课程设计圣诞树的设计与制作.docx
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课程设计圣诞树的设计与制作
电子课程设计
-----圣诞树的设计与制作
学院：
电子信息工程学院
班级：
姓名：
学号：
指导老师：
2010年12月
圣诞树的设计与制作
一、设计任务与要求
圣诞树一共有七层彩灯控制电路组成。
顶层用一个五角星红色闪光灯构成；第一层由CD4017和LM555构成一个双闪或三闪式信号闪光电路；第二层有8个不同颜色的彩灯组成的控制电路，控制要求彩灯依次由暗变亮，又变暗不断重复闪烁发光；第三层由两组不同颜色的彩灯构成，形成红灯闪烁完毕绿灯接着闪烁，然后停3s到5s后红灯再次闪烁，然后绿灯再次闪烁，从而形成一个周期闪烁的彩灯控制电路；第四层由一只双四位串入/并出移位存储器CD4015组成形成光点逐个发光又逐个熄灭的移动闪烁效果；第五层在第四层的基础上对电路结构进行适当的变化形成一亮一暗交替闪烁发光电路；第六层双色花样流动灯，通过输出端与发光二极管的交叉连接在时钟脉冲的作用下两计数器输出的脉冲使双色发光二极管呈现出复杂的流动花样变化。
任务完成后，总体效果就是各层设计的彩灯电路在各自控制的电路下形成交替动感闪烁发光效果。
二、总体框图
在闪光灯电路中，我决定用门电路组成低频多谐振荡器，将它输出的脉冲加以放大，用来驱动一只发光二极管，从而组成一个LED闪光灯电路。
在双闪电路中，按题目要求用LM555和CD4017组成一个双闪电路，将CD4017的输出端与发光二极管连接组合，但是没有达到预期的效果，所以最终用LS160实现了双闪电路。
在动感闪烁灯电路中，我打算采用一只双四位串入/并出移位寄存器CD4015组成LED灯光移动闪烁电路，然后再由六反相器CD4069组成移位脉冲发生器，在一位脉冲的作用下，移位寄存器的输出端依次输出驱动脉冲，通过驱动二极管的发光，形成光点逐个发光又逐个熄灭的移动闪烁效果。
交替发光式LED闪光灯电路是在动感闪烁电路的基础上改变的，即改变输入数据。
三、选择器件
1.CD4069
简要说明:
CC4069是由六个COS/MOS反相器电路组成，此器件主要用作通用反相器，
即用十不需要中功率TTL驱动和逻辑电平转换的电路中。
CC4069提供了14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。
推荐工作条件:
电源电压范围............3V~15V
输入电压范围............OV~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+0.5V
输入电流.............±10mA~
储存温度……..－65℃~150℃
引出端符号：
1A~6A数据输出端
Vcc正电源
Vss地
1Y~6Y数据输入端
逻辑符号
:
引出端排列（俯视）:
逻辑表达式：
Y=A
静态特性：
动态特性（TA=25℃）
逻辑图：
2.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。
推荐工作条件
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℃
引出端功能符号
CO：
进位脉冲输出
CP：
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
CD4017引脚图
CD4017引脚图的功能：
CD4017内部是除10的计数器及二进制对10进制译码电路。
CD4017有16支脚，除电源脚VDD及VSS为电源接脚，输入电压范围为3–15V之外，其余接脚为：
A、频率输入脚：
CLOCK（Pin14），为频率信号的输入脚。
B、数据输出脚：
a、Q1-Q9（Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11），为解码后的时进制输出接脚，被计数到的值，其输出为Hi，其余为Lo电位。
b、CARRYOUT（Pin12），进位脚，当4017计数10个脉冲之后，CARRYOUT将输出一个脉波，代表产生进位，共串级计数器使用。
D、控制脚：
a、CLEAR（Pin15）：
清除脚或称复位（Reset）脚，当此脚为Hi时，会使CD4017的Q0为“1”，其余Q1-Q9为“0”。
b、CLOCKENABLE（Pin13），时序允许脚，当此脚为低电位，CLOCK输入脉波在正缘时，会使CD4017计数，并改变Q1-Q9的输出状态。
3.CD4015
CD4015是一个串入并出/串出移位寄存器，从逻辑结构上看，移位寄存器有以下两个显著特征：
（1）移位寄存器是由相同的寄存单元所组成。
一般说来，寄存单元的个数就是移位寄存器的位数。
为了完成不同的移位功能，每个寄存单元的输出与其相邻的下一个寄存单元的输入之间的连接方式也不同。
（2）所有寄存单元共用一个时钟。
在公共时钟的作用下，各个寄存单元的工作是同步的。
每输入一个时钟脉冲，寄存器的数据就顺序向左或向右移动一位。
通常可按数据传输方式的不同对CMOS移位寄存器进行分类。
移位寄存器的数据输入方式有串行输入和并行输入之分。
串行输入就是在时钟脉冲作用下，把要输入的数据从一个输入端依次一位一位地送入寄存器；并行输入就是把输入的数据从几个输入端同时送入寄存器。
在CMOS移位寄存器中，有的品种只具有串行或并行中的一种输入方式，但也有些品种同时兼有串行和并行两种输入方式。
串行输入的数据加到第一个寄存单元的D端，在时钟脉冲的作用下输入，数据传送速度较慢；并行输入的数据一般由寄存单元的R、S端送入，传送速度较快。
移位寄存器的移位方向有右移和左移之分。
右移是指数据由左边最低位输入，依次由右边的最高位输出；左移时，右边的第一位为最低位，最左边的则为最高位，数据由低位的右边输入，由高位的左边输出。
移位寄存器的输出也有串行和并行之分。
串行输出就是在时钟脉冲作用下，寄存器最后一位输出端依次一位一位地输出寄存器的数据；并行输出则是寄存器的每个寄存单元均有输出。
CMOS移位寄存器有些品种只有一种输出方式，但也有些品种兼具两种输出方式。
实际上，并行输出方式也必然具有串行输出功能。
串入－并出移位寄存器CD4015是由两组独立的4位串入－并出移位寄存器组成。
每组寄存器都有一个CP输入端、一个清零端Cr和一个串行数据输入端DS。
每位寄存单元都有输出端引出，因而即可作串行输出，又可实现并行输出。
加在DS端上的数据在时钟脉冲上升沿的作用下向右移位。
当在Cr端加高电平时，寄存器的输出被全部清零。
下表为CD4015真值表,下图示出数据在CD4015中的移位过程。
该图可以看出，CD4015的初始状态为“0101”，要串行输入4位数据，就要给CP端加4个脉冲。
通过信息在CD4015中的流动过程，我们可知CD4015具有下述功能：
（1）从串行输入到串行输出，数据延迟了4个时钟周期。
因此，CD4015可用作延迟电路。
（2）串行数据经过CD4015以后，转换成了并行数据，可由Q0～Q3端并行输出。
（3）可作为数据寄存器使用。
CP
DS
Cr
Q0
Q1
Q2
Q3
1
0
0
0
0
保持
0
0
0
Q0n
Q1n
Q2n
1
0
1
Q0n
Q1n
Q2n
4.NE555
NE555为8脚时基集成电路，
各脚主要功能（集成块图在下面）
1----地GND
2----触发
3----输出
4----复位
5----控制电压
6----门限（阈值）
7----放电
8----电源电压Vcc
应用十分广泛，可装如下几种电路：
1。
单稳类电路
作用：
定延时，消抖动，分（倍）频，脉冲输出，速率检测等。
2。
双稳类电路
作用：
比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等。
3。
无稳类电路
NE555的作用：
方波输出，电源变换，音响报警，玩具，电控测量，定时等。
我们知道，555电路在应用和工作方式上一般可归纳为3类。
每类工作方式又有很多个不同的电路。
在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：
多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。
这样一来，电路变的更加复杂。
为了便于我们分析和识别电路，更好的理解555电路，这里我们这里按555电路的结构特点进行分类和归纳，把555电路分为3大类、8种、共18个单元电路。
5.LM555
功能简介
●LM555/LM555C系列是美国国家半导体公司的时基电路。
我国和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一种通用集成电路。
LM555/LM555C系列功能强大、使用灵活、适用范围宽，可用来产生时间延迟和多种脉冲信号，被广泛用于各种电子产品中。
555时基电路有双极型和CMOS型两种。
LM555/LM555C系列属于双极型。
优点是输出功率大，驱动电流达200mA。
而另一种CMOS型的优点是功耗低、电源电压低、输入阻抗高，但输出功率要小得多，输出驱动电流只有几毫安。
另外还有一种双时基电路LM556，14脚封装，内部有两个相同的时基电路单元。
●特性简介
直接替换SE555/NE555。
定时时间从微秒级到小时级。
可工作于无稳态和单稳态两种方式。
可调整占空比。
输出端可接收和提供200mA电流。
输出电压与TTL电平兼容。
温度稳定性好于0.005%/℃。
●应用范围
精确定时
脉冲发生
连续定时
频率变换
脉冲宽度调制
脉冲相位调制
●封装形式
TO-5金属封装DIP8双列直插封装
●引脚说明
引脚编号符号功能说明
1GND地线
2TR触发
3OUT输出
4RES复位
5CV控制电压
6TH阀值
7DIS放电
8VCC电源
●极限参数电源电压+18V
耗散功率
（注1）
LM555H、LM555CH760mW
LM555N、LM555CN1180mW
工作温度范围
LM555C0℃至+70℃
LM555-55℃至+125℃
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