，如图1所示：电源VCC通过电阻R1、RV2向电容C2充电，当充电到一定限度后，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RV2又开始对电容C2充电，周而复始。通过调节RV2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1NE555芯片引脚图2.2CD4017译码电路原理译码电路由一块CD4017芯片组成。如图2所示：该芯片有3个输入端（2个时钟输入端CP的14脚和EN的13脚与复位端Cr的15脚）。有10个输出端Q0～Q9（依次为3脚、2脚、4脚、7脚、10脚、1脚、5脚、6脚、9脚、11脚）。尚有一个进位端CO，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Q0～Q9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。Q0～Q9这10个输出端的输出状态分别与输入的时钟个数相相应。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，Q1～Q9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。调节可变电阻RV2便可改变振荡电路的频率，反映在CD4017芯片输出端则是流动的速率。图2CD4017芯片引脚图2.3章节小结在本章节，我结识并且学习了CD4017这款芯片，同时温习了上学期所学习的NE555，将两者结合起来，构成了一个流水灯,在接触一款新的芯片时，要学会如何检索资料，如何运用该款芯片，最终形成电路图。第三章设计方案3.1总体设计方案本次设计流水灯的思绪如下图3所示：图3总设计流程图根据该思绪，结合两个基本电路的原理绘制出图4的原理图：图4流水灯原理图通过555振荡电路以及译码电路实现流水灯效果，通过调节RV2，进而调节流水灯的流速。开关则是复位作用，通过开关的开和关，控制流水灯的关和灭。在图形设计下，采用的是心形流水灯。3.2章节小结本章重要涉及的是电路图的设计，通过对两款芯片的巧妙结合，运用NE555芯片的震荡电平变化以及CD4017的逐个电平输出，来实现依次点亮每个灯，往复循环形成流水的效果。TOC\o"1-3"\h\u第四章系统软件设计4.1用proteus绘制仿真图打开软件，新建一个NewDesign，选左边工具栏第二个图标，点P，选元件，放置元件，连接起来。连接好电路图后，进行仿真操作。4.2用DXP画原理和PCB图1、新建工程打开protel软件后，点击file，选择new，完毕Protel工程的新建。2、原理图环境设立打开后缀名为sch的原理图文献后，单击右键，分别选择DocumentOptions和Preferences，进行环境设立。在Protel绘图中，为了使电路图看起来更加整洁、美观，经常会规定使用统一的线型、线色。因此，我们在绘图之前便应当对绘图（如自行绘制的元器件所用的线）和电气连线（元件间的连线）进行统一设立。环节如下：选择Preferences中的DefaultPrimitives，双击红圈中的Bus，将BusWidth（线宽）设立为small，Color（线色）设立为黑色。同理，对其它相关选项进行设立。注：Junction的线宽设立为Smallest。3、元件库环境设立打开后缀名为Lib的文献，单击右键.然后选择DocumentOptions，进行元件库的环境设立。4、电气检查和网络链表的生成（1）选择Tools——Annotate，再点击OK，可完毕对元器件的自动编号；（2）选择Tools——ERC，再点击OK，即可完毕电气检查，看电路中是否存在电气错误；（3）选择Design——CreateNetlist，再点击OK，创建网络链表。5、添加封装双击原理图中的元件，在Footprint中为所选元件添加封装，在没有实物的前提下，一般选择较为常用的封装。而这种逐个添加封装的方式是极其麻烦的，故最佳在绘制元器件的时候，便为其添加封装。即在元件库左侧的Description中为其添加相应的Footprint，这样便只需在绘图完毕后对部分封装进行修改了。6、PCB绘图在所有的封装都添加完毕之后，便要开始绘制PCB板。一方面在如图1.5示的对话框中选择新建一个PCBDocument，即PCB原理图文献。然后进行环境设立。注意：只能在Keepoutlayer绘制边界，而连线则需在TopLayer和BottomLayer这两层中。在原理图中生成的网络表是PCB板与原理图之间的桥梁。所以，原理图中的封装要与PCB相符合。一方面导入网络表，点击Design中的LoadNETS.导入时会弹出对话框，单击BROWSE找到相应的网络表。假如出现错误则返回原理图，查看所有元件是否封装、元件的引脚与PCB中封装的引脚号是否一致以及确认各处是否连接对的。若无错误，导入网络表后软件就会将PCB元件自动导入，然后再进行布局。布局的时候，注意各个元件之间的连接关系，不可随意摆布，应尽量将有连接关系的元件靠近，相同的原器件尽量保持对称，从而保证整个布局的美观与合理性。布局完了之后，可以通过软件进行自动连线。点击AUTOROUTE中的ALL，出现对话框，点击ROUTEALL即可。当然自动布线存在的缺陷很多，为了使布线更加美观且符合实际规定，最佳是手动布线，即便是自动布线了，也一定要在导入网络链表布线后进行手动调整。注意：连线不能出现90度的拐角，一般是45度和135度，电源线和地线要比信号线粗。4.3实物PCB电路板制作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佳的制作线路板。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、预解决覆铜板。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。一般来说通过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检查是否存在断线，如有断线，则可用油性笔修复电路。6、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。腐蚀液一般为三氯化铁，具有强腐蚀性，操作时一定注意安全。7、线路板钻孔。线路板上是要插入电子元件的，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。8、线路板预解决。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。9、焊接电子元件。焊接完板上的电子元件，通电。4.4整理制作过程视频制作过程中成员分工合作，一人制作，一人拍摄，一人讲解，记录制作过程完整的环节，最后用会声会影X5软件整合与加工视频。4.5章节小结通过本章的学习，加强了对绘制原理图、PCB图的理解与运用，将原理图形成现实中的覆铜板电路图，这才是学习的重点，为以后电路的制作打下了坚实的基础。第五章系统调试与测试5.1系统调试问题一：灯闪了几次就灭了由于线的半径小了，在转印的时候没有完全转印，导致有路线断了，通过焊锡丝连接电路，解决问题一。问题二：频率闪烁太快由于电阻，电容设计不合理，导致闪烁频率太快，通过更换电阻，电容，调节滑动变阻器，使频率闪烁合理。问题三：灯亮不稳定由于接地不合理，导致灯不稳定。5.2注意事项1.布线的时候，线规格的选择要合理，太细了，会导致腐蚀的不成功。2.线与线之间的距离设立的要合理。3.布局要合理，避免线重叠。4.覆铜时，面积覆铜要大。5.转印和腐蚀要完全，否则pcb板铜线会有残缺，达不到预期中的效果。6.打孔时，对准孔。5.3测试结果1.连接电源，灯亮，呈现流水效果，如图5所示：图5流水灯实物图2.调节电位器旋钮，流水速度加快，最快时几乎全亮，如图6所示：图6流水灯加速图5.4章节小结电路的调试往往是完毕一次任务最困难的环节，这个调试过程中，需要仔细检查自己的原理图是否有误，制作出的电路板的线路是否有问题，也许有线断了，也也许有线短路了，芯片插反了，元器件烧了等各种因素。第六章总结与展望总结本次创新实践环节1，自己收获到的真的很多。一方面学会了当我们碰到一款没接触过的芯片时，该如何查找资料纯熟掌握它的特性，每个管脚的功能，以及如何将不同的芯片结合起来形成电路图。另一方面，我还学会了使用Protel、DXP和会声会影软件的使用，这些在以后的学习生活中都是非常有用的。最后便是如何将电脑上的电路图变成现实中的电路图，这就是覆铜板的制作过程啦。当然，我还发现了许多局限性之处，涉及创新点的实现，我在流水灯中加入了一个电位器，可以通过旋转电位器旋钮来改变555的电平输入快慢，进而可以达成对流水灯流水速度的变化。从最开始的学习到实践这个过程是困难的，但是之后会发现，不仅能力得到了提高，自己明白了团队合作的意义同时更意识到书本上学到的只是理论上的，可以将理