基于NE555 CD4017流水彩灯的设计与实现的课程设计1汇总文档格式.docx
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关键词:
流水灯;
NE555振荡器;
CD4017;
电子线路
1绪论
1.1背景
随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展,彩灯已经成为各个大小节日、各种宴会场合的必备娱乐用品,它不但可以发出不同颜色的灯光来点缀场地,还可以调动起现场人们的情绪,使宴会的气氛上涨。
此外还可以搭配任何摆设,配以缤纷颜色、围成各种形状,来进行装饰。
流水彩灯的工作原理与彩灯的大致相同它拆装方便,易于收藏,安全环保,消耗低,具有较大的开发潜力;
构造简单,所用原理也较简单,有较大的市场需求量,若批量生产,可获较大利益,具有很好的商业潜力。
1.2设计课题的任务
设计一个基于NE555+CD4017流水彩灯的控制电路,要求电路开启后,各种颜色的灯在时钟信号作用下按以下规律转换状态。
电路启动后,要求各种颜色的灯在脉冲作用下顺序,循环点亮。
改变脉冲频率时,各种颜色的灯转换速度相应发生改变。
2设计方案简述
2.1方案的原理
该十路流水灯控制器可控制10个灯轮流循环流水发光,流水速度可以调节。
NE555时基电路组成振荡电路,电源VCC通过电阻R2、RP1向电容C1充电,当充电到一定程度后,2、6脚电压升高,当2、6脚电压升高到2/3VCC后,3脚输出为低电平,7脚对地呈低阻态,电容C1通过电位器和7脚对地放电,当放电至使2、6脚电压低于1/3VCC时,3脚输出为高电平,7脚对地呈高阻态,VCC通过RP1又开始对电容C1充电,周而复始。
通过调节RP1的阻值,可以改变电容充放电的时间常数,从而改变3脚输出脉冲的频率。
从3脚输出振荡脉冲作为CD4017工作的时钟脉冲,在时钟脉冲的作用下,CD4017十进制计数器开始计数,从10个输出端依次输出高电平,不断循环。
10只发光二极管被依次点亮。
整个电路可以采用3-12V直流供电。
2.2方案的总体框图
图1
3单元模块设计
3.1NE555时基电路
NE555时基电路组成多谐振荡电路,电源VCC通过电阻R2、RP1向电容C1充电,当充电到一定程度后,2、6脚电压升高,当2、6脚电压升高到2/3VCC后,3脚输出为低电平,7脚对地呈低阻态,电容C1通过电位器和7脚对地放电,当放电至使2、6脚电压低于1/3VCC时,3脚输出为高电平,7脚对地呈高阻态,VCC通过RP1又开始对电容C1充电,周而复始。
通过调节RP1的阻值,可以改变电容充放电的时间常数从而改变3脚输出脉冲的频率。
图2图3
3.1.1NE555芯片
图4图5
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路,简称控制端CONT,不用时可悬空,或通过0.01uF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:
发电端DISCH。
8脚:
电源正极VDD。
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,分频,脉冲输出等;
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.无稳类电路作用:
方波输出,电源变换,音响报警,玩具等。
3.2译码电路
译码电路由一块CD4017芯片组成。
Q0~Q9这10个输出端的输出状态分别与输入的时钟个数相对应。
如从0开始计数,则输入到第1个时钟脉冲时,Q1就变成高电平,输入第2个时钟脉冲时,Q2变成高电平……直到输入第10个时钟脉冲,Q0变为高电平。
同时,进位端C0就输出一个进位脉冲,作为下一级计数的时钟信号。
Cr为复位端,也为清零端。
当Cr输入高电平时,电路复位,即输出端Q0为高电平,Q1~Q9为低电平。
如此反复,只要NE555芯片的3脚送来的二进制信号不消失,CD4017芯片将二进制信号转换为十进制信号的计码工作就会反复进行下去。
3.2.1CD4017芯片
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的管脚排列和功能表分别如下图所示:
图6图7
CD4017时序工作图:
图8
4设计的总方案
4.1设计要点
因为循环彩灯对频率的要求不高,只要能产生高低电平就可以了,且脉冲信号的频率可调,所以采用555定时器组成的振荡器其输出的脉冲作为下一级的时钟信号。
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O0O2….O9依次出现与时钟同步的高电平,宽度等于时钟周期。
显示电路主要由发光二极管组成,当4017的输出依次输出高电平时,驱动发光二极管也依次点亮,产生一种流动变化的效果。
4.2方案总体电路图
图9
4.3元件清单
图10
4.4PCB图
图11
5电路的调试
5.1电路板调试
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。
5.2遇到的问题及其处理
1)流水灯只有部分闪烁,有一个灯不亮。
检查电路板发现有虚焊,将虚焊的地方焊接好
检查之后重新测试。
2)流水灯没有正常流动,调节滑动变阻器发现流水灯没有依次循环现象。
经过观察发现时变阻器的阻值不够大,后换了一个阻值较大的滑动变阻器。
3)只有一个灯光被点亮且不闪烁,检查发现与NE555相连的电解电容反接,调换引脚。
6设计的总结
通过本次课程设计的学习,收获匪浅,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,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
首先,通过学习使自己对课本上的知识可以应用于实际,使的理论与实际相结合,加深自己对课本知识的更好理解,同时实习也段练了我个人的动手能力,能够充分利用图书馆去查阅资料,增加了许多课本以外的知识。
能对Altiumdesigner软件的实际操作,达到学以致用。
再者,经过对实现功能的要求,对各元器件的引脚功能、真值表的分析、并设计其原理图,还有画原理图的PCB图也是对实际动手能力的一大考验,因为之前还没学到EDA这门课的实验知识,所以只能自己去查阅资料和下载软件一步一步弄懂来,在这过程中收获很大。
在设计的过程中遇到很多问题,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
这次的课程设计同时表明,任何的实践活动,都不可能闭门造车,是必须去吸取前人的实践经验,这就要求在课程设计的过程中,从网络上,从图书馆,借寻相关资料书籍等,有力地指导课程设计。
通过这次课程设计,我拓宽了知识面,锻
炼了能力,综合素质得到较大提高。
在此过程中,感谢老师的理解与帮助,再次十分的感谢老师!
参考文献
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