电子专业课程设计多功能流水灯

1、 课程设计说明书课程设计名称： 电子专业课程设计 课程设计题目： 多功能流水灯 学 院 名 称： 科技学院 专业： 电子信息工程 班级： 0982051 学号： 姓名： 评分： 教师： 彭嵩、张琦 20 12 年 1 月 13 日目 录摘要1前言2第一章 设计内容及要求3第二章 系统设计方案4第三章 系统的组成及工作原理6第四章 各单元电路设计及原理7第五章 实验、调试与分析10第六章 收获与体会11参考文献 12附录一 13附录二 电路原理总图及仿真16附录三 元件清单18摘 要电子技术实验是一门重要的实践性技术基础课程。开设本课程的目的在于使学生理论联系实际，在老师的指导下完成大纲规定的实

2、验任务。通过实验熟悉电工.电子技术的应用中常用的设备和电子器件，熟悉常用仪器的使用方法，掌握正确记录.处理实验数据、绘制曲线、分析实验结果的方法，从而开发学生分析问题或解决问题的能力，培养学生具有严谨的工作作风，实事求是的科学态度，刻苦钻研、勇于探索和创新的开拓精神以及遵守纪律、团结协作和爱护公物的优良品质，为今后从事专业科研工作和工程技术工作打下良好的基础。流水灯是一串按一定的规律像流水一样连续闪亮。流水灯控制是可编程控制器的一个应用，其控制思想在工业控制技术领域也同样适用。流水灯控制可用多种方法实现，但对现代可编程控制器而言，利用移位寄存器实现最为便利。通常用左移寄存器实现灯的单方向移动；

3、用双向移位寄存器实现灯的双向移动。要求红黄绿三种颜色的灯在时钟信号作用下按以下规律转换状态。电路启动后，要求红黄绿三种颜色的灯在脉冲作用下顺序，循环点亮。关键字：连续脉冲 多功能 正逆流水前 言随着社会的不断发展，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。流水灯简易轻巧，外貌美观，能呈现多彩的颜色。在现实生活中起到了广泛的应用。在繁忙的交通路段，伞烁着的流水交通灯，提醒着人民要遵纪交通规则，在繁忙的大街上，伞烁的流水灯无不吸引过路人的眼球，甚至在自动门上都装有自动流水灯，告诉人们的时间和日期。流水灯无处不在。所以说多功能流水灯电路的设计可以使我们进一步了解流水灯，感受流水灯给

4、我们生活带来的方便。 多功能流水灯的设计要求在预定的时间到来时，会产生一个控制信号控制彩灯的流向、间歇等，彩灯流向可以随着电路的改变而改变，并具有自控、手控、流向控制功能等。主要参考数字电路中计数器的原理。ne555定时器的作用等相关知识在设计的过程中需要了解相关芯片（cd4017、ne555）的具体功能，引脚值、引脚图、真值表。认真连接设计电路，由于最后流水灯的流向十分的清晰和稳定，所以所得的结果测试十分简洁并且很成功。 经过资料的查阅，小组的讨论，以及几种方案的比较，选定方案参考如下：整个流水灯的电路由振荡电路、译码电路和光源电路组成，振荡电路的组成包括3个电容、一个电阻器和一个继电器及n

5、e555定时器构成。译码电路的组成包括芯片cd4017。光源电路的组成包括若干电阻个若干二极管。第一章 设计内容及要求1.1设计的内容 设计具有单向流水的功能，即正向流水和逆向流水两个功能，可以通过改变电路来实现多向流水的功能，即流水灯的流向可以通过电路的改变而改变。1.2设计要求1 设计一个多功能彩灯流水控制电路。其主要部分实现定时功能，即在预定的时间到来时，将如何产生一个控制信号控制彩灯的流向、间歇等。2 通过利用中规模集成电路中可逆计数器、译码器和定时器来实现正逆流水功能，并利用组合电路实现自控、手控、流向控制等功能。第二章 系统设计方案2.1方案一本方案是从网络上找到的一电路。设计的多

6、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。脉冲发生器是由ne555与r2、r3及c3组成的多谐振荡器组成，主要为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲。流动速度可通过电位器rp进行调节。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。cd4017的cp端受脉冲发生器输出脉冲的控制，其输出端(q0q9)将输入脉冲按输入顺序依次分配。输出控制的脉冲，其输出控制脉冲的速度由脉冲发生器输出的脉冲频率决定。12个电阻与cd4017的10个输出端q0q9相连，当q0q9依次输出控制脉冲时6个发光二极管按照接通回路的顺序依次发光，形成流动发光状态，实现

7、正逆向流水的功能。电源电路采用电容降压，二极管整流和稳定管稳压的供电方式，直流工作电压由稳压管的稳压值决定。本电路所采用的电源为5v。本方案基本实现了控制彩灯的流向，通过利用中规模集成电路中可逆计数器和译码器实现正、逆流水功能等，但未达到实现自控、手控等功能。2.2：方案二如图所示，多功能流水灯主要由时钟信号发生器、可与之加减计数器、4-10线译码器和d触发器反馈控制电路组成。时钟信号发生器由ne555组成，产生信号频率为f=1/t=1/0.7(r1+r2)c，根据图示参数可知频率在1hz左右，信号频率控制彩灯的流速。时钟信号发生器产生的脉冲作为计数器cd4510的脉冲源。u1的10脚u/d端

8、为加/减计数控制端，当10脚为高电平时，u1作加法计数，当10脚为低电平时，u1作减法计数。cd4028是4-10线译码器。cd4013是d触发器，其d端与q非端相连，构成计数状态，即cp端每有一个脉冲出现，触发器的状态就改变一次。当电路接通电源时，振荡电路产生脉冲波形给计数器cd4510，u2的（6）脚为低电平，u3的（10）脚也为低电平，所以u3的（3）脚也为低电平，由d触发器的r=q*得u2的（10）为高电平，使u2作加法计数。计数器输出经过译码器后，在u3的是个输出端依次输出高电平。当计数到十个时，u3的(5)脚为高电平，接u4 d触发器的cp端，使u2的（10）从高电平变为低电平，计

9、数器作减法运算，使得u3输出端逆向依次输出高电平，当u3的（3）脚输出高电平时，又重复上述过程，从而实现流水灯的正逆自动流水功能。u2的（10）脚通过开关j2和j3分别可以和电源或地相连，当连电源时，计数器作加法运算，流水灯作正向流水；当连地时，计数器作减法运算，流水灯作逆向流水，从而实现流水灯的手动控制正或逆流水。u2的（6）脚接开关j1，当开关接地时，使（6）脚输出置0，从而实现流水灯间歇流水。2.2.1总体方案： 图2.2.4 方案二电路原理总图本方案是在通过与同组人的共同研讨分析及挑选下得到的一电路。本电路通过利用中规模集成电路中可逆计数器和译码器来实现正、逆流水功能，利用组合电路实现

10、自控、手控、流向控制等功能，基本达到设计要求。第三章 系统的组成及工作原理3.1.1系统组成 原理框图如图（1）： 振荡源 计数器 译码器 光源电路 图（1）设计框图3.2.1电路工作原理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，本次选用的脉冲发生器是由ne555与r2、r3及c3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的阻值较打，所以有较大的速度调节范围。灯光流动控制器由一个进制计数脉冲分配器和若干电阻组成。cd4013的cp端受脉冲发生器输出脉冲的控制，其输出端(q0q9)将输入脉冲按输入顺序

11、依次分配。输出控制的脉冲，其输出控制脉冲的速度由脉冲发生器输出的脉冲频率决定。12个电阻与cd4013的10个输出端q0q9相连，当q0q9依次输出控制脉冲时6个发光二极管按照接通回路的顺序依次发光，形成流动发光状态，即实现正向流水和逆向流水的功能。电源电路采用电容降压，二极管整流和稳定管稳压的供电方式，直流工作电压由稳压管的稳压值决定。本次设计电路所采用的电源为5vic1的u/d端为加/减计数控制端，当10脚为高电平时，ic1作加法计数，当10脚为低电平时，ic1作减法计数。cc4013是d触发器，其d端与q非端相连，构成计数状态，即cp端每有一个脉冲出现，触发器的状态就改变一次。第四章 各

12、单元电路设计及原理4.1.ne555时钟信号电路：时钟信号发生器由ne555组成，产生信号频率为f=1/t=1/0.7(r1+r2)c，根据图示参数可知频率在1hz左右，信号频率控制彩灯的流速。时钟信号发生器产生的脉冲作为计数器cd4510的脉冲源。 图4.1（a） ne555组成的多谐振荡器th-高电平触发端：当th端电平大于2/3v ，输出端out呈低电平，dis端导通。-低电平触发端：当端电平小于1/3v时，out端呈现高电平，dis端关断。-复位端：0，out端输出低电平，dis端导通。vc-控制电压端：vc接不同的电压值可以改变th，的触发电平值。dis-放电端：其导通或关断为rc回

13、路提供了放电或充电的通路见附录4.1.1（b）当c上升到大于vcc3时，rd=1，sd=1，基本rs触发器状态www .ddd tt. com不变，即输出端q仍为高电平，当vc上升到略大于2vcc3时，rn=0，sd=1，基本rs触发器置0，输出端q为低电平。这时www.ssbbww.comq=1，使内部放电管饱合导通。于是电容c1经r2和内部放电管放电，c按指数规律减小。当c下降略小于vcc3时，内部比较器a1输出高电平，a2输出低电平，基本rs触发器置1，输出高电平。这时www.ssbbww.com，q=0，内部放电管截止。于是c结束放电并重新开始充电。如此循环不止，输出端就得到一系列矩形

14、脉冲，如图4.1（c）所示ssbbww。4.2控制电路：控制电路部分主要是实现流水灯的手控和自控功能，主要利用计数器cd4510和双d触发器cd4013组成。4013设电路初始状态均在复位状态，q1、q2端均为低电平。在第1个fi时钟脉冲的上升沿作用下，触发器ic1、ic2均翻转。由于q2端的反馈作用使得异或门输出一个很窄的正脉冲，宽度由两级d触发器和反相门的延时决定。当第1个fi脉冲下跳时，异或门输出又立即上跳，使ic1触发器再次翻转，而ic2触发器状态不变。这样在第1个输入时钟的半个周期内促使ic1触发器的时钟脉冲端cl1有一个完整周期的输入，但在以后的一个输入时钟的作用下，由于ic2触发

15、器的q2端为高电平，ic1触发器的时钟输入跟随fi信号(反相或同相)。 图4.2 cd4013电路cd4013引脚图见附录4.2（a）,真值表cd4013附录4.2(b)4.3计数器译码电路：电路由计数器cd4510和译码器cd4028组成，实现10个彩灯的正逆流水和间歇流水功能。u1的10脚u/d端为加/减计数控制端，当10脚为高电平时，u1作加法计数，当10脚为低电平时，u1作减法计数。cd4028是4-10线译码器。cd4013是d触发器，其d端与q非端相连，构成计数状态，即cp端每有一个脉冲出现，触发器的状态就改变一次，当电路接通电源时，振荡电路产生脉冲波形给计数器cd4510，u2的

16、（6）脚为低电平，u3的（10）脚也为低电平，所以u3的（3）脚也为低电平，由d触发器的r=q*得u2的（10）为高电平，使u2作加法计数。计数器输出经过译码器后，在u3的是个输出端依次输出高电平。当计数到十个时，u3的(5)脚为高电平，接u4 d触发器的cp端，使u2的（10）从高电平变为低电平，计数器作减法运算，使得u3输出端逆向依次输出高电平，当u3的（3）脚输出高电平时，又重复上述过程，从而实现流水灯的正逆自动流水功能。 图4.3 计数器译码电路4510bd引脚图见附录4.3（a）,真值表4510bd附录4.3(b)4028bd引脚图见附录4.3（c）,真值表4510bd附录4.3(d

17、)第五章 实验、调试与分析完成课题方案设计，找好元器件，准备好实验工具，完成电路的焊接后进行测试。5.1实验测试前必须完成以下步骤：1 检查电路设计的原理图即导线的链接，并确定导线的链接与电路原理图一致。2 检查导线的链接，并检查导线是否断路，根据电路原理图，用数字万用表打到合适的档位，测试各导线对应的按点是否导通。3检查试验仪器和器材是否完好，电源5v直流电压输出正常。发光二极管全部可以正常发光，电阻和电容全部正常，电位器可以正常调节。芯片cd4017和定位器ne555工作正常。当按下电源，流水灯可以正常顺畅的流动，完成上述步骤后，接通电源，实现现象为：在电路没有改进之前，流水灯只有正向和逆

18、向的流水功能，在电路改进之后，流水灯具有正向和中间向两边的多向流水功能，进一步改进电路之后，流水灯具有多向多个同步流水功能，测试并分析： 电路连接后，试验现象均正常，在控制流水灯的正个过程中，cd4017的输出端起到至关重要的作用，用cd4017的输出端q0q9将输入脉冲按输入顺序依次分配，同过电阻将脉冲传送给发光二极管，使发光二极管发光。在控制流水灯的流向同时只要改变电阻与发光二极管的链接顺序即可，且各种发光方式可按自己需要进行具体组合。至此，多功能流水灯的设计，调试与试验成功第六章 收获与体会软件仿真因为知识不够，无法将加减计数器宇延时效果同时进行，只能用加法计数器制作延时效果，用繁琐的与

19、门或门来制作加减计数的功能。先前也有一个方法，就是用两个555计时器制造脉冲，第一个制造1比1的振荡脉冲信号，第二个制造十比一的脉冲信号。将两个脉冲输出通过与门连接到加减计数器的脉冲输入端，此方法经过和老师讨论以及上网查资料，理论上可行。但是仿真时却出现了问题，可能是仿真技术不够精确，这个简单的理论就失败了。由于触发器和锁存器的知识不够全面，没有做出自控的效果。 硬件实验对我们也尤为重要，经过一下午的努力，大致的模块已经在试验箱上连接正确，但由于各种客观原因，结果没有出来。做课程真的是很不容易的，在这三周里，我们一次又一次的告诉自己，坚持，再坚持，自己看起来原本多完美的图纸在一检查仿真下就漏洞

20、百出了。说实话，课程设计这几天学到的东西还真不少。以前不清楚的现在都暴露出来了。以前认为学了没用的课程现在也用到了。三周的课程设计已经过去了两周。 课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，电子技术已经成为当今世界空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握电子的开发技术是十分重要的。回顾起此次电子技术课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期多的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设