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1、11项目二 CD4017 流 水 灯一、教学目标 认识 CD4069 和 CD4017 内部功能框图。 掌握 CD4069 和 CD4017 的逻辑功能。 熟悉反相器与阻容元件构成多谐振荡器的电路结构和工作特性。 理解并掌握多谐振荡器电路的工作原理。 理解并掌握 CD4017 递进计数器的工作原理。 了解蜂鸣器分类和特点。 了解蜂鸣器驱动电路的结构特点，掌握它的工作原理。二、电路结构本电路可分为几大部分，它们分别是时钟振荡电路、计数电路、蜂鸣器驱动电路和按键控制电路。1时钟振荡电路：由 CD4069 的 C、D 单元及电阻 R1、R2 、R P 和电容 C1 组成；2流水灯电路：由 CD401
2、7 和多只 LED 灯组成；3蜂鸣器驱动电路：由 CD4069 的 A、F 单元及限流电阻 R3 和三极管组成，驱动蜂鸣器；4键控电路：由按键 S1、S2、S3 与电阻 R6 组成；三、认识特殊器件1CD4069CD4069 是六非门数字集成电路，其内部框图结构如图2.1。它的六个非门各自独立，因此也称为 CD4069 的六个单元，分别为 AF，电源端共用，其中第脚接 Vcc、第脚接GND。非门的逻辑功能如表 2.1。表 2.1 非门逻辑输入/输出输入 输出0 11 0图 2.1 CD4069 内部框图2 CD4017CD4017 是双列直插式塑料封装，引脚排列及输出功能如图 2.2。CD40
3、17 内部逻辑是由十进制计数器电路和时序译码电路两部分组成。这种计数器具有编码可靠、工作速度快、译码简单，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。由图 2.2 可知 CD4017 第端（Q0）为译码最低位，第端（Q9）为译码最高位。第端是“使能端” ， 的上横线表示 CD4017ENA在“使能端”=0 时工作，高 电平时禁止。另外，第端是时钟输入，第端是复位端。图 2.2 引脚功能图 4017CD22四、工作原理1时钟电路如图 2.3，假如初始上电时组成多谐振荡电路 CD4069 的 B、E 单元状态如图 2.3（a）所示，于是端高电平对电容
4、充电（电流流向 端） 。1C（a ） （b）图 2.3 非门组成的多谐振荡器 C1 充电电流C1R PR2开始时充电电流最大，A 点电压维持为 “1”（同学们想一想:为什么？） ，随着 C1 电压升高、充电电流逐渐减小，A 点电压也随之下降，一旦下降到非门的“低阀门”电压（等效逻辑“0”电平） ，经 R1 加到，则变为“1” 、随即变为 “0”，如图 2.3（b ）所示。 C1 放电电流R2R PC1 当 CD4069 的端为“1 ”、端为“0”时，电容 C1 反向放电（电流流向端） 。开始时放电电流最大，A 点电压维持为 “0”（ 同学们想一想:为什么？） ，随着电容 C1 电压降低、放电电
5、流逐渐减小，A 点电压也随之上升，一旦上升到非门的“高阀门”电压（等效逻辑“1”电平） ，经 R1 加到，则变为“0” 、随即变为“1” ，如图 2.3（a） ，此后电路重复上述过程CD4069 几个关键测试点电压波形如图 2.4，图 2.5。调节 RP，改变电容 C1 充、放电时间，随之就改变了时钟电路振荡周期也就是时钟振荡电路的工作周期。图 2.4 CH1 是 A 点，CH2 是 CD4069 的端 图 2.5 CH1、CH2 分别是 CD4069 的、端2计数电路 33CD4017 输出高电平脉冲的脚位顺序是 ，进位端 C0（第 12 脚）在 Q5 输出 “1”时翻转为“0 ”，并持续到
6、一个循环周期开始时翻转为“1”，如图 2.6。图 2.6 CD4017 输出波形时序图 由于同一时刻 Q0Q9 只有一端被译码，根据 CD4017 的工作特性我们知道只有译码选中的那个端输出高电平，其余输出端均为低电平，因此同一时刻只有被译码的输出“1”，与之对应的发光二极管点亮。CD4017 有 10 个译码输出端 Q0Q9，它会随时钟脉冲的输入而依次出现高电平。此外，为了级联方便，还设有进位输出端 ，每输入 10 个时钟脉冲就可得到一个进位输出脉冲，0C因此，可以把 C0 作为下一级计数器的时钟信号。RST 是 CD4017 的复位清零端，RST 为高电平或正脉冲时计数器清零，在所有输出中
7、只有对应 Q0=1，其余输出均为低电平， 如图 2.6 之 RST 为高电平的起始片段。从上述分析中可以看出，CD4017 的基本功能是对“CLK”输入脉冲进行十进制计数，并按照输入脉冲的个数顺序将脉冲分配在 Q0Q9 这十个输出端，计满十个数后计数器复零，同时输出个进位脉冲。3蜂鸣器驱动电路CD4017 的 Q0 输出经 CD4069 的 A、F 单元两次反相后，经电阻 R3 驱动三极管驱动蜂鸣器振动发声。原理图显示 CD4069 的 A、F 单元两次反相，即 CD4069 的端和端的逻辑状态相同。另外，本项目采用直流蜂鸣器施加稳定的电压即能工作，如果采用交流蜂鸣器，响度比直流蜂鸣器差许多。
8、直流蜂鸣器实物及参数如图 2.7。44图 2.7 压电蜂鸣器实物图及技术参数 4按键控制电路大家知道：CD4017 的 RST 为高电平复位、低电平工作。当按键 S1 按下时，经过几个时钟周期后，Q2 （CD4017 的 ）变为“1”，高电平随即传递到 RST 端（CD4017 的），于是系统复位、计数从重新开始；若按下的不是 S1 而是 S2，同样道理，经过几个时钟周期后，Q5 变为 “1”，高电平随即传递到 RST 端，于是系统复位、计数重新开始也就是说当与某个输出（Qn）连接的按键按下后，经过几个时钟周期后，该端输出“1 ”使 CD4017 复位，计数重新开始它像一堵墙一样， “拦住”后
9、面的输出另外，需要说明的是 CD4069 的 C 单元跨接在“时钟电路 ”和“计数电路”之间，一方面起隔离作用，可以不用之。 五、电路图认识如图 2.8，这个局部的电路图除了元器件外还有许多导线、分支线、总线和网络标号，它们究竟是怎么样的关系呢？1导线连接元件管脚之间或元件管脚与分支线之间的 细实线 ，它表示管脚之间的“真实”连接关系。2分支线把元件管脚与总线象征性连接在一起的 细实线 ，它表示元件管脚和总线的“虚拟”连接关系。3总线把分支线象征性连接在一起的 粗实线 ，它表示元件管脚的“虚拟”连接关系。4网络标号标注在元件管脚旁边网络记号，表示元件管脚的“真实”连接关系，一般要成对出现或几以
10、上，凡是网络标号管脚都连在一起。图 2.8 网络标号图六、焊接注意事项1认识电源脚55一般地说， 数字集成电路电源脚 的分布比较特别，最大编号的脚是电源脚，1/2 编号的脚是地线脚。比如 的 16 脚是电源脚，8 脚是地线脚； 的 14 脚是电源脚，74017CD4069CD脚是地线脚。说明：为了画图方便，一般来说 数字集成电路电源脚都不在 图纸中画出、而常常 隐藏它。2微调电位的认识从原理图上可以看出，微调电位有两个定点、一个动点，大家想一想：如何判断微调电位定点、动点？61 2 3 4ABCD4321DCBACLK14ENA13RST15Q0 3Q1 2Q2 4Q3 7Q4 10Q5 1Q
11、6 5Q7 6Q8 9Q9 11CO 12U1CD401711 10U2ECD40693 4U2BCD40695 6U2CCD4069 1 2U2ACD406913 12U2FCD4069C10.1uFR115KRp100KR4510 Q19014R32.2K器 器 器Vccnet0net1net2net3net4net5net6net7net8net9net0 net1 net2 net3 net4 net5 net6 net7 net8 net9C3100uVccD1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D1012J1D0R5510 S1 S2 S3net2 net5 net8R610KR215K 网 络 名分 支 线总 线导 线7思考计算：1参考图2.4和图2.5，画出CH1 和CH2的波形图，并标注时间和电压值。图1 图22实际测量电 路的时周期为 多少？频率为多少？
