张本余一世之LED校徽循环灯电路.docx
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张本余一世之LED校徽循环灯电路
LED校徽循环电路
学院名称：
温州机电技师学院
姓名：
张本余
指导老师：
何丽欧
2013年3月1日
摘要
现代电子产品正在以前所未有的革新速度，向着功能多样化、体积最小化、功耗最低化的方向迅速发展。
EDA技术使得我们能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析等烦琐的工作。
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。
在我国有有各样大小节日，各生产厂家借助过节之风，推出几款采用了流行的LED情侣mp3、显示屏、手机、机箱外壳。
这样来看，这些产品既体现了新技术又抓住了消费者的心理，可想而知市场的火爆程度。
处于LED发光二极管的广泛运用，结合维修电工高级工阶段所学的知识，利用555定时器和CD4017十进制计数器/脉冲分配器、LED发光二极管，进行校徽LED发光二极管循环闪烁电路设计制作，实现LED发光二极管校徽的循环显示。
字母JD由24只LED灯组成，校徽图案由26只LED灯组成。
整个电路形成一个人手托太阳的形状。
校徽的含义是象征着一种自豪和荣耀感，也是对母校的归属之情。
关键词：
555定时器CD4017十进制计数器/脉冲分配器9013三极管LED灯
摘要
第一章电路设计
一、稳压电路…………………………………………………………………………………（3）
二、555定时器………………………………………………………………………………（4）
三、CD4017十进制计数器/脉冲分配器……………………………………………………（7）
四、（9013）NPN三极管和二极管应用………………………………………………………（9）
第二章电路图和PCB的制作过程体会
电路图和PCB的制作过程……………………………………………………………………（10）
体会……………………………………………………………………………………………（13）
致谢……………………………………………………………………………………………（14）
参考文献………………………………………………………………………………………（14）
附图LED校徽循环实物图……………………………………………………………………（15）
第一章电路设计
本电路先通过对12V的交流电压进行整流、滤波、稳压，得到9V直流电，然后由9V直流电对后续的555振荡器、CD4017十进制计数器/脉冲分配器及显示电路供电，实现校徽的循环闪烁。
电路组成（如图1）所示：
图1电路组成
1．稳压电路
稳压电路的设计，主要是实现对交流电源的整流、滤波和稳压。
整流电路中，使用的是4个IN4007二极管组成桥式整流电路。
交流电经通过整流，电流仍然波动，这种电流不能直接使用，需要将它变成平稳的直流电。
这一环节即为滤波，由电容器C1来实现。
在电路中，当有电压加到电容C1两端的时候，便对电容充电；当外加电压失去之后，电容再放电。
电容C1的容量越大，负载电阻值越大，充电和放电需要的时间越长。
由于电容带两端电压不能突变，正好可以用来承担滤波任务。
之后再通过LM7809稳压，得到近9V的直流电压。
再次经过小容量的C2进行滤波，消除高次谐波的干扰。
（如图2）所示：
图2稳压电路
二、555定时器
555集成时基电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，可连接成多谐振荡电路，产生脉冲，用于触发计数器。
NE555会在下降沿触发和清零，此时输出端产生200mA的电流。
555功能介绍及555的引脚图（如图3）所示：
图3555定时器引脚图
555定时器引脚功能
引脚
名称
功能
（1）
GND（地）
接地作为低电平（0V）
（2）
TRIG触发
低于1/3电源电压以下时即导通
（3）
OUT（输出）
输出高电平（+Vcc）或低电平
（4）
RST（复位）
不用可于电源正极相连或悬空
（5）
CTRL（控制）
可接0.01uF电容接地
（6）
THR门限（阈值）
当此引脚升至2/3Vcc输出端给出低电平
（7）
DIS（放电）
内接OC门（用于给电容放电）
（8）
V+,Vcc（供电）
电源正极电压+Vcc其功能主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。
在校徽循环电路中运用的定时器由时基集成电路NE555和C5、C6、R1、R2等组成（其中C5为延时充电电容，C6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，因电容C5两端电压不能突变，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R1和R2向C5充电，使6脚和2脚的电压不断提高，当电位上升到VCC的2/3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，C5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1/3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C5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C5的充电时间常数，输出端的低电平维持时间取决于电容C5的放电时间常数。
由于RP≥R1，故可以认为f放≈f充，目的是减少LED灯交替的时间间隔的差异。
如用作其他情况，需要调整R1、R2、PR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.（如图4）所示：
图4555震荡脉冲电路
如图4所示，接通电源后，首先电容C5充电，电容两端的电压值Uc逐步上
升，当Uc增至2/3Vcc时，触发器复位，OUT输出低电平，此时的电容C5通过
R2、RP和7脚放电，使Uc下降。
当Uc下降到Vcc的1/3时，触发器又被复位，OUT输出端转为高电平。
C6无极电容作用是防止外界干扰。
周期T为：
T=T1+T2=0.7（R1+R2+RP）*C+0.7（R2+R3）C=0.7（R1+2R2+2RP）C
当RP调至最大10K时，T=0.7（R1+2R2+2RP）C=161ms
当RP调至最小0K时，T=0.7（R1+2R2+2RP）C=21ms
NE5553号引脚波形图
（1）电容充电时间T1
当RP调至最大值10K时，T1=0.7（RP+R1+R2）C5=84ms
当RP调至最小值时0K，t1=0.7（RP+R1+R2）C5=14ms
T1充电时间范围：
14ms～84ms.
（2）电容放电时间T2
当RP调至最大值10K时，T2=0.7（RP+R2）C5=77ms
当RP调至最小值时0Kt2=0.7（RP+R2）C5=7ms
T2充电时间范围：
14ms～77ms.
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。
三、CD4017十进制计数器/脉冲分配器
电路中采用的CD4017计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。
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O0、O1、O2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。
CD4017是一块十进制计数器/脉冲分配器。
当复位端为‘1’时，计数器清零。
在clockunable端为‘0’状态下，计数器在信号的正上升沿触发。
CD4017的引脚如图5所示：
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
VCC：
正电源
GND：
接地
CD4017计数/分配引脚功能介绍
引脚
名称
功能
1
Q5
第5输出端
2
Q1
第1输出端
3
Q0
第0输出端，电路清零时，该端为高电平
4
Q2
第2输出端
5
Q6
第6输出端
6
Q7
第7输出端
7
Q3
第3输出端
8
GND
电源负端
9
Q8
第8输出端
10
Q4
第4输出端
11
Q9
第9输出端
12
CO
级联进位输出端，每为作为下一级计数器的时钟信号。
13
INH
时钟输入端，脉冲下降沿有效
14
CP
时钟输入端．脉冲上升沿有效
15
CR
清零输入端，在“R”端加高电平或正脉冲时，CD40171C计数器中各计数单元输出低电平“0”，在译码器中只有对应“0”状态的输出端Y0为高电平
16
Vcc
电源正端
图5CD4017引脚图
CD40171内部逻辑电原理：
它是由十进制计数器电路和时序译码电路两部分组成。
其中的D触发器Fl～F5构成了十进制计数器，门电路5～14构成了时序译码电路。
约翰逊汁数器的结构比较简单，它实质上是一种串行移位寄存器。
除了第3个触发器是通过门电路15、16构成的组合逻辑电路作用于F3的D3端以外，其余各级均是将前一级触发器的输出端连接到后一级触发器的输入端D的，计数器最后—级的Q5端连接到第一级的D1端。
这种计数器具有编码可靠，工作速度快、译码简单，只需由二输入瑞的与门即可译码，且译码输出无过渡脉冲干扰等特点。
通常只有译码选中的那个输出端为高电平，其余输出端均为低电平。
当加上清零脉冲后，Q1～Q5均“0”，由于Q1的数据输入端D1是Q5输出的反码，因此,输入第—个时钟脉冲后，Q1即为“l”，这时Q2-Q5均依次进行移位输出，Ql的输出移至Q2，Q2的输出移至Q3……。
如果继续输入脉冲，则Q1为新的Q5，Q2～Q5仍然依次移位输出。
（如表1）所示：
表1CD4017计数器状态表
十进制
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
2
1
1
0
0
0
3
1
1
1
0
0
4
1
1
1
1
0
5
1
1
1
1
1
6
0
1
1
1
1
7
0
0
1
1
1
8
0
0
0
1
1
9
0
0
0
0
1
校徽循环电路电路中运用了其功能是：
当复位端Cr加上高电平和正脉冲时，输出端Q0为高电平，其余9个输出端Q0～Q9均为低电平。
时钟输出端CP对输入时钟脉冲的上升沿计数，EN则对时钟脉冲的下降沿计数。
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，只要集成块NE555的3脚送来的二进制信号不消失，CD4017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。
四、NPN三极管（9013）和二极管应用
发光二极管：
发光二极管简称为LED，是一种能发光的半导体电子元件。
工作电压：
1.6V~2.1V；工作电流：
5~20MA。
IN4007二极管：
1N4007是封装形式为DO-15的塑料封装型通用硅材料整流二极管。
广泛应用于各种交流变直流的整流电路中。
利用二
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