双色爆闪闪光灯.doc

学习资料收集于网络，仅供参考郑州科技学院模拟电子技术课程设计任务书专业 电子信息工程 班级 12级 电信1 班 学号 201257025 姓名 李珂 1、 设计题目 LED双色爆闪闪光灯 2、 设计任务与要求 1、采用直流稳压电源供电； 2、设计一个由电源电路、集成电路CD4017和NE555以及LED发光电路组成的发光电路； 3、设计电路原理图，进行元件焊接调试并撰写设计报告。 三、参考文献1 江晓安，董秀峰，模拟电子技术. 西安电子科技大学出版社，20082 金凤莲. 模拟电子技术基础实验与课程设计. 北京：清华大学出版社，2009 3黄继昌.常用电子元器件实用手册M.北京:人民邮电出版社.2009,1. 4陈有卿 叶桂娟.555时基电路原理、设计与应用M.北京:电子工业出版社,2007,9. 5 韩团军.可变直流稳压电源的设计J.科技信息,2010,(36):129-130. 6刘建 高振玲.直流稳压电源的设计J.河北建筑工程学院报,2008(36):69-71. 7刘桂英 刘高潮 黄国华串联型直流稳压电源的仿真分析J.广西师范学院学报(自然科学版),2004(2):55-59. 8张萍华.030V可调式直流稳压电源的设计J.吉林广播电视大学学报,2011(10):1-2. 9梁芳可调直流稳压电源的设计J.今日科苑.2010(20):47.四、设计时间 2014 年 04 月 07 日 至 2014 年 04 月 28 日指导教师签名： 专业负责人签名： 2014年 04月 07日学习资料郑州科技学院模拟电子技术课程设计 题 目 LED双色爆闪闪光灯 学生姓名 李珂 专业班级 电子信息工程一班 学 号 201257025 院 （系） 电气工程学院 指导教师 马爱霞 完成时间 2014年4月27日 目 录1 前言12 课程设计的目的23 设计的任务与要求23.1提供输入类型33.2 核心电路的设计33.3 设计电路原理图33.4 进行电路调试与焊接54 设计方案与论证64.1 控制方法选择64.2 设计框图75 设计原理与功能说明75.1 NE555集成电路75.2 CD4017集成电路95.3 功能说明115.4元件特性说明116 单元电路的设计（计算与说明）126.1 发光二极管闪烁频率计算127 总结13参考文献16附件1：总体电路原理图17附件2：元器件清单181 前言 随着世界电子信息产业的快速发展，作为电子信息产业基础的电子元器件产业发展也异常迅速。2005年，世界电子元器件市场需求约3000亿美元，占世界电子产品市场的15，年均增长率10左右，而新型电子元器件需求增长最快，约1500亿1800亿美元。 电子元器件正进入以新型电子元器件为主体的新一代元器件时代，它将基本上取代传统元器件，电子元器件由原来只为适应整机的小型化及其新工艺要求为主的改进，变成以满足数字技术、微电子技术发展所提出的特性要求为主，而且是成套满足的产业化发展阶段。 近年来中国电子工业持续高速增长，带动电子元器件产业的强劲发展。中国已经成为扬声器、铝电解电容器、显像管、印制电路板、半导体分立器件等电子元器件的世界生产基地。如今，电子产业已经成为我国经济高速发展的重要引擎。 随着中国进入全面建设小康社会的历史时期，人们消费水平进入新的升级阶段，社会对电子信息产品需求将大幅度增长，将有力地促进电子信息产业发展，而电子元器件制造业的发展也前景广阔。随着科学技术的飞速发展，电子元器件技术也在不断进步，新型电子元器件层出不穷。新型电子元器件体现了当代和今后电子元器件向高频化、片式化、微型化、薄型化、低功耗、响应速率快、高分辨率、高精度、高功率、多功能、组件化、复合化、模块化和智能化等的发展趋势。 本课程设计的内容是LED双色爆闪闪光灯，本电子作品由NE555组成的多谐振荡器和CD4017十进制计数器/脉冲分配器组成。当第1、3、5个脉冲到来时，Q1、Q2、Q4依次输出高电平，蓝色LED闪亮3次，第6、8、10个脉冲到来时，Q5、Q7、Q9依次输出高电平，红色LED闪亮3次，当第11、13、15个脉冲到来时LED再次闪亮，依次循环蓝色和红色LED交替闪亮，形成模拟警灯的样子。改变可变电阻器RP1大小可改变谐振周期，从而改变了LED的闪亮的速度。 本课程设计，由于自身能力和学习水平有限，可能存在一定的错误和不当之处，敬请批评和指正。2 课程设计的目的 1.巩固和加深课堂所学知识；熟悉各种指令的应用及条件； 2.学习掌握一般的软硬件的设计方法和查阅、运用资料的能力； 3.进一步了解NE555和CD4017十进制计数器的各个引脚的功能，各二极管三极管等元器件之间的连接，深入掌握集成电路NE555和CD4017的基本功能和工作方式。 4.培养和锻炼在学习完本门课后综合应用所学理论知识，解决实际工程设计和应用问题的能力。通过课程设计，要求熟悉和掌握硬件设计的方法、设计步骤，得到其开发应用方面的初步训练。同时并了解综合问题的程序设计掌握实时处理程序的编制和调试方法，掌握一般的设计步骤和流程，使我们以后搞设计时逻辑更加清晰。 5.在多谐振荡器和脉冲分配器等各个电子元器件的结合中更好地欣赏绚烂多变的LED闪光灯带来是视觉享受，提高自己理论与实际的结合，锻炼提高自己的绘图、设计、焊接等动手能力，认识各种电子元器件，学会电子元器件的识别选取计算，做到学以致用。 6.培养自己独立自主查阅资料解决问题的能力，培养自己独立工作的能力与创造力，综合运用专业及基础知识的能力以及解决实际工程技术问题的能力，培养一个全面发展的自己。3 设计的任务与要求本课程设计的内容是LED双色爆闪闪光灯，本电子作品包括NE555多谐振荡器、CD4017十进制计数器/脉冲分配器、28个发光二极管、2个三极管和若干电阻等元器件。当第1、3、5个脉冲到来时，Q1、Q2、Q4依次输出高电平，蓝色LED闪亮3次，第6、8、10个脉冲到来时，Q5、Q7、Q9依次输出高电平，红色LED闪亮3次，当第11、13、15个脉冲到来时LED再次闪亮，依次循环蓝色和红色LED交替闪亮，形成模拟警灯的样子。改变可变电阻RP1大小可改变谐振周期，从而改变了LED的闪亮的速度。3.1提供输入类型输入12V伏特直流电压，可用串联干电池和串联手机电池为此电路提供电能，直接接至接线座即可。3.2 核心电路的设计 由电路设计要实现的功能和控制原理可知要求设计集成电路控制电路和LED发光电路。本电子作品的核心元器件是NE555多谐振荡器和CD4017十进制计数器/脉冲分配器。电流通过接线座到各个电子元器件，当第1、3、5个脉冲到来时，Q1、Q2、Q4依次输出高电平，蓝色LED闪亮3次，第6、8、10个脉冲到来时，Q5、Q7、Q9依次输出高电平，红色LED闪亮3次，当第11、13、15个脉冲到来时LED再次闪亮，依次循环蓝色和红色LED交替闪亮，形成模拟警灯的样子。改变可变电阻RP1大小可改变谐振周期，从而改变了LED的闪亮的速度。3.3 设计电路原理图 本电路原理图是利用专业仿真软件multisim10.0对电路进行仿真，根据仿真软件的反馈对电路进行修改调试，选用符合设计要求的电子元器件，直至仿真成功再准备焊接工作。Multisim简介 在该软件中所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上，所有硬件电路产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析。仿真的内容：器件建模及仿真；电路的构建及仿真；系统的组成及仿真；仪表仪器原理及制造仿真。美国NI公司提出的理念：“把实验室装进PC机中”multisim 10概述通过直观的电路图捕捉环境,轻松设计电路通过交互式SPICE仿真,迅速了解电路行为借助高级电路分析,理解基本设计特征通过一个工具链,无缝地集成电路设计和虚拟测试通过改进整合设计流程减少建模错误并缩短上市时间NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。3.4 进行电路调试与焊接 通过计算选取合适大小三极管，电阻，电源电压等 利用multisim10.0仿真软件对电路进行仿真步骤如下1、 打开multisim10.0软件；2、 保存为led;3、 在元件库里找到所需要的元器件；4、 在原理图编辑界面把相应的电路图连接完成；配合硬件电路试验，不断的改变各个元器件的参数，使之达到预期要求.焊接：1 要求 先低后高、先易后难、先一般后特殊、同一器件高度相同。2 次序 电阻（紧贴） 二极管（12mm）小功率三极管(57mm)电解电容(紧贴)其他原件（3-5mm）。3有极性的元件，要注意极性。4 准备工具：电烙铁、尖嘴钳、偏口钳、焊锡丝、松香。5 三步操作法：左手拿锡丝右手拿烙铁；同时加热加焊料；同时移开注意：焊接时间、焊料适量等， 在焊接过程中注意烫伤烧伤。6 焊点要求：(1) 表面光洁度(2) 锡量的大小（圆锥形）(3）不准出现虚焊假焊(4) 不准拖尾、拉尖(5) 不准出现结晶(6) 不准有气泡7 剪管脚:电路板上各个元器件焊接完成后,再次检查电路,在确认焊接无误后,用小手钳从元器件底部把管脚剪掉,特别注意的是管脚的长度,一般长度为12mm,不宜太长。4 设计方案与论证4.1 控制方法选择 本设计有两种控制方法，其一是使用电容、电阻以及三极管用模拟电路的方 式控制，其二是使用单片机的数字电路的方式控制。一、使用电容、电阻以及三极管用模拟电路的方式控制。控制方法电路简单，只需要三个电阻、两个电解电容及两个三极管就可以简单的实现控制。使用的电子元器件少，焊接可以轻松完成。但是这种控制方法要求我们必须仔细计算电路中使用的电阻电容及三极管的参数以使之符合预期的要求，并且能够在multisim10.0中仿真成功,因为只有在电路仿真中才能预先找到其中存在的问题和不足,并加以改正,以确保电路的焊接准确无误。二、使用单片机的数字电路的方式控制 用软件的方法就可以控制电路实现预期目标，但是单片机焊接难度较大，并且使用单片机需要制作单片机最小系统，而且还要编写软件。 所以出于课程设计要求和阶段学习性质的考虑选择第一种方法控制电路，也就是模拟电路控制方法。4.2 设计框图 发光二极 管交替输出CD4017集成电路NE555集成电路 12伏直流电压5 设计原理与功能说明 该电路由NE555集成电路、CD4017十进制计数器/脉冲分配器、发光二极管、三极管，电阻、电容等元器件组成。首先介绍该电路中重要元器件：5.1 NE555集成电路 NE555集成电路实物图 NE555集成电路内部电路图 如图 NE555各脚功能-管脚图Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。 Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。 Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。 Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。 Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。参数功能特性： 供应电压4.5-18V 供应电流3-6 mA 输出电流225mA (max) 上升/下降的时间100 ns .NE555的相关应用: NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器（Monostable Mutlivibrator）及无稳态多谐振荡器(Astable Multivibrator)。5.2 CD4017集成电路 CD4017集成电路实物图 CD4017集成电路管脚图 CD4017内部电路图 CMOS集成电路CD4017C采用标准的双列直插式脚塑封，它的引脚排列如图所示。CC4017是国标型号，它与国外同类产品CD4017在逻辑功能、引出端和电参数等方面完全相同，可以直接互换。其引脚功能如下：1. 脚(Y5)，第5输出端；2.脚(Y1)，第1输出端；3. 脚(Y0)，第0输出端，电路清零时，该端为高电平；4. 脚(Y2)，第2输出端；5. 脚(Y6)第6输出端；6. 脚(y7)，第7输出端；7. 脚(Y3)，第3输出端；8. 脚(vss)电源负端；9. 脚(Y8)，第8输出端；10.脚(Y4)第4输出端；11.脚(Y9)第9输出端；12.脚(Qco)，级联进位输出端，每输入10个时钟脉冲，就可得一个进位输出脉冲，因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。13.脚(EN)，时钟输入端，脉冲下降沿有效；14.脚(CP)，时钟输入端脉冲上升沿有效；15.脚(R)，清零输入端，在“R”端加高电平或正脉冲时，CD40171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Y0平；16.脚(VDD)，电源正端318V直流电压。5.3 功能说明在本设计中,12V直流电源为电路提供电压,在NE555输出脉冲信号的作用下,不断输出方波脉冲给CD4017,CD4017对输入的方波脉冲进行编码,不同个数的脉冲到来时,CD4017特定管脚输出高电平,在脉冲的不断作用下,蓝灯和红灯会交替闪烁,依次循环蓝色和红色LED交替闪亮，形成模拟警灯的样子。改变可变电阻RP1大小可改变脉冲频率，从而改变了发光二极管之间的发光间隔。5.4元件特性说明 1. NE555集成电路参数：频率：500kHz电源电压：4.5 V 16 V电流 - 电源：10mA工作温度：0C 70C输出电流:225mA上升|下降时间：100ns封装/外壳：8-DIP（0.300，7.62mm） 2.CD4017集成电路参数：电源电压：-0.5V-18V输入电压：-0.5V-VDD 十0.5V输入电流：10mA贮存温度：-65-1506 单元电路的设计（计算与说明）6.1 发光二极管闪烁频率计算改变可变电阻RP1可改变震荡周期，从而改变了LED发光二极管的闪亮速度，本设计中设定LED发光二极管闪烁最快频率是 秒，最慢是2秒闪一次。计算如下：改变可变电阻RP1可改变震荡周期，从而改变了发光二极管的闪亮速度，本设计中采用一个10K电阻,一个100K可变电阻器和一个1vF的电解电容，由此可计算出NE555集成电路输出方波频率，计算如下： NE555集成电路输出方波频率=（10K+2*100K)*1vF =0.21 (S)7 总结在此次模拟电子技术课程设计当中通过阅读设计任务和指标要求，明确自己的设计任务。并根据已经学过的理论知识，进行原理设计，方案调试，安装修正等逐步深入，逐步求精，每一个环节都要求我独立查阅相关资料，复习课本来完成。再次，设计过程中，通过查阅相关书籍，上网搜索相关资料，拓展了自己的知识范围。并培养了自己独立解决问题的能力。最后，培养了自己严谨认真，实事求是的好习惯。一个复杂的电路原理图，涉及到很多的接线与元器件，任何一根线连接错误，都有可能导致输出不正确。连线的时候，要特别注意结点。每完成一个电路原理图，要记着保存。参数的择要准确。板块的布局要紧凑美观等等。所有的这些，都是我在课堂上学不到的。通过对细节的修正，使自己设计的电路图更加符合实际的功能要求。这次模拟电子课程设计提高了我的动手能力，独立思考并解决问题的能力，创新能力。通过这次实验，加深了我对所学知识的理解。并建立了做一个综合实验的思路。在以后的学习过程中，除了要认真学习理论知识，还要把理论和实践有机的结合起来，促进自己综合能力的提升。 我个人认为下面两点非常重要：第一，掌握一些思考的方法，对待问题比较严谨。解决一个问题，应该选用正确的方法，否则将会很难甚至无法解决一个问题。对于同一问题的不同解法，尤其要注意方法的适用范围，在合适的范围内使用。在分析一些比较复杂的问题时，要学会站在更高的层次看待问题，要学会模块化地分析问题而不局限于其中的每个元件。第二，对一些工程思想有了初步的认识。俗话说：人无完人。当然作为每个具体的电路，在具有优点的同时肯定具有缺点的。我们分析问题的时候，不能一味地钻牛角尖，幻想找到一个能够十全十美解决问题的方法。很多时候，我们可以根据实际的要求，作一些合理的近似。先主要考虑最主要因素的影响，而忽略一些次要因素的影响，然后再在主要因素主导的方向下，结合实际的要求考虑其他次要因素。这样做往往能很大程度上简化问题，但又不会产生很大的误差。最后，自己更加深刻体会到了守时的重要性。不仅加强了我们动手、思考和解决问题的能力，同时也加深了我们对理论知识的掌握。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，