循环彩灯课程设计报告

1、 数电课程设计循环彩灯控制电路学 院：专 业：电气工程与自动化指导老师：班 级：姓 名：学 号：合 作 者： 一、设计背景本次循环彩灯的设计制作由555定时器、CD4017构成的中规模集成电路来实现，其中555定时器组成的多谐振荡电路频率为1Hz，CD4017实现八进制加法计数。1.数字电路系统的定义及组成数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号，其形式包括各种输入接口电路。比如数字频率计中，通过输入电路对微弱信号进行放大、整形，得到数字电路可以处理的数字信号。模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再进行处理。在设计输

2、入电路时，必须首先了解输入信号的性质，接口的条件，以设计合适的输入接口电路。2.时钟电路的作用及基本构成时钟电路是数字电路系统中的灵魂，它属于一种控制电路，整个系统都在它的控制下按一定的规律工作。时钟电路包括主时钟振荡电路及经分频后形成各种时钟脉冲的电路。比如多路可编程控制器中的 555 多谐振荡电路，数字频率计中的基准时间形成电路等都属于时钟电路。设计时钟电路，应根据系统的要求首先确定主时钟的频率，并注意与其他控制信号结合产生系统所需的各种时钟脉冲。二、设计方案1. 基本原理将振荡器的振荡脉冲进行计数，计数器的输出作为译码器的地址输入，经译码器控制各路彩灯依次发亮。用框图表示如下。电源接入电

3、路555多谐振荡电路彩灯控制电路8路彩灯2.实验器材器件555定时器CD4017LED灯万用表电容电源导线电阻数量118110uf0.1uf5v若干15K、68K300三、方案实施1.555定时电路产生时钟脉冲 555定时电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，可连接成多谐振荡电路，产生单位脉冲，用于触发计数器。在延时操作中，脉冲由一个电阻和一个电容控制。用于稳定工作的振荡器时，频率由两个电阻和一个电容控制。NE555会在下降延触发和清零，此时输出端产生200mA的电流。NE555的工作温度为070。 555引脚图 555管脚图各管脚说明：1 接地 5 控制电压 2 触发 6 门限(阈值）

4、 3 输出 7 放电 4 复位 8 电源电压Vcc其功能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。图2-3为多谐振荡电路波形图。图2-4为多谐振荡器实验连接图。555多谐振荡波形图时钟脉冲信号电路图用555定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为: T=0.7(R1+2R2)C若取R1=R2，则T=2.1CR1若取C=10uF，则R1=48K2.CD4017的功能 CD4017采用标准的双列直插式脚塑封，它的引脚图如下图所示：

5、1脚：第5输出端 2脚：第1输出端3脚：第0输出端，电路清零时，该端为高电平4脚：第2输出端 5脚：第6输出端6脚：第7输出端 7脚：第3输出端8脚：电源负极 9脚：第8输出端10脚：第4输出端 11脚：第9输出端12脚：进位输出端，每输入10个时钟脉冲，就可以得到一个计数器的时钟信号13脚：时钟输入端，脉冲输入端，脉冲下降沿有效14脚：时钟输入端，脉冲上升沿有效15脚：清零输入端，在该管脚加高电平或正脉冲时，CD4017计数器中，各计数单元输出低电平“0”，在译码器中，只有对应“0”状态的输出端3脚为高电平16脚：电源正极，可以使用318V直流电源供电 CD4017是由十进制计数器电路和时序

6、译码电路两部分组成。其中的D触发器FlF5构成了十进制约翰逊计数器，门电路514构成了时序译码电路。约翰逊汁数器的结构比较简单。它实质上是一种串行移位寄存器。除了第3个触发器是通过门电路15、16构成的组合逻辑电路作用于F3的D3端以外，其余各级均是将前一级触发器的输出端连接到后一级触发器的输入端D的，计数器最后一级的Q5端连接到第一级的D1端。这种计数器具有编码可靠，工作速度快、译码简单，只需由二输入瑞的与门即可译码，且译码输出无过渡脉冲干扰等特点。通常只有译码选中的那个输出端为高电平，其余输出端均为低电平。CD4017内部逻辑原理图 CD4017有3个输入端：复位清零端R，当在R端加高电平

7、或正脉冲时，计数器清零，在所有输出中，只有对应“0”状态的Q0输出高电平，其余输出均为低电平：时钟输入端CP和CE，其中CP端用于上升沿计数，CE端用于下降沿计数，这两个输入端的内部逻辑电路如图2所示。由图2可见，CP和CE还有互锁的关系，即利用CP计数时，CE端要接低电平：利用CE计数时，CP端要接高电平。反之则形成互锁。在“R”端加上高电平或正脉冲日子，计数器中各计数单元F1F5均被置零，计数器为“00000”状态。 CD4017有10个译码输出端Q0Q9，它仍随时钟脉冲的输入而依次出现高电平。此外，为了级联方便，还设有进位输出端QC，每输入10个时钟脉冲，就可得到一个进位输出脉冲，所以Q

8、C可作为下一级计数器的时钟信号。从上述分析中可以看出，CD4017(它的基本功能是对“CP”端输入脉冲的个数进行十进制计数，并按照输入脉冲的个数顺序将脉冲分配在Y0Y9这十个输出端，计满十个数后计数器复零，同时输出一个进位脉冲。我们只要掌握了这些基本功能就能设计出千姿百态的应用电路来。4、 电路原理图仿真1. 仿真软件 Proteus 8 Professional2. 仿真电路图五、总体电路原理图（见附件）六、电路调试1.调试使用的主要仪器: 数字万用表 、直流稳压电源 （+5V）2.测试电路的方法和技巧:先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好；前面的检查无问题后，再根据彩灯的变化情

9、况，确定可能的原因，分析是哪个功能模块出了问题，用数字万用表检查各模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止。3.调试中出现的故障、原因及排除方法： 彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样：可能是计数器的芯片74LS194出现问题，应该检查循环控制逻辑电路。检查是否正确接线，芯片是否功能完好。特别注意不能把非门的输入与输出接反了。 彩灯无规律变化：原因可能是由555定时电路产生的时钟脉冲信号不稳定，或者是在555电路中没有标准的计算各电阻的阻值，电解电容，陶瓷电容的使用是否正确。 彩灯在移动过程中是两个灯一起跳可能是是芯片74LS194在面包板上面没有接稳定，应该检查芯片是否通电，各高低电平是

10、否正常工作。应该检查导线是否有问题。 实验过程中灯一会亮一会不亮最后可能是导线的接触不良问题，应该首先从电源是否良好的接入电路开始检查，再检查555定时电路时候正常工作，最后检查芯片管脚电压。 有的灯亮，有的灯不亮 运用数字万用表检测是否是CD4017输出端的引脚出现故障。 七、理论值与实际值理论结果：八路彩灯依次发光，亮灯时间为1秒，然后进入下一个循环。实际结果：八路彩灯依次发光，亮灯时间接近一秒，然后进入下一个循环。理论结果与实际结果在整体上是一致，符合实验预期要求，循环彩灯设计成功实现其功能。八、设计心得体会 课程设计是锻炼我们对所学知识应用能力的一门课程。通过这次课程设计我发现主要是检

11、验我们对大二阶段学习的”数字电路“这门课程的应用情况。一个完整的课程设计包括，前期的思考设计，中期的动手实践，后期的调试测验。课程设计不仅考验了我们对所学知识的掌握程度，还培养了我们做事的细心、冷静，考虑全面、周密的能力。在为期三周的课程设计的时间段里，虽然遇到了很多困难，但也学会了很多东西，如设计电路最重要的是思路要清晰，一旦有了自己的思路就应该有层次有条理的探索下去，只要坚持自己的观点和判断，就一定能实现，即便最后发现走进了死胡同，但是探索设想与求证的过程却是通往另一条道路必不可少的环节。 在完成这次设计的过程中，我也有参考相关的设计课题，甚至还花了很长的时间去弄清楚别人的设计，以至于后来

12、被束缚住，对自己的设计没有了头绪。学习吸收别人的长处是应该的，但是不能完全沉浸进去，要有自己的思路和观点，并且努力去实现。这就是快乐的最大源泉。在完成本次课设的过程中开始的头几天一直在纠结于用74LS194实现移位寄存器，因为它的原理是很简单的，可是在实际连电路的过程中，一下子遇到了很大的困难，因为外界的干扰因素实在太多了，稍不注意就碰到某个导线了，结果发光二极管就不亮，于是自己得检查到底哪里出现了问题，有得费很长时间去检查管脚是否连错，导线是否松动，或者导线是否坏掉等等情况。在这次的课程设计中，我收获很大，首先是学以致用。在学习数字电路的过程中，上课我们都是些理论上的东西，并且上学期做实验也

13、是照着书本上给出设计好的电路连线，却一直都没有正在运用到自己所学的知识来设计一个电路。而这次的课程设计真正让我们通过自己的知识和努力，通过自己查阅资料、分析来解决问题。这不但能巩固我们所学的理论知识，又能提高我们的实践能力。其次，学会分析解决设计上的问题。在设计电路的过程中，每一步都要自己去思考分析，遇到问题时，经常都要经过多次的尝试来解决改善问题，有时一点微小的错误都会影响到结果的正确以否，而这些微小的错误经常都是很难发现，这就需要我们学会仔细分析问题。最后，懂得了如何去安装调试电路。设计电路，关键步骤还在于解决实际遇到的问题，安装调试出正确的结果，这一步是至关重要也是最为困难的。很多时候，

14、理论分析正确，调试却不一定正确，这关键也在于调试过程是否正确。我们必须遵循一些安装调试步骤，先单个调试，然后再整体调试，先局部再整体，切不可一次安装后调试，因为这样是很难查出错误来。经过这次试验，终于感觉到了理论与实际的差别有多大了，当然这个过程也是非常的考验人的，不仅仅是考察你的理论知识，动手能力，以及检查问题并解决问题的能力，更是在考验一个人的耐心，细心。在连接电路的过程中，丝毫不得马虎，必须清楚的了解每个芯片的管脚分布图，功能表。说实话，在实验过程中出现问题并不可怕，可怕的是在反复的受挫中没有革新，不能改进自己的方法和思路。因此自己应该具有创新思维。总之，通过这次的数电课程设计觉得自己收获颇丰。经过这几天的努力，终于设计出了“循环彩灯控制电路”。从开始的无