电子技术课程设计流水灯的设计.docx
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电子技术课程设计流水灯的设计
电子技术课程设计报告
——流水灯的设计
作品
40%
报告
20%
答辩
20%
平时
20%
总分
100%
设计题目：
流水灯的设计
班级学号：
080601113**
学生姓名：
Jenly_C今天，我？
1.3.1CD4017引脚属性……………………………………………………………-4-
1.3.2CD4017的逻辑功能…………………………………………………………-5-
1.3.3CD4017的内部结构…………………………………………………………-5-
4.2.1555部分……………………………………………………………………-9-
4.2.2CD4017部分………………………………………………………………-10-
4.2.3CD40110部分………………………………………………………………-11-
1、预备知识
1.1NE555电路及应用
NE555（TimerIC）大约在1971年由SigneticsCorporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的TimerIC，在往后的30年来非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，尽管近年来CMOS技术版本的TimerIC如MOTOROlA的MC1455己被大量的使用，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，所以到目前都可直接的代用。
1.1.1定时电路NE555简介
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波讯号。
1.1.2NE555的特点
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.它的操作电源范围极大，可与πL，CMOS等逻辑闸配合，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。
1.1.3NE555基本应用电路（定时器）
555定时器的内部电路框图
555逻辑符号和管脚排列
定时器由一块时基集成电路NE555和C1、C2、R1、R2等组成（其中C1为延时充电电容，C2为抗干扰隔离电容，R1、R2为延时充电电阻，而R2又为放电电阻）。
通电后，困电容C1两端电压不能突变，2脚的电压为低电平，集成块NE555的内部触发器被置位，3脚输出高电平。
同时，由于电源经电阻阳和R2向C2充电，使6脚和2脚的电压不断提高，当电位上升到VCC的消时，集成块NE555的内部触发器被复位，3脚的输出电压翻转为低电平。
同时集成块NE555内部的放电管导通，即7脚通过内部的放电管和1脚相通，C2上储存的电荷就通过R2、7脚放电，使6脚和2脚的电压不断下降，当电位降低到VCC的1β时，集成块NE555的内部触发器被置位。
同时集成块NE555内部的放电管截止，7脚被悬空，电源又通过R1、R2向C2充电，使6脚和2脚的电压不断提高……如此，周而复始，形成振荡。
输出端的高电平维持时间取决于电容口的充电时间常数，输出端的低电平维持时间取决于电容C2的放电时间常数。
由于R2二呈阳，故可以认为f放句f充，目的是减小彩灯熄亮交替的时间间隔的差异。
如用作其他情况，需要调整R1、R2、C2的参数。
综上分析，3脚始终处于高电平和低电平的二进制变化状态，故此电路又称为无稳电路。
当555定时器组成自激多谐振荡器时，输出的矩形脉冲的周期为:
T=0.7*（R1+R2）*C。
高电平暂稳态的持续时间为:
T1=0.7（R1+R2）;低电平的暂稳态持续时间为:
T2=0.7R2*C。
占空比:
q%=Rl/（R1+R2）
1.2CD40110芯片
选择CD40110芯片作为此电路的核心器件：
CD40110是CMOS系列十进制加减计数/锁存/译码/驱动器，其引脚和框图分别如图4、图5所示。
其中：
TE为计数控制脉冲输入端，低电平有效；LE为锁存控制脉冲输入端，低电平透明，高电平锁存数据；R为清零输入端，高电平有效；a~g为锁存器内的数据经译码/驱动后的输出端，可直接驱动共阴数码管，适时跟踪锁存器的内容；Co和Bo分别为进位和借位脉冲输出端，CPU和CPD分别为加法和减法计数脉冲输入端。
CD40110引脚图CD40110内部结构图
1.3、脉冲分配器C04017
1.3.1CD4017引脚属性
1.3.2CD4017的逻辑功能
当复位端R加上高电平和正脉冲时，除输出端Q0为高电平"1"外，其余输出端即Q1~Q9均输出低电平"0"。
当时钟输入端EN接地时，CP端对输入时钟脉冲的上升沿计数;当时钟输入CP接高电平时，EN端则对时钟脉冲的下降沿计数，设置这两个输入端是为了级连时更加方便Q0~Q910个输出端的输出状态分别与输入的时钟脉冲个数相对应。
例如，如果计数从0开始，则输入第1个时钟脉冲时，Q1就变为高电平;输入第2个时钟脉冲时，Q2为高电平，以此类推，直至输入第10个脉冲，就回复到QO为商电平.同时进位端CO就输出1个进位脉冲，作为下一级计数器的时钟信号。
R为复位端输入，也称消零端，当R输入高电平时，咆路复位，即输出端QO为高电平，Q1~Q9为低电平。
1.3.3CD4017的内部结构
2、课程设计题目：
流水灯的设计
2.1设计框图
（1）基本原理设计框图如下图所示
（2）设计的多功能流水灯原理电路图如上图所示。
原理电路图由振荡电路、译码电路和光源电路三部分组成。
在设计电路时，本次选用的脉冲发生器是由NE555与R2、R3及C3组成的多谐振荡器组成。
主要是为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲，灯光的流动速度可以通过电位器RP进行调节。
由于RP的阻值较大，所以有较大的速度调节范围。
灯光流动控制器由一个十进制计数脉冲分配器CD4017和若干电阻组成。
（3）CD4017的CP端受脉冲发生器输出脉冲的控制，其输出端（Q0~Q9）将输入脉冲按输入顺序依次分配。
输出控制的脉冲，其输出控制脉冲的速度由脉冲发生器输出的脉冲频率决定。
电阻与CD4017的10个输出端Q0~Q9相连，当Q0~Q9依次输出控制脉冲时10个发光二极管按照接通回路的顺序依次发光，形成流动发光状态，即实现正向流水和逆向流水的功能。
3、课程设计目的及基本要求
3.1设计目的
学习了一个学期的《数字电子技术》课程，这次的课程设计主要综合了解与运用所学的知识，通过这次课程设计来检查这一学期的学习状况。
通过制作来了解流水灯控制系统，了解译码器、计数器、寄存器芯片的作用。
流水灯控制系统主要是实现灯的流转的控制。
在现代化的大城市中，一些活动对装饰品的需求越来越高，在每一个活动几乎都需要有一个好看的流水灯吸引大家的眼光，这就需要一个方便、自动的系统对流水灯的转化进行管理。
本次的设计就是基于此目的进行的。
3.2基本要求：
设计一个流水灯控制电路：
1.先用LM555与C2、R8和R9组成多谐震荡器，完成后用示波器检测振荡器的输出波形，若输出正确的方波时进行下面步骤。
2用CD4022及若干电阻按原理图焊接组成计数电路。
3按原理图用相应器件制作降压整流电路，其后与LED二极管连接成整体。
4.将三种电路按顺序组成整体。
5.在焊接完成后要认真检查电路板确保无误，然后进行测验，接入+5V电压后观察灯的亮灭情况，正确结果应该是流水灯依次亮。
如果结果错误，应重新检查电路板，电路及焊接情况直至结果正确。
6.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。
7.多功能流水灯，就是要具有一定的变化各种因案的功能，主要考察了数字电路中一些编码译码、计数器原理，555定时器构成时基电路，给其他的电路提供时序，脉冲，设计过程中需要了解相关芯片（NE555、CD4017）的具体功能，引脚图，真值表，认真布局，在连接过程中更要细致耐心。
注：
在制作过程中首先要注意各器件在电路板的位置安排布局，及各器件的选择，要仔细观察各器件的标号及数值，确保器件的使用正确及芯片的引脚正确连接。
其次，焊接时应认真，仔细，避免损坏器件。
还要注意焊点的光滑，熟练掌握焊接能力。
在焊接电线时要注意安全及电线的长度以致焊接美观。
4原理图及原理说明
4.1功能模块电路原理图
原理图
4.2模块工作原理说明
4.2.1555部分
555定时器
NE555：
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波讯号。
555定时器周期计算：
触发
阈值
复位
IS
放电端
输出
>
H
导通
L
H
原状态
×
H
截止
H
×
×
L
导通
L
555定时器控制功能表
4.2.2CD4017部分
CD4017
4.2.3CD40110部分
CD40110
第一级CD40110计数使能控制脉冲设计为周期2s，频率0.5Hz，幅度为0～5V，占空比50%。
从减小控制脉冲的频率误差方面考虑，取CD4060的Q14端（214分频端）输出的脉冲作为计数使能控制脉冲，即TE1=Q14，其它各级TE端直接接地，计数恒允许，这样既不影响计数，又使电路更加简单可靠。
5、课程设计中涉及的实验仪器、工具以及调试
5.1实验仪器和工具
焊接器件：
电烙铁、剥线钳、焊锡丝、导线，松香等；
调试工具：
学生直流电压电源、数字万用表
硬件调试主要是检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。
具体步骤及测试结果如下：
（1）检查电源与地线是否全部连接上，用万用表对照电路原理图测试各导线是否完全连接，对未连接的进行修复。
（2）参照原理图，检查各个器件之间的连接是否连接正确，是否存在虚焊，经测试，各连接不存在问题。
（3）以上两项检查并修复完后，给该硬件电路上电，电源指示灯点亮。
5.2组装电路及调试
（1）检查电路设计的原理图即导线的链接，并确定导线的链接与电路原理图一致。
（2）检查导线的链接，并检查导线是否断路，根据电路原理图，用数字万用表打到合适的档位，测试各导线对应的按点是否导通。
（3）检查试验仪器和器材是否完好，电源5V直流电压输出正常。
发光二极管全部可以正常发光，电阻和电容全部正常，电位器可以正常调节。
芯片CD4017和定位器NE555工作正常。
当接通电源，流水灯可以正常顺畅的流动。
5.3可能问题的预设处理
（1）若流水灯没有正常流动，首先检查电路板是否有虚焊或短路，检查之后重新测试；若仍有问题，检查原件是否有错误焊接，并进行修正。
（2）若流水灯只有部分闪烁，使用万用表检查没有闪烁，LED灯管是否正确安装或是毁坏，如果反接则重新连接如果毁坏则替换灯管，检查相关电路连接部分的焊接以及所连接电阻是否存在问题。
（3）若只有一个灯光被点亮且不闪烁，检查NE555相连电解电容是否反接或毁坏，反接则调换引脚，毁坏则更换电容；若不是电容问题，考虑是否为NE555的连接上存在问题或NE555本身出现问题，若是连接上的问题进行调整，若是元件问题向老师索要新元件进行替换。
（4）若通电时电路板出现冒烟或元件爆裂，及时切断电源连接，检查电路板状况，检查出现问题的原因看是否可以继续使用。
6、课程设计心得体会
此课题主要考察了对数字电路部分知识的理解和应用，理论结合实践，使得对以前学习的数字电路有了进一步的认识和学习，为以后的学习打下了坚实的基础，并且对本专业产生了浓厚的兴趣。
通过这次课设，锻炼了我们综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题的能力。
这次课设在老师的指导下以及我们全组人员的共同努力下，顺利地完成，这次课设，虽然只有1周时间，但就在这接近2周时间里，不仅提高了我们个人的动手能力，更培养了我们团队精神，让我们在独立思考解决问题的同时，又相互配合，以致顺利完成课程设计。
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，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
本设计主要运用编码、译码和555定时器完成的多功能流水灯。
但由于时间的不够充分和本人理论知识的单薄，这次设计的电路并不完善，对于自动控制方面设计的还不够完美。
但是，通过这次试验，和同组同学的交流与讨论，不仅提高了自己的理论知识，还锻炼了自己的动手能力。
在课程设计中，通过和同组同学的共同努力，排除了实验过程中的诸多困难，最终成功的完成了课题的设计。
在体会到设计电路艰辛的同时，更能体会到成功的喜悦和快乐。
7、参考文献
☺韩广兴.电子原器件与实现电路基础.北京：
电子工业出版社.2005年.
☺王毓银.数字电路逻辑设计（脉冲与数字电路 第三版）.高等教育出版社.1999
☺高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社.2002
☺孙人杰.电路数据手册TTL电路.电子工业出版社.1989
☺康华光主编.电子技术基础（模拟部分第五版）.高等教育出版社,1999.6
☺康华光主编.电子技术基础（数字部分第五版）.高等教育出版社,2005.7
☺孙余凯等编著.电子元件检测.选用.代换手册.电子工业出版社，2007.5
附录一:
原理图和布线图
原理图
布线图
附录二：
实物图
正拍实物图
反拍实物图
附录三：
元器件清单
序号
名称
单位
数量
序号
名称
单位
数量
1
CD4017
个
1
8
LEd
个
9
2
CD40110
个
1
9
8脚底座
个
1
3
数码管
个
1
10
16脚底座
个
2
4
Ne555
个
1
11
电位器103
个
1
5
电阻470
个
16
12
电阻1k
个
1
6
电容104
个
1
13
电阻10k
个
1
7
电容10uf
个
2
14
插针
个
2
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