六回路闪灯的设计与实现

1、 2012-2013 学年学年 第第 二二 学期学期 数字电子技术数字电子技术 课课 程程 设设 计计 报报 告告题题 目：目： 六路回闪灯的设计与实现六路回闪灯的设计与实现 专专 业：业： 1111 电子信息工程电子信息工程 班班 级：级： 1111 电信电信 1 1 班班 姓姓 名：名： 鲍家明鲍家明 、曹、曹 凯、常凯、常 贤、陈贤、陈 文、董彬彬文、董彬彬 杜世民、冯传信、杜世民、冯传信、 高文韬、葛自立高文韬、葛自立 指导教师：指导教师： 周旭胜周旭胜 电气工程系2013 年 6 月 2 日 1课题名称课题名称六路回闪灯的设计与实现六路回闪灯的设计与实现指导教师（职称）指导教师（职称

2、） 执行时间执行时间2012 2013 学年第二学期学年第二学期 第第 14 周周学生姓名学生姓名学号学号承担任务承担任务鲍家明1109121001555 定时器组成多谐振荡器的设计曹凯1109121002555 定时器组成多谐振荡器的设计常贤1109121003555 定时器组成多谐振荡器的设计陈文1109121004CD4017 的设计董彬彬1109121006CD4017 的设计杜世民1109121007多谐振荡器与 CD4017 的连接设计冯传信1109121008多谐振荡器与 CD4017 的连接设计高文韬1109121009多谐振荡器与 CD4017 的连接设计葛自立1109121

3、010应用仿真软件实现六路回转灯依次点亮设计目的设计目的通过本设计熟悉中规模集成电路进行时序电路和组合电路设计的方法，掌握彩灯循环控制器的设计方法。 设计要求设计要求多谐振荡器由 555 定时器构成、由多谐振荡器和 CD4017 来实现六路回闪灯的功能、由仿真软件来实现六路回闪灯的功能。2六路回闪灯的设计与实现六路回闪灯的设计与实现摘摘 要要随着电子技术的快速发展尤其是数字技术的突飞猛进，多功能流水灯凭着简易，高效，稳定等特点得到普遍的应用。在各种娱乐场所、店铺门面装饰、家居装潢、城市墙壁更是随处可见，与此同时，还有一些城市采用不同的流水灯打造属于自己的城市文明，塑造自己的城市魅力。目前，多功

4、能流水灯的种类已有数十种，如家居装饰灯、店铺招牌灯等等。所以，多功能流水灯的设计具有相当的代表性。本文主要进行六路回闪灯的设计并按要求让六路回闪灯依次闪亮，六路回闪灯主要是由多谐振荡器和 CD4017 组成，多谐振荡器是由 555 定时器构成，在仿真软件上连接好多谐振荡器和 CD4017 并进行仿真，六路回闪灯依次闪亮即设计成功。关键词关键词：六个发光管；依次点亮；反方向依次点亮；CD4017 ；555 定时器；L E D red 灯。3目录目录第一章第一章 概述概述4 41.1 课程设计的意义41.2 设计任务41.3 设计目的41.4 课程思路4第二章第二章 仿真软件仿真软件 MUTLIS

5、IMMUTLISIM 简介及使用简介及使用 5 52.1MUTLISIM的简介52.2MUTLISIM的操作界面5第三章第三章 多谐振荡器多谐振荡器6 63.1.555 定时器的功能及构成63.2.多谐振荡器的软件仿真7第四章第四章. .六路回闪灯的设计六路回闪灯的设计9 94.1.CD4017 的功能94.2CD4017 与多谐振荡器连接后的仿真124.3 六路回闪灯的设计思路144.4 六回路电路的仿真14第五章第五章. .总结总结 1616参考文献参考文献17174第一章第一章 概述概述1.1 课程设计的意义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

6、际，在老师的指导下完成大纲规定的实验任务。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。1.2 设计任务LED 灯能够依次循环点亮。1.3 设计目的通过本设计熟悉中规模集成电路进行时序电路和组合电路设计的方法，掌握彩灯循环控制器的设计方法。1.4 课程思路此电路主要由三部分组成，其整体框图如

7、图所示。振荡电路 计数译码驱动电路 显示电路5第二章第二章 仿真软件仿真软件 Mutlisim 简介及使用简介及使用 2.1Mutlisim 的简介Multisim 是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以 Windows 为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。2.2Mutlisim 的操作界面Multisim 是 Interactive Image Technologies (Electronics Workbench）公司推出的以Windows 为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的

8、设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。为适应不同的应用场合，Multisim 推出了许多版本，用户可以根据自己的需要加以选择。在本书中将以教育版为演示软件，结合教学的实际需要，简要地介绍该软件的概况和使用方法，并给出几个应用实例。软件以图形界面为主，采用菜单、工具栏和热键相结合的方式，具有一般 Windows应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟悉程度自如使用。启动 Multisim 2001 后，将出现如下图所示的界面，界面由多个区域构成：菜单栏，各种工具栏，电路输入窗口，状态条，列表框等。通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编

9、辑，并根据需要对电路进行相应的观测和分析。用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。菜单栏位于界面的上方，通过菜单可以对 Multisim 的所有功能进行操作不难看出菜单中有一些与大多数 Windows 平台上的应用软件一致的功能选项，如File，Edit，View，Options，Help。此外，还有一些 EDA 软件专用的选项，如Place，Simulation，Transfer 以及 Tool 等，启动 Multisim 会出现如下图 2-1 界面图 2-1Multisim 启动界面6第三章第三章 多谐振荡器多谐振荡器3.1.555 定时器的功能及构成555集成时基电路称为集成定时器

10、，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，其应用十分广泛。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。它的内部电压标准使用了三个5K 的电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和 CMOS 型两大类，两者的工作原理和结构相似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的 CMOS 产品型号最后四位数码都是7555或7556，两者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555和7555是单定时器，556和7556是双定时器。双极型的电压是+5V+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS 型的

11、电源电压是+3V +18V。图3-1 555时基电路的结构和引脚图555电路的内部电路方框图如图1所示。它含有两个电压比较器，一个基本 RS 触发器，一个放电开关 T，比较器的参考电压由三只5K 的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器 A1同相比较端和低电平比较器 A2的反相输入端的参考电平为2/3Vcc 和1/3Vcc。A1和 A2的输出端控制 RS 触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过2/3Vcc 时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3Vcc 时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。是复位端，

12、当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接 VCC。DRVc 是控制电压端（5脚） ，平时输出2/3Vcc 作为比较器 A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uf 的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T 为放电管，当 T 导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。555构成多谐振荡器如下图所示，由555定时器和外接元件 R1、R2、C 构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过 R1、R2向 C 充电，

13、以及 C 通过 R2向放电端 Dc 放电，使电路产生振荡。电容 C 在2/3Vcc 和1/3Vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如图3所示。7 555构成多谐振荡器 多谐振荡器的波形图输出信号的时间参数是： 图3-2 图3-3 T=Tw1+Tw2Tw1=0.7（R1+R2）CTw2=0.7R2C其中，Tw1为 VC由1/3Vcc 上升到2/3Vcc 所需的时间，Tw2为电容 C 放电所需的时间。555电路要求 R1与 R2均应不小于1K，但两者之和应不大于3.3M。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较

14、强的功率输出能力。3.2.多谐振荡器的软件仿真 在 Multisim 仿真环境下对多谐振荡器进行仿真，在多谐振荡器输出端连接一个示波器与示波器 A 端口连接 G 端口接地，双击示波器会显示出如下图 3-4，执行 Multisim 右上方的的开始仿真按钮并得到仿真结果如下图 3-5 图 3-48图 3-59第四章第四章. .六路回闪灯的设计六路回闪灯的设计 4.1.CD4017 的功能CD4017：十进制计数器/脉冲分配器: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

15、无限制。INH 为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。CR 为高电平时，计数器清零。Johnson 计数器，提供了快速操作、2 输入译码选通和无毛刺译码输出。防锁选通，保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。在每 10 个时钟输入周期 CO 信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。CD4017 提供了 16 引线多层陶瓷双列直插(D)、熔封陶瓷双列直插(J)、塑料双列直插(P)和陶瓷片状载体(C)4 种封装形式。工作条件为：电源电压范围：3V-15VCD4017 波形图 4-1 输入电压范围：0V-VDD工作温度范围M 类：55-

16、125E 类：40-85极限值电源电压为：-0.5V-18V10CD4017 逻辑图图 4-2输入电压：-0.5V-VDD 十 0.5V输入电流：10mA贮存温度：-65-150引出端功能符号CO：进位脉冲输出11CD4017 引脚图图 4-3CP：时钟输入端CR：清除端INH：禁止端Q0-Q9 计数脉冲输出端VDD：正电源VSS：地表表 4-1输入输出CPINHCR-0Q9QCOxxH0QLLHL计数LxLxHLxLxL保持计数脉冲为-时0Q4QCO=H计数脉冲为-时5Q9QCO=L12计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。在此电路中采用十进制计数/分频器 4017，它是一种用途

17、非常广泛的电路。其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是 O0、O1、O2.O9 依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。4017 有 3 个输入端（MR、CP0 和CP1） ，MR 为清零端，当在 MR 端上加高电平或正脉冲时，其输出 O0 为高电平，其余输出端（O1-O9）均为低电平。CP0 和CP1 是 2 个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由 CP0 端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CP1 端输入。设置 2 个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。4017 有 10 个输出端（O0O9）和 1 个进位输出端O5-9。

18、每输入 10 个计数脉冲，O5-9 就可得到 1 个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。由此可见，当 4017 有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。4017 的管脚仿真图如图 4-4 所示。其测试电路及波形如图 4-5 和图 4-6 所示。注意在用 multisim 仿真软件时，含有 CMOS 时，电源作 VDD。CD4017 的引脚图图 4-44.2CD4017 与多谐振荡器连接后的仿真将 CD4017 与多谐振荡器输出端相连接并将 CD4017 各输出端分别与逻辑分析仪端口连接双击逻辑分析仪适当的修改参数并观察现象连接好电路图如下1

19、3CD4017 逻辑功能测试图图 4-5CD4017 逻辑功能波形图图 4-6144.3 六路回闪灯的设计思路使用 CD4017 实现六路回闪灯，由 CD4017 输出波形可知第一个脉冲经过十次循环再次返回，由于是六回路所以还剩余四个输出端未连接，为使 LED 闪灯能够反方向一次点亮续利用剩余四个输出端使用或非门亦可实现。电路图如下图 4-7六路回闪灯的电路图图 4-74.4 六回路电路的仿真仿真结果如图 LED1 到 LED6 依次点亮再反方向依次点亮其仿真结果如下图 4-8 和图4-915六回路电路图的仿真图 4-8六回路电路图的仿真图 4-916第五章第五章. .总结总结通过这次课程设计

20、，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和芯片上的选择。这个方案使用了 4017 丶555 定时器丶 LEDred 灯丶电阻丶电感丶电容电源等在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些