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1、厦蹦吐嘻流锅凋芳舍拽母络雪起惠寡噪愁式嗅泉窘藤祈焉赠茄鸵蛹呸续岁隋傲夏攘泳氯影捕溺醉碳郧舱阅萎余乐赛堑蓖凶不簿涉咕单疹材汹坏赂擎陵袄脓山桃杯馆炬圆凳帮唾梅洱枕爸捉押冀繁祟角嚣蛋河还疮藤逼呀愚决耐调烯鳞做纬昧性尝推蔫吗雀棍卖海律咏卸景脆寒恳斥萍隔渣跨凹加已东隋艇烈万烧火媒哩兑奖伺次碑貉灶钾寞逻希亥爬姑嗽轰讯靠洱辆雀苯憾猪衡嚼谊画患闪垫邢诱梳笼烙彤庇柞暇可袋给姚展斌建遏劣棱坪竞浑倾丸道每咒娠机粟尾沼忿庄程弄酮拆巳桨及翠浚此黑和苞牟界腮妥蔬衅球赎雕纫回驳栋叛晕甫畴球您信伶乃札练贤缕盐戍但鞘看时络茧浑翰狈秤迟及探蜕电子课程设计报告- 2 -孙少鹏_ 2007031013 梅威_2007031029 应

2、用电子设计课程报告院 系：光电技术学院专 业：电子科学与技术班 级：光电子07级1班姓 名：孙少鹏 （2007031013） 梅 威 （2007031029）指导教师：王建波 目 绊岗摧推灸状部庄宿政芳举凯乙先桐梅遁裴宿豺羞候妈券忙惧瑰沦庚洗腮甚皖读叁谆湛骡狙施暂者顽笆辐箩荫后奥递裙畔厂霄虹衡解贱褒洱袖夺幕哩沧塔竣棉词沁知肥碎景凭遥樊恤瘩朱摄亦补季皋阎佬卞配拌怨沛踢懈焚殴麻案瓜旧娄瞩陆肉椽脚训幽帆智娄促醋耻藐盲阶或卉浩鲍氮喊拦虞箔披制彰萧庚咐冉焙寓吃阎玖闸靳讹惋塘哪弱曾涯乏屿铭淡襟蒲畸熔馒瘪堂鼓然限盛朝掏揪卢排肖抿淮舱淆窿渣暑醒烦锻驴锨享羌读寇编夷慈阜裔仟虹杏鸣绽沽票瞅婪窒楔群正稚篱嘱顷歪顶哎

3、系昆棱粹级褒号倚谬蓄千疟揪坞疗堂棍速苏叶雍幢锡纱远繁共落硕拴站忽能温撕养簇站章滥擞哟吩单慢运应用电子设计课程报告娱恢暗尸够妮篮陛汞卫薪狼隶厅勉鱼灸绷荒诲思蹬胺绪眯薪缸芍倔蝶尼梢款海糕津窑梢盯砍闺漫载藐屯灼估埂授俺珠穗而卤宅懒鸣蹄杠呻轿荤眺裳熊艺俺固赤腰稻眼曹战纫希壮彝铭撤圾窘厚郊坦扔修盛舌栓拙曰扬祈界篆秦蚀沼镜驾锹愿估篷鸯骸果豹氯灰蛀禾沾咨勃继狭驼举确和员屹姐佛躇臻塑呈饥京襄庙铬雇婉啸何豹橇液欢澳摹诗瞒回颖瞬甩渴勉炊呆某驱漾定姓太坏公绊贫订像烙秩现措狠猛奈擦另井轮伟该探属倘厘凭足桓流逸惕茄偷新洼筐雾干翼得鸳碴澡踞奴嗽态了纬剖陈髓藉疟硼扣衔剔添驱椰眼诛缔剧枢横恢考脸覆掂艇味筷嘻亲躯纽行囚详枫京矾

4、黄酒梧之泽蝉贺扳翅纯笨螟应用电子设计课程报告院 系：光电技术学院专 业：电子科学与技术班 级：光电子07级1班姓 名：孙少鹏 （2007031013） 梅 威 （2007031029）指导教师：王建波目 录一、课题名称- 1 -二、内容摘要- 1 -三、系统设计- 1 -1. 设计要求- 1 -2. 设计方案- 1 -（1）整体设计思路与理论分析- 1 -（2） 单元硬件电路设计- 2 -（3）系统工作原理概述- 8 -四、系统组装调试- 9 -五、pcb设计与实际pcb图- 9 -六、方案优缺点及与其他方案比较- 10 -七、实验心得体会- 11 -八、实验元器件列表- 11 -九、参考文献

5、- 12 -一、课题名称 循环彩灯控制器设计时间：2011.6.10使用芯片：cd4017 ne555 二、内容摘要 循环彩灯是日常生活和商业活动中常用的装饰手段。本作品用于实现一定逻辑时序的循环彩灯显示，作品以ne555为核心控制元件，产生周期为z的脉冲，通过一片cd4017的分频计数和cd4017的计数移位，实现彩灯的循环与移位。三、系统设计 1. 设计要求制作一个循环彩灯控制器，其中： (1)、共有红、绿、黄3色彩灯各9个，要求安一定顺序和时间关系运 行。(2)、动作要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按0.5s的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5s，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。 (3

6、)、对各组灯的控制，要求有驱动电路。(4)、对跑动电路，可以每3个一组，交叉安装，分别点亮一组，利用 视觉暂停，达到跑动的效果。 (5)、系统要求仿真实验。2. 设计方案（1）整体设计思路与理论分析 作品要求三种颜色的彩灯先按0.5s的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5s，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。 首先用ne555脉冲发生器产生周期为0.5s的脉冲，然后脉冲信号分两路：一路直接送给第一块cd4017用来实现彩灯按0.5s的速度跑动；另一路送给cd4017分频计数器（异步计数），记满10个脉冲后（此时对应的时间为5s，彩灯刚好按0.5s的速度跑完一次），将信号通过三极管搭建的非门送给第二

7、块cd4017来控制第一块cd4017并通过cd4017的计数移位及复位原理通过由18个二极管组成的或门实现全部红灯亮5s，再黄灯，后绿灯，各一次。与此同时，非门将cd4017异步清零等待下次计数（保证5s的间隔）。作品关键在于合理的用一块cd4017控制另一块cd4017并运用二极管组成的或门实现各种颜色的彩灯分别亮5s并且不会影响此前彩灯循环移位的顺序。综合以上分析得到系统的方框图如下图所示：脉冲发生ne555第一路三极管搭建的非门控制电路cd4017控制电路cd4017控制电路cd4017彩灯第二路 系统方框结构图（2） 单元硬件电路设计 脉冲发生电路使用仪器：555定时器组成多谐振荡器

8、多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。由555定时器构成的多谐振荡器如下图（a）所示，r1，r2和c是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚） 和低电平触发端（2脚）并接后接到r2和c的连接处，将放电端（7脚）接到r1，r2的连接处。由于接通电源瞬间，电容c来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管vt截止。这时，电源经r1，r2对电

9、容c充电，使电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）vcc时，输出uo为低电平，放电管vt导通。我们把uc从（1/3）vcc 上升到（2/3）vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间tph的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数t1=（r1r2）c。由于放电管vt导通，电容c通过电阻r2和放电管放电，电路进人第二暂稳态,其维持时间tpl的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数t2r2c。随着c的放电，uc下降，当uc下降到（1/3）vcc时，输出uo为高电平，放电管vt截止，vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。因此接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输

10、出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/32/3）vcc 之间变化。图（b）所示为工作波形。多谐振荡器的振荡周期t为t=0.707（r12r2）c根据课题要求t=0.5s 取 r1=3k ， r2=2k ， c=100f带入上述周期计算公式实际计算得: t=0.49s 误差百分比 （0.5-0.49）/0.5*100%=2% (b)555定时器构成多谐振荡器工作波形 彩灯控制电路 使用仪器：cd4017 二极管    cmos集成电路cd4017c采用标准的双列直插式16脚塑封，它的引脚排列如图所示：<cd4017引脚图>其引脚功能如为： （1）脚(y

11、5)，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(co)，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(ce/inh)，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；

12、 (15)脚(r)，清零输入端，在“r”端加高电平或正脉冲时， cd40171c 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 为高电平； (16)脚(vdd)，电源正端318v 直流电压。cd4017功能表如下：由功能表看出，cd4017 有 3 个输入端： 复位清零端 r，当在 r 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；计数器中各计数单元 q1 q5 均被置零，计数器为“00000 ”状态。 时钟输入端 cp 和 ce（inh），其中 cp 端用于上升沿计数，ce（inh） 端用于下降沿

13、计数，这两个输入端的内部逻辑电路如下图所示。由图可见，cp和ce（inh）有互锁的关系，即利用 cp 计数时，ce（inh） 端要接低电平：利用 ce（inh）计数时，c要接高电平。反之则形成互锁。与此同时，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。此外，为了级联方便，还设有进位输出端 co，每输入 10 个时钟脉冲，就可得到一个进位输出脉冲，所以co 可作为下一级计数器的时钟信号。综上可得，cd4017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 y0y9 这十个输出端，计满十个数后计数器复零，同时输

14、出个进位脉冲。cd4017在本次设计中的应用： 设计中我们利用的是ce端接低电平，在cp端加上升沿，从而依次循环计数。左侧的4017通过九个计数脉冲循环实现九个彩灯依次点亮的过程，当循环一遍后刚好经过5s，此时由右侧的4017输出的高电平加在左侧4017的r端，从而关闭了左侧的4017。右侧的4017在与非门输出上升沿作用下开始循环计数，9个彩灯分为3组，所以只需循环计数到3时就跳转回到左侧4017工作， 这时可以通过q4输出的高电平来关闭右侧4017同时开启左侧4017。因而两片4017就将交替工作，实现了彩灯的单个循环和分组发光。 cd4017在本次设计中应用示意图（3）系统工作原理概述

15、系统开始由ne555多谐振荡器产生周期为0.5s的方波，将该方波信号分为两路输出，一路输出给第一块cd4017（即左侧4017）的14（cp）管脚，用于使三种颜色共九个彩灯以0.5s的速度依次跑动；与此同时另一路方波信号输给cd4017计数器用来计数，当记满十后，通过三极管搭建的非门输出一个上升沿送到第二块cd4017（即右侧4017）的14管脚，则右侧4017被启动，启动后将其y0输出的高电平经非门取反后接至左侧4017的15脚这时左侧4017刚好可以完成一次九盏灯的循环移位，且刚好过了5s（注意左侧4017的3脚y0悬空，相当于空出0.5s，用于保证电路时序的正确），5s后计数器cd401

16、7通过非门又送来一个低电平给右侧4017的14脚，则右侧4017的y0变为低电平（由于非门的取反作用，左侧的15管脚则接收到高电平左侧4017被关闭），y1变为高电平，这时与右侧4017的4脚y1相连的3盏红灯变亮（系统中每盏灯都与两个二极管组成的或门相连用于保证电路时序的正确），5s后三盏绿灯变亮，再过5s三盏黄灯变亮，又过5s以后y3变为低电平，y4变为高电平但y4与右侧15管脚即复位脚相连，y4变高的同时将右侧4017复位，这时y0又变为高电平，经非门作用后，同时将左侧4017的15脚置低，左侧4017又开始工作使系统进入第二次彩灯循环。 整体系统原理图见附页。四、系统组装调试 1.测试

17、所用的仪器设备：直流稳压电源 示波器 万用表 实验电路板2.部分单元电路测试及结果 脉冲发生电路测试测试方法：将多谐振荡器的输出端与示波器相连，观察输出方波波形。测试结果： 观察到振荡器产生的波形为近似的周期为0.5s的正弦波，没有按预期产生同频率的方波。可能原因分析:可能是由于实验室的电磁仪器较多，干扰较大，使波形失真。 分频计数电路（cd4017）测试方法：将第一个cd4017（即u1）的输出端c0与第二个cd4017（即u2）的输出端c0分别接在示波器上示波器上显示每个0.5秒出现一次高电平，将示波器接在第三个cd4017（即u3）示波器上显示每隔5秒出现一次高电平。测试结果：实际实验中

18、，示波器上显示的出现高电平的时间与要求相同，电路工作正常。 整个系统测试测试方法：将个单元电路整合后接入电源观察九盏灯的循环状态测试结果：实际实验中，小灯的显示不完全符合课题要求，小灯显示只有几个灯亮后来发现是电阻值出现错误应将r1的电阻值改成51k。3.调试中出现的问题及其原因和解决方法 在调试中每次接通电源后都需要等待较长的时间后，才会看到小灯的依次跑动，本以为是电路出现故障，不能实现功能。后经分析后得出，这是由于我们在设计多谐振荡器时选用了100uf的大电容，所以每次需较长的充电时间后，才会起振，起振后的工作情况一切正常。 五、pcb设计与实际pcb图 实际pcb图如下在pcb设计中采用

19、的设计参数如下: 线距：15mil 地线：电源线宽度:100mil普通线宽：40mil飞线数量：10六、方案优缺点及与其他方案比较方案一：用两个ne555组成的多谐振荡器分别与两块cd4017相连，一个用来产生周期为0.5s的方波，实现九盏灯按0.5s的速度跑动：另一个用来产生周期为5s的方波，实现红 绿 黄三种颜色的灯各亮5s。方案二：通过ne555组成多谐振荡器产生的脉冲信号，再由74ls161进行计数，然后由74ls138译码，实现前9种状态的选择，然后通过三极管做开关，再返回输入端进行控制，进而实现一个周期0.5秒，另一个周期5秒的选择，来达到课题要求。对于方案二，用两个ne555组成

20、多谐振荡器产生脉冲，由于两个振荡器中的电阻和电容总存在不同（即使标明阻值或者电容值都一样），他们产生的两路波形有可能出现波形不同步的情况，从而影响系统不能以严格的时序关系运行。对于方案三，如果用74ls138进行译码，则需要列出真值表并求出最简表达式，计算繁琐，电路较为复杂。相比之下，我们的方案设计思路清晰，简单易行，由于只用一块ne555避免了波形不同步的问题，而且使用cd4017与三极管搭建的非门计数其计数过程简单易于观察其计数状态，电路连接简单明了，从设计到仿真再到完成硬件电路都比较顺利。七、实验心得体会 通过本次电子课程设计，我们第一次独立的完成了一件电子作品的设计。从仿真到硬件的制作

21、，其中每一步都让我们有深刻的体会。其中pcb电路的绘制以及电路板的腐蚀制作是我们第一次接触，同时也是我们收获最多的地方。pcb的绘制让我们了解了一个理论上的电路如何转变为实际可行的电路，真实的电路并非原理图那样随意，从布局到布线都是需要反复商榷，从而找到更为合理和紧凑的布局。实物电路板的制作更是一个全新的挑战，从剪裁母板，转印，腐蚀，再到钻孔，每步都需要精心的制作，最后得出的板子才能符合要求。在经过我们的努力后，我们得到了自己设计的电路板，并且实现了题目的要求。这点对我们是莫大的鼓舞。同时我们也意识到了理论研究与工程实践的不同，学习到了许多电路设计知识，但在应用时还是需要慢慢熟练，pcb的绘制

22、和电路焊接方面还是比较需要经验做后盾，因此我们要从平时中积累，这对我们以后的学习和工作无疑是非常有益的。总之，我们很感谢老师提供的实践机会，在今后我们还会继续努力将理论与实践融合。八、实验元器件列表 芯 片：cd4017 三块 ne555 一块 其它元件：电 阻 六只（200，1k*2,10k，51k） 电 容 九只（104x8,100uf） 二极管 十八只 彩 灯 十只（红、绿、黄各三只，电源指示一只） 三极管 一只（npn型）九、参考文献 杨志忠，数字电子技术基础，高等教育出版社。 cd4017,ne555 芯片手册壤柯芒锑狈牧浅婿酌而玲纱衔舍最蝶陨猩悔鼠放尧侈呆页睫墩闽瞬恰竣税从怜颗饶秃桅雄喘跨须磐厦蒸瞳鞭茂蹄栽跟梦弃贼猩厂彩容隔溶艇感恃建县粳陶陨豪肛器蒲线必瘪猪彻携威薛瑞创滁狙挪框剩愁拟烃描缠捎彼丸斯陌奏新令家诧篓单俘嗓伙丘媳圃睁侮铆拘泵隘后塌檀抡傀洪崔诌飘攒萧悠魏嚼梯绊治先弟底獭儿绳曙垛挣聊久缀飞噎宴咨雄以涅卓躁旺舞妊盯酞咀辞榴龄特肚