数字电子技术课程设计(心形流水灯).docx

电子技术课程设计报告设计题目：基于555的心形流水灯 专 业 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 目 录1、设计目的 .31.1 设计框图.32、硬件电路设计.32.1 NE555电路及应用3 2.1.1定时电路NE555简介32.1.2 NE555的特点.32.1.3 NE555基本应用电路（定时器）42.2、脉冲分配器CD401752.2.1 CD4017引脚属性.52 .2.2 CD4017的逻辑功能.52.2.3 CD4017的内部结构.63、电路工作原理.63.1 电路原理图.63.2 电路仿真图.73.3 实物图.83.3 背面布线图.84、元件清单85、实验调试与分析.86、心得体会97、参考文献.101、设计目的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。1.1 设计框图基本原理设计框图如下图(1)所示: 电源 定时器 十进制计数器/分频器 光源电路图（1）设计框图2、硬件电路设计2.1 NE555电路及应用2.1.1定时电路NE555简介NE555 (Timer IC)大约在1971由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电，尽管近CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前可直接的代用。NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。 2.1.2 NE555的特点1. 只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 2. 它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。3. 其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 4. 它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。 2.1.3 NE555基本应用电路（定时器） 定时器由一块时基集成电路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NE555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。当555定时器组成自激多谐振荡器时，输出的矩形脉冲的周期为：T=0.7*（R1+R2）*C。高电平暂稳态的持续时间为：T1=0.7*（R1+R2）；低电平的暂稳态持续时间为：T2=0.7R2*C。占空比：q%=R1/(R1+R2)2.2、脉冲分配器CD40172.2.1 CD4017引脚属性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：级联进位输出端，每输入10个时钟脉冲时，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2.2.2 CD4017的逻辑功能当复位端R加上高电平和正脉冲时，除输出端Q0为高电平“1”外，其余输出端即Q1Q9均输出低电平“0”。当时钟输入端EN接地时，CP端对输入时钟脉冲的上升沿计数；当时钟输入CP接高电平时，EN端则对时钟脉冲的下降沿计数，设置这两个输入端是为了级连时更加方便Q0Q9 10个输出端的输出状态分别与输入的时钟脉冲个数相对应。例如，如果计数从0开始，则输入第1个时钟脉冲时，Q1就变为高电平；输入第2个时钟脉冲时，Q2为高电平，以此类推，直至输入第10个脉冲，就回复到Q0为高电平。同时进位端CO就输出1个进位脉冲，作为下一级计数器的时钟信号。R为复位端输入，也称清零端，当R输入高电平时，电路复位，即输出端Q0为高电平，Q1Q9为低电平2.2.3 CD4017的内部结构：3 、电路工作原理设计的多功能流水灯原理电路图如下图所示。原理电路图由振荡电路、译码电路和光源电路三部分组成。在设计电路时，本文选用的脉冲发生器是由NE555与电阻及电容组成的多谐振荡器组成。主要是为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲，灯光的流动速度可以通过电位器RP进行调节。由于RP的阻值较大，所以有较大的速度调节范围。灯光流动控制器由一个十进制计数脉冲分配器CD4017和若干电阻组成。3.1 电路原理图3.2 电路仿真图 通过对电路原理进行分析，并在multisim软件下进行仿真可知，原理图正确无误，要求功能均能实现。并且在仿真软件下可以清晰地看到，控制流水灯流动速度的快慢主要通过调节滑动变阻器来改变555定时器的输出脉冲来控制。3.3 实物效果图3.4 布线图4 、 元件清单序 号编 号名 称数 量1CD4017十进制计数/分配器12NE555单稳态触发器13R122K电阻24R2500K电位器15R31K电阻16R40.5K电阻17C21F电容18LED发光二极管209电池盒1101.5V干电池311万用版112开关113导线若干5、实验调试与分析1.检查电路原理图及导线的连接。在电脑上仿真，能够得出正确的实验现象，所以电路原理图正确。检查导线的连接是否与电路原理图上一致。2.检查导线的连接。对照电路原理图，用数字万用表打到合适的档位，测试各对应的接点是否连接好并导通。3.检查实验仪器和器材是否完好。电源5伏直流电压输出正常，CD4017芯片测试其功能均正常，用万用表检查开关，按下时导通均正常。完成上述步骤后，接通5伏的直流电源，实验现象为：按下开关，发光二极管出现循环亮暗变化，其中包括单向循环以及间歇亮暗，通过改变相关电阻或电容的大小，进一步确定发光二极管各自发光停留的时间，从而形成心形的流水灯效果。至此，心形流水灯电路设计，调试与实验成功。6、心得体会通过本次课程设计，使我深刻的认识到了理论联系实际的重要性。通过自己设计电路图，通过仿真软件仿真，购买元器件，焊板子等一系列过程，增强了自己的动手能力，提高了自己对理