课设二循环彩灯的电路设计讲解文档格式.docx
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将时序脉冲产生电路中555芯片的3号输出管脚接到CD4017的时钟信号输入端（14脚），得到总的电路图如下：
图四方案一总的电路仿真图
2.2方案二
74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，可以灵活的运用在各种数字电路中，实现分频器等很多重要的功能，合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。
74LS138为3线－8线译码器,当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（E2）和（E3））为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。
方案二电路工作原理：
该电路的左边是以555芯片为核心构成的一个多谐振荡电路，借助该电路产生驱动后续芯片的脉冲，该部分电路产生的脉冲周期可以通过改变滑动变阻器RV1的阻值来改变脉冲频率，接下来的电路是以74LS161芯片为核心构成的四位二进制计数器。
计数器在计数脉冲的作用下，Q0到Q3的输出从“0000”到“1111”依次变化。
将74LS161的Q0、Q1、Q2输出端分别连接到74LS138的地址端A、B、C，在Q0、Q1、Q2的输出从“000”到“111”的过程中，通过译码器之后，输出端Y0-Y7依次输出低电平，再经过反相器，驱动对应的二极管发光。
方案二的总体电路图如下：
图五方案二总的电路仿真图
2.3方案三
在第二种方案的基础上，改用74LS193作为计数器，74LS193是同步四位二进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有异步清零和异步置数等功能，能实现加计数和减计数，相对于74LS161来说，它的功能更齐全。
74LS193的特点是有两个时钟脉冲（计数脉冲）输入端CPU和CPD。
在RD=0、LD＝1的条件下，作加计数时,令CPD＝1,计数脉冲从CPU输入；
作减计数时，令CPU＝1，计数脉冲从CPD输入。
此外，74LS193还具有异步清零和异步预置数的功能。
当清零信号RD＝1时，不管时钟脉冲的状态如何,计数器的输出将被直接置零；
当RD＝0,LD＝0时，不管时钟脉冲的状态如何，将立即把预置数数据输入端A、B、C、D的状态置入计数器的QA、QB、QC、QD端，称为异步预置数。
将74LS193的Q0、Q1、Q2输出端分别连接到3线－8线译码器74LS138的地址输入端A、B、C，同理，在74LS193的输出端Q0、Q1、Q2从“000”到“111”的过程中，通过译码器之后，输出端Y0-Y7依次输出低电平，再经过反相器，驱动对应的发光二极管D0-D7发光。
限流电阻R2的阻值应适宜，太小容易烧坏二极管，太大了二极管不亮或很暗。
方案三的总体电路图如下：
图六方案三总的电路仿真图
2.4方案比较
方案一：
实现该方案只需要两个芯片，并且CD4017是5位Johnson计数器，具有10个译码输出端，因而兼备了计数器和译码器的功能，电路整体来说比方案二、方案三简单，连线也不复杂，而且还能实现十个彩灯的循环，而方案二、方案三最多能实现八个灯的循环，因此方案一更具优势。
从经济角度看，实现该电路很廉价，主要用到了常见的NE555定时器和CD4017，计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜，此外，由于该方案设计思路明了，功能分区域实现，故在电路板上较容易实现。
方案二：
该方案相对于方案一来说，该方案多用到了一个芯片，用74LS161计数器和74LS138译码器来共同实现CD4017的功能，因此无论是从经济角度看还是从连线的难易度来看，都不如方案一好。
方案三：
该方案相对于方案二来说，是用四位二进制可逆计数器74LS193替换了74LS161，虽说它能实现加减计数，功能更齐全，但由于具有双时钟输入，接线相对来说要复杂，也容易出错，检查电路错误时需要查一下各管脚的功能和连接方式，因而没有方案二实现方便，更没有方案一简单、易实现。
通过比较以上三种方案，可以看出，第一种方案是比较好实现的，按照方案一不仅可以达到课程设计所要达到的要求，而且方案一实现起来非常简单，电路容易理解，实验容易进行，能够减小实验的成本，此外方案一中电路所需要的接线少，简化了电路，降低了接线的难度，只需要查一下各管脚的功能，就能明确接线方案，十分方便。
因此，综合多方面因素，选取方案一来实现最恰当。
3实现方案
3.1原理图
在实现的时候对方案一进行了修正，将两个1.4K的电阻串联后接到7脚，RV2的阻值改为100K,电容C1的值改为10uF,故最终的实现方案电路图如下：
图七最终的实现方案电路仿真图
3.2实验原理
我们用555定时器组成的多谐振荡器实现脉冲信号的产生。
图八555定时器构成多谐振荡电路
接通电源后，电容C1被充电，当定时电容C1上的电压Uc上升到2/3Vcc时，使Uo为低电平，同时555定时器内部的放电三极管T导通，此时电容C1通过和三极管放电，Uc下降，。
当Uc下降到1/3Vcc时，Uo翻转为高电平。
电容C1放电所需时间为:
放电时间
（1）
当放电结束时，三极管T截止，Vcc通过R1、R2及电容C1充电，Uc由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需时间为
充电时间
（2）
当Uc上升到2/3Vcc时，电路又翻转为低电平。
如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。
多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。
矩形波的振荡周期:
（3）
电路的振荡频率：
（4）
输出波形占空比：
（5）
555定时器构成多谐振荡电路的工作波形如下：
图九工作波形
彩灯控制电路的实现主要应用了集成芯片CD4017实现数列循环，控制彩灯的亮灭。
芯片CD4017本身具有计数及译码功能，因此这部分只需按照其功能表来接电路就可以实现要求数列输出，并控制彩灯。
将具有计数及译码功能的芯片CD4017MR、CP1置零，使其工作在正常计数状态，接通电源、脉冲源。
在前九个脉冲中，第n个上升沿脉冲输入时，对应Qn为高电平，其余为低电平，使得Dn二极管发光。
第十个上升沿到达时，Q9对应高电平，即D0至D8灯全部熄灭。
再下一个脉冲上升沿到达，继续上述循环。
3.3元件清单
NE555定时器和CD4017，直流可调稳压电源一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子等必备工具
3.4元件介绍
3.4.1555定时器
图十LF353管脚图
管脚解释：
1脚接地端GND2脚触发点
3脚输出4脚复位端
5脚基准电压6脚门限（阈值）
7脚放电端8脚电源电压Vcc
工作参数：
供应电压4.5-18V
供应电流10-15ma
输出电流225mA（max）
上升/下降时间100ns
下表给出了555定时器的功能表：
表1555定时器的功能表
输入
输出
阈值输入
触发输入
复位
放电管
x
导通
<
Vcc
1
截止
>
不变
3.4.2CD4017
芯片CD4017引脚图如下：
Q0-Q9：
计数脉冲输出端
8脚VSS：
地
12脚CO：
进位脉冲输出
13脚INH：
禁止端
14脚CP：
时钟输入端
15脚CR：
清除端
16脚VDD：
正电源
图十一CD4017管脚图
表2给出了CD4017的功能表：
表2CD4017功能表
输入
CP0
CP1
MR
Q0-Q9
CO
清零
每十个时钟输入周期，CO信号完成一次进位，由1变为0
↑
计数
↓
保持
CD4017的工作条件：
电源电压范围：
3V-15V
输入电压范围：
0V-VDD
工作温度范围：
M类：
55℃-125℃
E类：
40℃-85℃
极限值：
电源电压：
-0.5V-18V
输入电压：
-0.5V-VDD十0.5V
输入电流：
±
10mA
贮存温度：
-65℃-150℃
3.4.374ls161
74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，管脚图如下：
图十二74ls161管脚图
1脚清零/MR2脚时钟CP
3-6脚四个数据输入端P0~P38脚接地端
7脚、10脚使能端CEP、CET9脚置数端PE
11-14脚数据输出端Q0~Q315脚进位输出端TC
16脚正电源
表3给出了74LS161的功能表：
表374LS161功能表
CP
P
T
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
X
X
d
c
b
a
保持（C=0）
3.4.474ls138
74LS138为3线－8线译码器，其管脚图如下：
图十三74ls138管脚图
1-3脚：
A0-A2，地址输入端
4、5脚：
、,选通端（低电平有效）
6脚：
STA（E1）,选通端
7、9-15脚：
，输出端（低电平有效）
8脚：
GND，接地
16脚：
VCC，正电源
表4给出了74LS138的功能表：
表474LS138功能表
STA
B
C
A2
A1
A0
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