九路自动循环灯电路内容.docx
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九路自动循环灯电路内容
一．引言
数字电路是一门理论性强、工程应用广的专业基础课程。
为了训练读者对数字电路及系统的设计、安装、调试的实际动手能力，特在数字电路课程中设置了课程设计这一重要的实践环节，以便在实践中掌握数字系统的设计方法。
数字逻辑 （电路）课程设计的目的
通过完成本章所列的一些设计任务，掌握基于可编程器件的EDA技术，学习Max+plusII软件开发工具，明确数字系统的概念与设计的一般流程，训练从事电子系统设计工作必备的基本技能。
鉴于课程设计设置的主要目的，同时考虑学习的循序渐进、承上启下的过程，所以在本书的数字系统设计中，采用经典方法设计电路原理图，用EDA工具进行仿真，最后用编程逻辑器件实现的方法。
彩灯控制器设计简介
利用移位寄存器和计数器等设计一彩灯控制电路，改变电路的不同工作状态，控制彩灯变幻出不同的闪烁效果。
电路实用，也可以通过计算机仿真直观地看到循环彩灯的控制效果，综合运用所学数字电路知识，学会设计和调试方法， 从而产生浓厚兴趣。
如果稍微改动控制电路，可以更加完善，完成基于移位寄存器的彩灯控制器设计。
在现代生活中，彩灯作为一种装饰，既可以增强人们的感观，起到广告宣传的作用，又可以增添节日气氛，为人们的生活增添亮丽，用在舞台上增强晚会灯光效果，利用控制电路可使彩灯（例如霓虹灯）按一定的规律不断的改变状态，不仅可以获得良好的观赏效果，而且可以省电（与全部彩灯始终全亮相比）。
因此，彩灯控制电路应用越来越丰富我们的生活，成为我们生活不可缺少的一部分。
二．设计要求及主要技术指标
2.1 设计要求
（1）、根据技术指标要求确定电路形式，分析工作原理，计算元件参数。
（2）、列出所用元器件清单并购买。
（3）、安装调试所设计的电路，使之达到设计要求。
（4）、记录实验结果。
（5）、撰写设计报告。
2.2 主要技术指标
（1）、实现25个LED灯循环点亮。
（2）、间隔时间可调。
（3）、LED灯的闪烁按一定的规则变化，可通过调节RP阻值或改变C的容量从而设置闪烁规律。
2.3设计目的
设计一种利用发光二极管作为彩灯指示,实现发光二极管依次点亮形成移动的光点,并不断循环的彩灯循环控制电路，要求可以实现彩灯循环的时间可以调节 。
（1）、学会分析、设计和测试用555定时器构成的多谐振荡器。
（2）、熟悉自激振荡器和中规模集成计数器的工作原理。
（3）、利用自激振荡器和计数器设计彩灯控制电路，实现循环的闪烁效果 。
三．功能介绍
3.1功能说明
九路自动循环灯电路由自激振荡器电路、计数分频器电路、显示电路等组成，振荡频率可以通过电位器调节，用以改变自激振荡器的工作频率，从而改变各路彩灯变幻的频率。
它的组成原理图如图1所示
3.2电路原理介绍
自激振荡器电路由时基集成电路IC1、电位器（220k）RP、电阻器R1（5.1k）、电阻器（3.3.k）R2、电容器（100μF）C1、电容器（0.01μF）C2组成。
技术分频器电路由计数/脉冲分配器集成电路IC2和二极管（IN4148）VD1-VD5组成。
显示电路由NPN型三极管、电阻（100Ω）及LED灯组成。
接通电源开关S后，自激振荡器通电工作，从IC1的3脚输出低频方波脉冲至IC2的CP触发计数端（14脚），IC2开始计数，其Y0-Y9端一次轮流输出高电平，使得输出端（2脚、3脚）外接的发光二极管被点亮。
IC1每输出两个脉冲（IC2计人两个脉冲），彩灯各路变换一次。
当IC2的Y0端（3脚）于Y1端（2脚）输出输出高电平时，第一排发光LED灯点亮；当IC2的Y2端（4脚）和Y3端（7脚）输出高电平时，第二排发光LED灯点亮；当IC2的Y4端（10脚）和Y5端（1脚）输出高电平时，第三排发光LED灯点亮；当IC2的Y6端（5脚）和Y7端（6脚）输出高电平时，第四排发光LED灯点亮；当IC2的Y8端（9脚）和Y9端（11脚）输出高电平时，第五排发光LED灯点亮。
整个电路采用了12v直流供电。
四．电路所需原件介绍
4.1十进制计数器/脉冲分配器CD4017
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。
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。
其内部框图和引脚图如下。
CD4017各脚功能和真值表如下：
12脚：
CO进位脉冲输出
14脚：
CP时钟输入端图3
15脚：
CR清除端
13脚：
INH禁止端
1~7、10脚、11脚：
Q0-~Q9计数脉冲输 出端
16脚：
VDD正电源
8脚：
VSS地
4.2 时基电路NE555
NE555是一块时基集成电路，它可以构成多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等，是一块用途广泛的集成电路。
NE555集成电路管脚如图4，内部等效电路如图5。
图4
NE555引脚功能简介：
1脚：
公共地端为负极。
2脚：
低触发端TRIG，低于1／3电源电压时即导通。
3脚：
输出端OUT，电流可达200mA。
4脚：
强制复位端RESET，不用时可与电源正极相连或悬空。
5脚：
用来调节比较器的基准电压，简称控制端CONT，不用时可悬空，或通过0.01μF电容器接地。
6脚：
高触发端THRES，也称阈值端，高于2/3电源电压时即截止。
7脚：
放电端DISCH。
8脚：
电源正极VDD。
电容C1上的电压Vc 将在Vt+与Vt-之间往复震荡，Vc 与Vo的波形如图6所示
图6电路的电压波形图
由图中Vc 的波形可求得电容C1的冲放电时间T1与T2。
可通过改变RP与C的参数来改变震荡频率，本次课程设计用到的就是这个电路。
五．整体电路图
六．九路自动循环灯电路设计电路元件清单
原件名称
规格型号
原件编码
数量
电位器
RP
RP
1
电阻
R1
5.1k
1
电阻
R2
3.3k
1
电阻
R
100欧
5
电解电容
C1
100μF
1
瓷片电容
C2
0.01μF
1
集成电路
NE555
IC1
1
集成电路
CD4017
IC2
1
发光二极管
5mm红色LED
L1，L2，L3，L4，L5
5
NPN三极管
IN4148
Y1，Y2，Y3，Y4，Y5
5
LED彩灯
5mm蓝色
VL1，VL2，VL3，VL4，…VL25
25
开关
单刀单掷
S
1
直流电源
电池
12v
1
电池盒
1
电路板
1
合计数量
51
表1九路自动循环灯电路设计电路元件清单
七．调试过程及结论
7.1脉冲产生电路的仿真
下图7为脉冲产生电路的仿真结果
7.2 测试结果分析
由图7可以看出13个单位长度内有9个周期脉冲，计算出脉冲周期约为0.5*13/5≈1.3
理论数值为T≈ 1.3s 可见理论与实际相当吻合。
在电路板上连接实物，接通电源后，可以看到发光二极管L1-L5及其后面的LED灯依次亮起，每次只亮一排，L5亮后，发光二极管及LED灯全部熄灭，再由L0开始亮起。
调节电位器RP或电容C可以实现改变发光二极管每次发光时间。
由此看出，本次设计完成了预期全部要求，设计成功。
八．课程设计的心得体会
在近一个星期的课程设计时间内，实在是令人感到忙碌，却又充实。
而且在课程设计的期间，又是我们的考试复习阶段，所以我不得不在复习即将考试的科目的同时去查找自己所选项目的相关资料，根据设计要求去选用芯片构成电路。
在刚开始的时候，很多内容都看不明白，需要重新复习数电知识，这是一个复习的过程，也是一个深入理解的过程，我不但更加了解芯片的功能，而且也会去更加注意细节。
知其然，更要知其所以然。
这样才能更好的完成数电课程设计，交出一份令人满意的答卷。
在最终连接电路的时候也出现了许多问题，不得不停下手来，再次回头去查看资料，翻看课本，重新学习，这也是一个巩固的阶段，他使我的数电掌握得更加牢固。
而在连线的过程中，更由不得一丝马虎，任何一点粗心都可能导致实验
的失败。
再次感谢老师的辅导以及同学的帮助。
“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，由此看来实践的重要，短短几天的课程设计，学到了很多的东西，最重要的是我自己动手把我学习的知识用于实践，做出成功的作品，这才算真正学习到了东西。
总之，这次实验我收获颇多。
实践是获得知识的一种最好的手段！
九．参考文献
[1]康华光《电子技术基础数字部分（第五版）》高等教育出版社
[2]王廷才《电子线路辅助设计Protel99SE》 高等教育出版社
[3] 陈汝全《电子技术常用器件应用手册》 机械工业出版社
[4]谢自美《电子线路设计安装调试》 华东科技大学出版社
[5]包兴、胡明《电子器件导论》 北京理工大学出版社
[6]阎石《数字电子技术基础》 高等教育出版社
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