双色花样流动灯.docx

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双色花样流动灯

课程设计任务书

课程设计题目

双色花样流动灯

功能

技术指标

功能：

在时钟脉冲的控制下，使双色发光二极管呈现复杂的流动花样。

指标：

1.脉冲可调。

2.呈现复杂的双色流动效果。

工作量

三周

工作计划

3月11日分析题目的功能要求，查找和分析参考资料

3月11日至3月13日画出电路原理图，分析电路原理图和列出元器件表

3月14日购买元器件

3月15日至3月23日安装电路、电路调试、验收电路

3月23日至3月26日撰写课程设计说明书

3月27日绘制图纸、准备答辩

3月28日答辩

指导教师评语

2013年3月28日

第1章绪论

1.1课题背景

随着社会的发展进步，电子产品已经越来越多的走进了大众的生活。

城市的夜晚霓虹闪烁，也给城市的夜晚添加了一道亮丽的风景线。

节假日期间人们在家里布置彩灯，使其更加具有节日的气氛。

双色花样流动灯电路是一例由两只十进制计数/脉冲分配器CD4017并联驱动10只双色发光二极管，实现流动闪光的控制电路。

两只十进制计数器CD4017共同由一只脉冲振荡器NE555提供时钟脉冲，通过输出电路与双色发光二极管的不同方式的连接和调节振荡脉冲频率，使双色发光二极管以不同的发光颜色和不同的流动速度发出闪光。

1.2设计要求

1.2.1设计题目和设计指标

设计题目:

双色花样流动灯

设计指标:

1.脉冲可调。

2.呈现复杂的双色花样流动效果。

1.2.2设计功能

接通电源后，IC2、IC3的Q0～Q9均输出低电平，LED1～LED10均熄灭。

当有时钟脉冲加至IC2与IC3的CP端后，它们的输出端Q0～Q9依次输出高电平。

在IC2、IC3输入的前5个脉冲期间，在LED1～LED5中呈现的是一个红色光点在移动。

在6～10个脉冲期间，在LED1～LED5中呈现出的是一个绿色的光点移动LED6～LED10中，开始输人的前5个脉冲期间，LED6～LED10中呈现出的是绿色光点在移动，在6～10个脉冲期间，在LED6～LED10中呈现出的是一个红色光点在移动。

当输入第11个脉冲以后，电路的发光状态重复上述过程。

第2章方案选择

拿到课题当天，在组员的商议下决定分头去寻找资料以及电路图。

经过一天的查找和搜集后，我们找到了2套方案。

2.1方案一

本方案采用如图2-1所示来设计电路。

特点：

电路实现方便、设计思路明确、布线简单、电路的稳定性高、调试简单、易于实现要求。

图2-1电路原理图

双色花样流动彩灯电路工作原理：

分析电路，由NE555、R1、RP1以及C1组成低频率的脉冲振荡器，通过RP1可调节振荡器的输出脉冲频率。

由于振荡器的输出的脉冲被同时加至计数器CD4017的CP端，使计数器CD4017的输出端按照输入脉冲的频率依次输出高电平。

IC2与IC3分别与10个双色发光二极管的一个极连接，但它们的连接方式并不是依次顺序连接，而是采用以下连接方式:

IC2的5个输出端Q0～Q4与IC3的5个输出端Q5～Q9相对应，各与5只双色发光二极管LED1～LED5的R、G极分别连接；IC2的另5个输出端Q5～Q9与IC3的另5个输出端各与另5个双色发光二极管LED6～LED10的R、G极分别连接。

接通电源后，IC2、IC3的Q0均输出高电平，其余各输出端均为低电平。

在IC2、IC3输入的前5个脉冲期间LED1～LED5中所呈现的是一个绿色光点在黑色的背景中移动。

在6～10个脉冲期间，在LED1～LED5中呈现出的是一个红色的光点在黑色的背景中移动;而在LED6～LED10中，则先是只有一个红色灯在黑色的背景中移动，接着是绿色灯在黑色的背景中移动。

当输入第11个脉冲以后，电路的发光状态重复上述过程。

2.2方案二

本方案采用如图2-2所示来设计电路。

特点：

电路调试复杂、布线困难、稳定性差、电路复杂但整体上能实现双色光的流动。

图2-2电路原理图

双色花样流动彩灯电路工作过程:

接通电源后，IC2、IC3的Q0均输出高电平，其余各输出端均为低电平。

这时，在LED1～LED5中，除了LED1发绿光外，LED2～LED5均发橙光；在LED6～LED10中，除了LED6发绿光外，其余LED7～LED10均不发光。

当有时钟脉冲加至IC2与IC3的CP端后，它们的输出端Q0～Q9依次输出高电平。

在IC2、IC3输入的前5个脉冲期间LED1～LED5中呈现的是一个绿色光点在橙色背景中移动。

在6～10个脉冲期间，在LED1～LED5中呈现出的是一个红色的光点在一个橙色的背景中移动;而在LED6～LED10中，则只有一个红色光点在黑暗背景中移动。

当输入第11个脉冲以后，电路的发光状态重复上述过程。

2.3方案选定

由电路的要求可以看出此电路的设计并不是很复杂，而且2套方案均可以实现设计的要求，考虑到电路的性能、成本以及调试等诸多方面后，我们一致认为应该采用方案一。

第3章电路的方框图

3.1电路方框图

根据课题设计技术指标的要求，该电路主要由多谐振荡器、十进制计数器、LED双色发光二极管构成，其显示方框图如图3-1所示。

图3-1电路方框图

3.2电路的工作原理

两只驱动电路CD4017共同由一只NE555组成的脉冲振荡器产生的脉冲提供时钟脉冲，通过输出电路与双色发光二极管的不同方式的连接和振荡脉冲频率的调节，使双色发光管以不同的流动速度和不同的发光颜色发出闪光，从而达到流水灯的流动效果。

第4章单元电路与器件的选择

4.1多谐振荡器电路

多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。

多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。

由555定时器构成的多谐振荡器如图4-1（a）所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。

由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。

这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。

充电时间常数T充=（R1＋R2）C。

由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态。

其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数T放＝R2C0随着C的放电，uc下降，当uc下降到（1/3）Vcc时，输出uo。

为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。

不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。

电路一旦起振后，uc电压总是在（1/3～2/3）Vcc之间变化。

图4-1（b）所示为工作波形。

（a）555定时器构成的多谐振荡器电路（b）工作波形

图4-1多谐振荡器电路

根据UC的波形波形可以确定振荡周期：

T=TPH+TPL

TPH对应的充电时间：

TPH=0.7（R1+R2）C

TPL对应放电时间：

TPL=0.7R2C

振荡周期：

T=TPH+TPL=0.7（R1+2R2）C

振荡频率：

f=1/T

NE555的指标：

工作频率:

0Hz～1000Hz

工作电流:

200mA

工作电压5V～15V

4.2十进制计数器电路

十进制计数器电路由CD4017来完成。

CD4017是十进制计数／分频器，它的内部由计数器及译码器两部分组成，其引脚图如图4-2所示。

该芯片的译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是Q0、Q1、Q2、…、Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。

CD4017有10个输出端（Q0～Q9）和1个进位输出端。

每输入10个计数脉冲，就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。

CD4017有3个输（MR、CP0和CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1～Q9）均为低电平。

CP0和CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CPl端输入。

设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。

由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。

CD4017有两个时钟端CP和EN，若用时钟脉冲的上沿计数，则信号从CP端输入；若用下降沿计数，则信号从EN端输入。

设置两个时钟端是为了级联方便。

图4-2CD4017的引脚图

该芯片的引脚功能如下：

电源电压范围：

3V-15V

电源电压极限值：

-0.5V-18V

输入电压极限值：

-0.5V-VDD十0.5V

输入电流极限值：

±10mA

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

4.3LED双色二极管显示电路

发光二极管（LED）是用半导体材料制作的正向偏置的PN结二极管。

其发光机理是当在PN结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电子－空穴对）在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要对应光的自发发射过程。

按光输出的位置不同，发光二极管可分为面发射型和边发射型。

我们最常用的LED是InGaAsP/InP双异质结边发光二极管。

双色发光二极管内部其实是两个管芯；一般是三个引出线，有共阴和共阳两种封装,其外型图和电路图形符号如图4-3所示。

图4-3三端变色发光二极管的外形图和电路图形符号

第5章整机电路的组成

5.1整机电路

整机电路原理图如图5-1所示。

图5-1电路原理图

5.2整机电路原理

电路主要由两只十进制计数器CD4017、一只多谐振荡器NE555及十只双色发光二极管组成，两计数器的每一个输出端共同驱动一只双色发光二极管，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，两只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。

在NE555制造的双色花样流动灯电路中，NE555与R1、RP1及C1组成低频率的脉冲振荡器，通过RP1可调节振荡器的输出脉冲频率。

由振荡器输出的脉冲被同时加至两只CD4017的CP端，使两只CD4017的输出端按照输入脉冲的频率依次输出高电平。

IC2与IC3分别与10个双色发光二极管的一个极连接，但它们的连接方式并不是依次顺序连接，而是采用以下连接方式:

接通电源后，IC2、IC3的Q0均输出高电平，其余各输出端均为低电平。

这时，在LED1～LED5中，除了LED1发绿光外，LED2～LED5均发橙光；在LED6～LED10中，除了LED6发绿光外，其余LED7～LED10均不发光。

　　当有时钟脉冲加至IC2与IC3的CP端后，它们的输出端QO～Q9依次输出高电平。

在IC2、IC3输入的前5个脉冲期间LED1～LED5中呈现的是一个绿色光点在橙色背景中移动。

在6～10个脉冲期间，在LED1～LED5中呈现出的是一个红色的光点在一个橙色的背景中移动;而在LED6～LED10中，则只有一个红色光点在黑暗背景中移动。

当输入第11个脉冲以后，电路的发光状态重复上述过程。

第6章电路的组装调试

6.1元器件的检测

电路组装调试之前首先要对所用元器件进行检测，判断元器件的好坏和确定元器件的引脚及极性。

6.2电路的组装与调试

检测万元器件好坏和极性后便可组装电路了，根据电路原理图在万用板上焊接电路，在焊接电路前要合理的各个元件的位置，并要注意芯片的位置与引脚功能，以及三极管的极性，避免在调试过程中损坏元器件。

焊接完毕后检查一下是否存在虚焊、漏焊的地方，以减少在调试过程中出现不必要的麻烦。

检查完毕后就可进行调试了，在调试过程中要注意电源线与地线的连接，以及各芯片的工作电压。

6.3合理布局

电路在安装前要将各级进行合理布局，一般我们本着以下原则：

1.了解元件管脚功能。

2.布线尽可能少，并尽量减少交叉，要求规律有制。

3.电源线用红线，地线用黑线。

4整体电路美观大方。

注意事项：

1．电路板各个所用电源，地都连起来。

2．防止接线短路

3．元件不可接反、接错。

结论

此电路是一例由两只十进制计数/脉冲分配器CD4017并联驱动10只双色发光二极管，实现流动闪光的控制电路。

此次课程设计使我充分的掌握了电子技术理论知识相结合，培养了我的动手能力以及分析、解决问题的能力。

在整整三星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

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，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

收获与体会

经过三个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。

从开始时满富盛情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。

通过这次的课程设计，使我学会了很多东西，包括书本上的理论知识计书本上学不到的知识。

具体收获与体会如下：

1、通过课程设计，使我加深了对所学理论知识的理解与巩固，并能将课本上的纯理论应用到实践中，进一步加深了对知识的认识，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

同时也有助于对其他知识的理解。

更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，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

二、培养了我的耐心、仔细、谨慎的工作态度。

这次课程设计的内容中需要绘图。

在绘图过程中，对比例的选定以及合理的布图都要有细致的规划，这是最考验一个人的耐心与严谨态度的过程，只有这样才能使绘制的机构简图更准确、更美观。

三、通过这次课程设计，使我更充分的认识了团队合作的重要性。

由于这次课程设计是以小组为单位，每个人都有不同的分工。

所以在进行各自分工的情况下还要考虑其他组员，只有这样才能小组顺利完成任务。

在这次课程设计的过程中，我们小组成员之间都互相帮助，共同思考，相互查漏补缺，这样得以保证高速、高效率的完成任务，充分体现了团队精神。

让我充分地认识到我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

任何人的离群都可能导致整项工作的失败。

课设中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。

团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。

而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

课程设计是简单的毕业设计，通过这次课设，给与我们时间的机会，是我们积累了经验，为我们以后的学习打下了基础，也为毕业设计铺平了道路。

致谢

为期三周的课程设计不仅提高了我的动手能力和综合运用知识的能力，更使我对电路布线、调试等方面有了更深层次的理解。

本设计的完成是在我们的指导老师丁文飞老师的悉心指导下进行的。

在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利进行。

从设计的选题、资料的收集到说明书的撰写，在这整个的过程中，花费了丁老师的很多宝贵时间和精力，在此向我的指导老师丁老师表示衷心的感谢。

感谢电子与信息工程学院的各个领导以及所有的老师给予我们莫大的支持和帮助，感谢您们在百忙之中为我们投入了大量的精力，提供了实验设施，同时也感谢各个实验室的老师们，感谢他们对我们这次课程设计提供的无私帮助。

再次感谢电子与信息工程学院的各位老师的帮助。

谨此对各位老师表示衷心的感谢。

同时还要要感谢和我同一设计小组的同学，是我们大家共同探讨，查询资料，选定方案,是你们让我懂得了，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里三年的相处还赶不上这三周的课程设计，我感觉我和同学们之间的距离更近了；我想说，查找资料、搭接电路、绘制电路图确实很累，但当我们的付出得到成果时，心中也不免产生兴奋。

对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次课设经历必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!

参考文献

[1]余孟尝.数字电子技术基础简明教程.高等教育出版社.2006.7

[2]郭宏,刘显忠,张震,姜桥.电子技术应用实践指导.哈尔滨工程大学出版社.2008.

[3]郭培源.电子电路及电子器件.高等教育出版社.2004.9

[4]赖金福.数字集成电路简明手册.电子工业出版社.1997.10

[5]杨素行.模拟电子技术基础简明教程.高等教育出版社.2006.5

附录1

元件清单

序号

名称

型号参数

代号

数量

多谐振荡器

NE555

IC1

十进制计数器

CD4017

IC2、IC3

电解电容

22μ

磁片电容

0.01μ

电阻

51K

电阻

330

滑动电阻

470

RP1

万用板

电源线

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