项目二 CD4017流水灯(葛中海).doc

6项目二 CD4017流水灯一、教学目标 认识CD4069和CD4017内部功能框图。 掌握CD4069和CD4017的逻辑功能。 熟悉反相器与阻容元件构成多谐振荡器的电路结构和工作特性。 理解并掌握多谐振荡器电路的工作原理。 理解并掌握CD4017递进计数器的工作原理。 了解蜂鸣器分类和特点。 了解蜂鸣器驱动电路的结构特点，掌握它的工作原理。二、电路结构本电路可分为几大部分，它们分别是时钟振荡电路、计数电路、蜂鸣器驱动电路和按键控制电路。1时钟振荡电路：由CD4069的C、D单元及电阻R1、R2、RP和电容C1组成；2流水灯电路：由CD4017和多只LED灯组成；3蜂鸣器驱动电路：由CD4069的A、F单元及限流电阻R3和三极管组成，驱动蜂鸣器；4键控电路：由按键S1、S2、S3与电阻R6组成；三、认识特殊器件1CD4069CD4069是六非门数字集成电路，其内部框图结构如图2.1。它的六个非门各自独立，因此也称为CD4069的六个单元，分别为AF，电源端共用，其中第脚接Vcc、第脚接GND。非门的逻辑功能如表2.1。表2.1 非门逻辑输入/输出输入输出0110 图2.1 CD4069内部框图2 CD4017CD4017是双列直插式塑料封装，引脚排列及输出功能如图2.2。CD4017内部逻辑是由十进制计数器电路和时序译码电路两部分组成。这种计数器具有编码可靠、工作速度快、译码简单，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。由图2.2可知CD4017第端（Q0）为译码最低位，第端（Q9）为译码最高位。第端是“使能端”，的上横线表示CD4017在“使能端”=0时工作，高电平时禁止。另外，第端是时钟输入，第端是复位端。 图2.2 引脚功能图 四、工作原理1时钟电路如图2.3，假如初始上电时组成多谐振荡电路CD4069的B、E单元状态如图2.3（a）所示，于是端高电平对电容充电（电流流向端）。 （a） （b）图2.3 非门组成的多谐振荡器 C1充电电流C1RPR2开始时充电电流最大，A点电压维持为“1”（同学们想一想:为什么？），随着C1电压升高、充电电流逐渐减小，A点电压也随之下降，一旦下降到非门的“低阀门”电压（等效逻辑“0”电平），经R1加到，则变为“1”、随即变为“0”，如图2.3（b）所示。 C1放电电流R2RPC1当CD4069的端为“1”、端为“0”时，电容C1反向放电（电流流向端）。开始时放电电流最大，A点电压维持为“0”（ 同学们想一想:为什么？），随着电容C1电压降低、放电电流逐渐减小，A点电压也随之上升，一旦上升到非门的“高阀门”电压（等效逻辑“1”电平），经R1加到，则变为“0”、随即变为“1”，如图2.3（a），此后电路重复上述过程CD4069几个关键测试点电压波形如图2.4，图2.5。调节RP，改变电容C1充、放电时间，随之就改变了时钟电路振荡周期也就是时钟振荡电路的工作周期。 图2.4 CH1是A点，CH2是CD4069的端 图2.5 CH1、CH2分别是CD4069的、端2计数电路 CD4017输出高电平脉冲的脚位顺序是，进位端C0（第12脚）在Q5输出“1”时翻转为“0”，并持续到一个循环周期开始时翻转为“1”，如图2.6。图2.6 CD4017输出波形时序图 由于同一时刻Q0Q9只有一端被译码，根据CD4017的工作特性我们知道只有译码选中的那个端输出高电平，其余输出端均为低电平，因此同一时刻只有被译码的输出“1”，与之对应的发光二极管点亮。CD4017有10个译码输出端Q0Q9，它会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，每输入10 个时钟脉冲就可得到一个进位输出脉冲，因此，可以把C0作为下一级计数器的时钟信号。RST是CD4017 的复位清零端，RST为高电平或正脉冲时计数器清零，在所有输出中只有对应Q0=1，其余输出均为低电平，如图2.6之RST为高电平的起始片段。从上述分析中可以看出，CD4017的基本功能是对“CLK”输入脉冲进行十进制计数，并按照输入脉冲的个数顺序将脉冲分配在Q0Q9这十个输出端，计满十个数后计数器复零，同时输出个进位脉冲。3蜂鸣器驱动电路CD4017的Q0输出经CD4069的A、F单元两次反相后，经电阻R3驱动三极管驱动蜂鸣器振动发声。原理图显示CD4069的A、F单元两次反相，即CD4069的端和端的逻辑状态相同。另外，本项目采用直流蜂鸣器施加稳定的电压即能工作，如果采用交流蜂鸣器，响度比直流蜂鸣器差许多。直流蜂鸣器实物及参数如图 2.7。 图2.7 压电蜂鸣器实物图及技术参数 4按键控制电路大家知道：CD4017的RST为高电平复位、低电平工作。当按键S1按下时，经过几个时钟周期后，Q2（CD4017的）变为“1”，高电平随即传递到RST端（CD4017的），于是系统复位、计数从重新开始；若按下的不是S1而是S2，同样道理，经过几个时钟周期后，Q5变为“1”，高电平随即传递到RST端，于是系统复位、计数重新开始也就是说当与某个输出（Qn）连接的按键按下后，经过几个时钟周期后，该端输出“1”使CD4017复位，计数重新开始它像一堵墙一样，“拦住”后面的输出另外，需要说明的是CD4069的C单元跨接在“时钟电路”和“计数电路”之间，一方面起隔离作用，可以不用之。 五、电路图认识如图2.8，这个局部的电路图除了元器件外还有许多导线、分支线、总线和网络标号，它们究竟是怎么样的关系呢？1导线连接元件管脚之间或元件管脚与分支线之间的细实线，它表示管脚之间的“真实”连接关系。2分支线把元件管脚与总线象征性连接在一起的细实线，它表示元件管脚和总线的“虚拟”连接关系。3总线把分支线象征性连接在一起的粗实线，它表示元件管脚的“虚拟”连接关系。4网络标号标注在元件管脚旁边网络记号，表示元件管脚的“真实”连接关系，一般要成对出现或几以上，凡是网络标号管脚都连在一起。图2.8 网络标号图六、焊接注意事项1认识电源脚一般地说，数字集成电路电源脚的分布比较特别，最大编号的脚是电源脚，1/2编号的脚是地线脚。比如的16脚是电源脚，8脚是地线脚；的14脚是电源脚，7脚是地线脚。说明：为了画图方便，一般来说数字集成电路电源脚都不