时钟和跑马灯电路课设

1、电子课程设计题目： 时钟和跑马灯电路 学院： 计算机科学与技术 专业： 学号： 姓名： 指导： 前言 当今的社会是一个新技术层出不穷的时代，科技迅速发展，在电子领域的发展更是迅速，同时也在影响着我们的生活。随着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。例如：在人流拥挤繁忙的交通路段，闪烁着的流水交通灯，提醒着我们要遵纪交通规则，在霓虹闪烁的繁华大街上，闪烁的流水灯无不吸引过路人的眼球，甚至在一些大型商场大厦的自动门上都装有自动流水灯，告诉人们的时间和日期。通常的流水灯是应用单片机设计的，而单片机的设计成本较高，对编程的要求也比较高，由于我们学习了数字电路，所以采用了小型集成电

2、路设计流水灯。 摘要：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LED灯的流向、间歇等，LED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振荡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。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，电路的组成包括2个电容、10个电阻器和1个CD4017计时器及1个NE555

3、定时器等元器件构成。目录一NE555和CD4017跑马灯设计.41. 设计思路.4 2. 电路原理图及电路原理.42.1电路图.42.2电路原理.4二主要元器件原理及相关计算.5 1.材料清单.5 2.NE555的功能原理.6 3.CD4017的功能原理.11 三焊接与调试.171.焊接质量标准.172.不良焊接现象的判别.193.调试.21四注意事项.21五小结.22六参考文献.22一NE555和CD4017跑马灯设计1设计思路 控制电路输出电路电源如上图所示，跑马灯电路控制电路和输出电路组成，插上电源后便可实现几只灯循环，亮着的跑马灯。2电路原理图及电路原理 2.1.电路图如（图1-1）图

4、1-1 2.2电路原理由555时钟电路产生的方波信号，输入到10位计数（CD4017），分频计数器产生输出信号输出到发光二极管Q0Q9上，Q0Q9循环一次点亮。二主要元器件原理及相关计算1.材料清单元器件数量 电路板11F10.01F1集成芯片NE5551集成芯片CD40171 2.2电阻1270电阻847K可调电阻1二极管 IN41488发光二极管85V电池1 2.NE555的功能原理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

5、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冲信号。a. NE555的特点有：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.

6、它的操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，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。5.静态电流 最大值 VCC = 5 V, RL = =6mA VCC =15 V, RL = =15mA b. NE555引脚位功能配置说明下：图2-1图2-1NE555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 V

7、CC，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

8、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3-6 mA输出电225mA (max)上升/下时间100 nsNE555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)。 图2-2图2-3

9、NE555时基电路封装形式有两种，一是DIP双列直插8脚封装，另一种是SOP-8小型（SMD）封装形式。其他HA17555、LM555、CA555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。NE555属于CMOS工艺制造，下面我们将对其进行介绍。 图2-2是NE555的外形图，图2-3是它的内部功能原理框图。NE555的内部中心电路是三极管Q15和Q17加正反馈组成的RS触发器。输入控制端有直接复位Reset端，通过比较器A1，复位控制端的TH、比较器A2置位控制的T。输出端为F，另外还有集电极开路的放电管DIS。它们控制的优先权是R、T、TH。NE555的封装形式图2-4电源电压允许

10、功耗工作温度工作温度最高结温+ 18V 600mW-10+70 军用-55+125-65+150300 表1 NE555的极限参数表1是NE555的极限参数，不同的封装形式及不同的生产厂商的器件这些参数不尽相同，极限参数是指在不损坏器件的情况下，厂商保证的界限，并非可以工作的条件，如果超过某一环境下使用，其间的安全性将不会得到保证，这使用中应加以注意。 利用NE555可以组成相当多的应用电路，甚至多达数百种应用电路，在各类书刊中均有介绍，例如家用电器控制装置、门铃、报警器、信号发生器、电路检测仪器、元器件测量仪、定时器、压频转换电路、电源应用电路、自动控制装置及其它应用电路都有着广泛的应用，这

11、是因为NE555巧妙地将模拟电路和数字电路结合在一起的缘故。 3.CD4017的功能原理CD4017是5位Johnson计数器，具有10个译码输出端，CP，CR，INH输入端，时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。其引脚排列如下 引出端功能符号 ：进位脉冲输出 CP：时钟输入端 CR：清除端 （CR接低电位时，开始计数。 接高电位时Q0=1， =1。Q1Q9为0.）：禁止端 Q0-Q9 计数脉冲输出端 R VDD：正电源 GND：地 CD40171C 内部逻辑电路原理图如图2-5 所示。它是由十进制计数器电路和时序译码电路两部分组成。其中的 D 触发器

12、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。约翰逊计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，计数器最后级的端连接到第一级的 D1 端。这种计数器具有编码可靠，工作速度快、译码简单，只需由二输入端的与门即可译码，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。 约翰逊计数器状态如表1所示。当加上清零脉冲后，Q1Q5 均“0”，由于 Q1 的数据输入端 D1

13、是 Q5 输出的反码，因此, 输入第1个时钟脉冲后，Q1 即为“ l ”，这时 Q2 - Q5 均依次进行移位输出，Ql 的输出移至 Q2，Q2的输出移至Q3。如果继续输入脉冲，则 Q1 为新的 Q5，Q2Q5 仍然依次移位输出，这样就得到了图2-6的波形图2-5CPQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9110000000001201000000001300100000001400010000001500000100000600000010000700000001000800000000100900000000010 表2CD4017计时状态 图2-6由五级计数单元组成的约翰逊计数器，其输出

14、端可以有 32 种组合状态，而构成十进制计数器只需 10 种计数状态，因此，当电路接通电源之后，有可能进入我们所不需要的 22 种伪码状态 。为了使电路能迅速进入表2所列状态，就在第三级计数单元的数据输入端上加接了两级组合逻辑门，使 Q2 不直接连接 D3，而使 D3 由下列关系决定：D3Q2(Ql+Q3)这样做，当电源接通后，不管计数单元出现哪种随机组合，最多经过 8 个时钟脉冲输入之后 ，都会自动进入表2所列状态。CD4017 有 3 个输入端：复位清除端CR，当在 CR 端加高电平或正脉冲时，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

15、 CP 和，其中 CP 端用于上升沿计数， 端用于下降沿计数，这两个输入端的内部逻辑电路如下图所示。由图4见，CP 和还有互锁的关系，即利用 CP 计数时，端要接低电平：利用计数时，CP端要接高电平。反之则形成互锁。表3 CD4017清零、禁止功能CRQ0Q1Q900计数110101禁止在“CR” 端加上高电平或正脉冲时，计数器中各计数单元 F1 F5 均被置零，计数器为“00000 ”状态。（见表2）CD4017 有 10 个译码输出端 Q0 Q9，它仍随时钟脉冲的输入而依次出现高电平，见图 2-6。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，所

16、以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 Yo Y9 这十个输出端，计满十个数后计数器复零，同时输出1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。三焊接与调试 1.焊接质量标准 (1)焊点表面：光滑，色泽柔和，没有砂眼，气孔、毛剌等缺陷(2)焊料轮廓：印制电路板焊盘与引脚间应呈弯月面，润湿角 1545 (3)焊点间：无桥接、拉丝等短路现象（4)焊料内部：金属没有疏松现象，焊料与焊件接触界面上形成310的金属间化合物 良好焊点的形貌（5）表面安装良好焊点的特殊要求2.不良焊接现象的判别3.调试调试的方法：一将待调试电板按正负极接好，要求使用+5V直流电源，负极接地；二接通电源开关，观察二极管是否正常工作和符合设计要求。若不正常，检查练练，正负极是否接反，连接是否良好。调试结束，关闭电源四、注意事项1.注意集成块、二极管的插装位置，电阻阻值的识别和各元件的正负极。注意线的连接位置要正确，且精简。往往好的排线方式可以大大的简化电路板，使其更美观！2.整个电路焊接完成后便可插入集成块进行测试，焊接时应谨慎小心，由于此电路焊点多且密，注