铜陵学院六路回闪灯的设计与实现

1、铜陵学院 2014 2015 学年 第 2 学期 六路回闪灯的设计与实现课 程 设 计 报 告题 目： 六路回闪灯的设计与实现 专 业： 通信工程 班 级： 13通信1班 姓 名： 程 涛 张 雪 铃 张 郑 敏 祖 利 张 曼 易 婷 婷 指导教师： 周 旭 胜 电气工程系2015年6月1日课题名称六路回闪灯的设计与实现指导教师（职称）周旭胜 执行时间2014 2015 学年第 2 学期 第14 周学生姓名学号承担任务程涛1312141004设计总思路及任务安排张雪铃1309131063555振荡电路设计张郑敏1309131064555振荡电路结果仿真祖利1309131065cd4017资料

2、收集张曼1309131062电路连接设计易婷婷1309131061实验结果仿真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，掌握六路回闪灯的设计方法。设计要求电路通电后，六个发光管先依次点亮，再全部熄灭，然后反方向依次点亮，完成一个循环，接着进行下一个循环。电路由555组成的多谐振荡器和CD4017十进进制计数/译码电路组成。六路回闪灯的设计与实现摘要数字电子技术的高速发展极大的改变了人民的生产与生活，今天我们做的六路回闪灯是多功能流水灯的一小类。如今，多功能流水灯凭着简易，高效，稳定等特点在日常生活中得道广泛使用。在各种娱乐活动场所、商家店铺招牌、家居设计、城市高楼上

3、更是随处可见，在21世纪，不同的城市采用不同的流水灯打造属于自己特有的城市文明，从而提升自己的城市魅力与城市影响力。目前，多功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，六路回闪灯作为流水灯中的佼佼者是具有相当的代表性的。本文主要的实验内容是电路通电后，六个发光管先依次点亮，再全部熄灭，然后反方向依次点亮，完成一个循环，接着进行下一个循环。电路由555组成的多谐振荡器和CD4017十进进制计数/译码电路组成。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：六个发光管；依次点亮；反方向依次点亮；CD4017；555定时器；L E D

4、 red灯。目录第一章 概述51.1课程设计的意义51.2设计任务51.3 设计目的51.4课程思路5第二章 CD4017功能介绍62.1工作原理62.2具体功能7第三章 多谐振荡器及其仿真93.1.555定时器的功能及其构成93.2.多谐振荡器的软件仿真11第四章.六路回闪灯的设计及仿真13 4.3六路回闪灯的仿真134.4电路连接14第五章.心得体会15参考文献16第1章 概述 1.1课程设计的意义数字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验任务。通过设计，使学生全面地、系统地了解和掌握课堂知识。通过实验熟悉电工.

5、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培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并树立“系统设计”的思想。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。锻炼提高学生查阅文献资料的能力1.2设计任务 电路通电后，六个发光管先依次点亮，再全部熄灭，然后反方向依次点亮，完成一个循环，接着进行下一个循环。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

6、和组合电路设计的方法，掌握六路回闪灯的设计方法。1.4课程思路此电路主要由三部分组成，其整体部分如图所示。555振荡电路 计数译码驱动电路 显示电路第二章 cd4017功能介绍2.1 工作原理CD4017 是5 位Johnson 计数器，具有10 个译码输出端，CP、CR、INH 输入端，如图2-1。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。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（扭环计数器），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

7、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。 图2-1 cd4017实物图2.2具体功能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

8、、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。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的管脚图如图2-2所示。其波形如图2-3

9、所示。（注意在用multisim仿真软件时，含有CMOS时，电源作VDD。）图2-2 cd4017管脚图图2-3 cd4017波形图第三章 多谐振荡器及其仿真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，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

10、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/

11、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，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接VCC。Vc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

12、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，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。 图3-2 555多谐振荡器 图 3-3 多谐振荡器 输出信号的时间参数是 T=Tw1+Tw2Tw1=0.7（R1+R2）CTw2=0.7R2C在我们这个实验中：R1=51k R2=47k C1=910nF C2=910nF.得T=T1+T2=92ms其中，Tw1为VC由1/3Vcc上升到2/

13、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有A端进行测量，A+输入，A-输出，如图3-4，Multisim右上方的的开始仿真按钮并得到仿真结果如图3-5所示。 图 3-4 Multisim连接图 3-5 Multisim仿真结果第四章.六路回闪灯的设计及仿真4.1六路回闪灯的仿真 将555谐振

14、发生器的输出端接到cd4017的CLK，如图4-1进行仿真，cd4017输出端借逻辑分析仪出现如图4-2示波形图4-1 逻辑分析仪连接图 图4-2 逻辑分析仪显示的波形 二极管用Y表示那要使cd4017输出端是六个小灯管依次点亮再熄灭，再反响依次点亮，以此循环，那么必须满足Y1=Q0 Y2=Q1 Y3=Q2 Y4=Q3 Y5=Q4 Y6=Q5 Y6 =Q7 Y5=Q8 Y5=Q9 Y4=Co*Q0 Y3=Co*Q1 Y2=Co*Q2 Y1=Co*Q3 CR=Co*Q44.2电路连接连接图如4-3所示 图4-3 电路连接图第五章 心得体会 由于这个学期是我们较忙的一段时间，课开的比较多，中间还有

15、许多实验，总感觉时间并不那么够用，所以，尽管老师布置下来比较早，还是到了后面的几天才开始着手数电的课程设计，完成的有些仓促。 但是这次课程设计，增强了我们动手、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、555定时器、LED灯、电阻、电容电源等。特别是在Multisim仿真中有很多元器件和我们平时树上理论学习的不一样，所以要花时间弄明白仿真软件中的有些元器件怎么使用。这次实验最大的困难就是怎么设计电路，使电路通电后，六个发光管先依次点亮，再全部熄灭，然后反方向依次点亮，完成一个循环，接着进行下一个循环，这里我们花了大量的

16、时间和精力，但是这种设计也不一定是最简单是方案。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。附录：元件清单表1 元件清单元器件单位数量元件规格、型号电阻个151 计数器个1cd4017电阻个160k电容个2910nF定时器块1555表2 调试设备名 称数 量示波器1逻辑分析仪1参考文献1 谢自美，电子线路设计，武汉， 华中科技大学出版社，C 20062 阎石，数字电子技术基础，北京， 高等教育出版社，C 20063 曹才开，张丹，罗雪莲等，电路与电子技术试验，长沙，中南大学出版社，C 2010答辩记录及评分表 课题名称六路回闪灯的设计与实现答辩教师（职称）周 旭 胜 答辩时间2014-2015 学年 第2 学期 第14 周答辩记录1 如何是电路在第七个上升沿时6个led灯都处于熄灭状态？ 程涛：将cd4017的