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1、555 流水灯设计报告流水灯设计报告姓名：徐卓姓名：徐卓班级：通信卓越班级：通信卓越学号：学号：20130611010128教师：黄德昌教师：黄德昌时间：时间：2014 年年 12 月月 1 日日目录第 1 章 摘要.第 2 章 绪论.第 3 章 设计方案.3.1 总体电路设计.3.2 单元电路设计.3.21 555 定时器.3.22 脉冲分配器 4017 及其简单应用3.23 CD4017 管脚图及其功能3.24 自激多谐振荡器.第 4 章 PCB 板的制作流程.第 5 章 电路调试与测试5.1 电路板的调试.5.2 可能问题的预处理.第六章 总结与致谢第 6 章 参考文献第 7 章 附录第
2、一章 摘要摘要随着 LED 技术的不断发展以及 LED 在低功耗、长寿命、环保等方面的优势，LED 应用领域逐渐增多。同时，许多国家在看到 LED 巨大的市场潜力后，纷纷出台各项鼓励措施大力推动 LED 在各领域中的应用。目前，LED 的应用已经从最初的指示灯应用转向更具发展潜力的显示屏，景观照明、背光源、汽车车灯、交通灯、照明等领域，LED 应用正呈现出多样化发展趋势。关键词：关键词： CD4017CD4017 555555 定时器定时器 LEDLED Abstract With the continuous development of LED technology as well as
3、the LED with low power consumption, long life, environmental protection and other advantages, the LED application field. At the same time, in many countries see the LED after the huge market potential, have introduced various encouraging measures to vigorously promote the LED application in various
4、fields. At present, the LED application has from the initial indicator used to display greater development potential, landscape lighting, back light, car lights, traffic lights, lighting and other fields, LED application is a diversified trend of development.Keywords: LED CD4017 555 timer第二章 绪论当今的社会
5、是一个新技术层出不穷的时代，科技迅速发展，在电子领域的发展更是迅速，同时也在影响着我们的生活。随着人民生活水平的提高，流水灯在现实生活中所起的作用越来越重要。例如：在人流拥挤繁忙的交通路段，闪烁着的流水交通灯，提醒着我们要遵纪交通规则，在霓虹闪烁的繁华大街上，闪烁的流水灯无不吸引过路人的眼球，甚至在一些大型商场大厦的自动门上都装有自动流水灯，告诉人们的时间和日期。通常的流水灯是应用单片机设计的，而单片机的设计成本较高，对编程的要求也比较高，由于我们学习了数字电路，所以采用了小型集成电路设计流水灯。随着电子技术的快速发展尤其是数字技术的突飞猛进，多功能流水灯凭着简易，高效，稳定等特点得到普遍的应
6、用。在各种娱乐场所、店铺门面装饰、家居装潢、城市墙壁更是随处可见，与此同时，还有一些城市采用不同的流水灯打造属于自己的城市文明，塑造自己的城市魅力。目前，多功能流水灯的种类已有数十种，如家居装饰灯、店铺招牌灯等等。所以，多功能流水灯的设计具有相当的代表性。 多功能流水灯，就是要具有一定的变化各种图案的功能，主要考察了数字电路中一些编码译码、计数器原理，555 定时器构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲，设计过程中需要了解相关芯片（NE555、CD4017）的具体功能，引脚图，真值表，认真布局，在连接过程中更要细致耐心。第 3 章 设计方案3.13.1 总体电路设计流水灯由 555 组成的多谐
7、振荡器和 CD4017 十进制计数器电路组成。当第一个脉冲到来时 Q0 输出高电平，LED1 亮，第二个脉冲到来时，Q1 输出高电平，LED2 亮，,直到 Q9 输出高电平，LED10 亮，接着进行下一轮输出。改变多谐振荡器的振荡周期就可以改变灯组的流动速度，改变电流的大小可改变灯光的亮暗程度，所以本次课程设计以 4017 芯片为前提设计的流水灯其速度和亮度都是可调的。由于 4017 芯片本身是一十进制计数器（分配器），所以只需在 CLK 端口（15 脚）接入一时钟信号且 Q0 至 Q9 端（1 至 7 脚和 9、10、11 脚）接十只发光体就可得到一组流水灯。其时钟信号可用时钟信号发生器产生
8、，也可用简单的芯片和元件组合成一多谐振荡电路产生，发光体可用钠光灯、白炽灯、发光二极管等。但从功耗高低、寿命长短、价格、环保等方面考虑，其时钟信号我采用由 555 定时器组成的多谐振荡器输出的周期性矩形波，发光体采用发光二极管（LED）。4017 芯片会以输入信号的高电平为 1 低电平为 0 组成以二进制数再转化成十进制数分配给 Q0 至 Q9 端，从而使各发光二极管依次发光，若输入信号不间断，发光二极管循环发光。CD4017 具有 10 个译码输出端，CLK 为脉冲信号输入端，时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟上升和下降时间无限制，随着脉冲的输入 CD401710 个输出引
9、脚依次输出高电平，当完成 10 个输出时 CD4017 自动复位，CO（进位输出）在前五个脉冲为高电平，后五个脉冲时为低电平。运用555 时基电路构成多谐震荡器以提供时钟脉冲。3.23.2 单元电路设计3.2.1 555 定时器定时器555 定时器由一块时基集成电路 NE555 和 C1、C2、R1、R2 等组成（其中 C1为延时充电电容，C2 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 C1 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 C2 充电，使 6
10、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，C2 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 C2 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 C2 的充电时间常数，输出端的低
11、电平维持时间取决于电容 C2 的放电时间常数。由于 R2R1，故可以认为 f 放f 充，目的是减小彩灯熄亮交替的时间间隔的差异。如用作其他情况，需要调整 R1、R2、C2 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。555 定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插 8 脚结构，体积很小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。集成 555 定时器有双极性型和 CMOS 型两
12、种产品。一般双极性型产品型号的最后三位数都是 555，CMOS 型产品型号的最后四位数都是 7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。器件电源电压推荐为 4512V，最大输出电流200mA 以内，并能与 TTL、CMOS 逻辑电平相兼容。其主要参数见表 3.1。555 定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图 3.1 和图 3.2。引脚功能：Vi1（TH）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为 TH。Vi2（）：低电平触发端，简称低触发端，标志为。TRTR表 3.1 (a)双极性型 5G555 的主要性能参数参数名称符号单位参数电源电压VCCV516电源电流ICCmA1
13、0阈值电压VTHVVCC32触发电压VTRVVCC31输出低电平VOLV1输出高电平VOHV13.3最大输出电流IOMAXmA200最高振荡频率fMAXKHz300时间误差tnS5VTH即 Vi1 ,VTR即 Vi2 。(b) CMOS 型 7555 的主要性能参数参数名称符号单位参数电源电压VCCV318电源电流ICCA60阈值电压VTHVVDD32触发电压VTRVVDD31输出低电平VV0.1输出高电平VV14.8最大输出电流IOMAXmA200最高振荡频率fMAXKHz500时间误差tnS图 3.1 555 定时器内部结构R5KR5KR5KC1C2G1G2G3RdVi1(TH)Vi2 (
14、TR)VCCTVcoR1VoVoDisQQSR.VCO：控制电压端。VO：输出端。Dis：放电端。：复位端。Rd555 定时器内含一个由三个阻值相同的电阻 R 组成的分压网络，产生VCC31和VCC两个基准电压；两个电压比较器 C1、C2；一个由与非门 G1、G2组成的基32本 RS 触发器（低电平触发）；放电三极管 T 和输出反相缓冲器 G3。是复位端，低电平有效。复位后, 基本 RS 触发器的端为 1（高电平），RdQ经反相缓冲器后，输出为 0（低电平）。分析图 8.1 的电路：在 555 定时器的 VCC端和地之间加上电压，并让VCO悬空，则比较器 C1的同相输入端接参考电压VCC，比较
15、器 C2反相输入端接32参考电压VCC ，为了学习方便，我们规定：31当 TH 端的电压VCC时，写为 VTH=1，当 TH 端的电压VCC时，写为 VTR=1，当端的电压VCC 且 Vi1VCC，则 VTH=1，比较器 C1输出为低电平，无论 C2输出32何种电平，基本 RS 触发器因=0，使1，经输出反相缓冲器后，VO0；TRQ导通。这时称 555 定时器“高触发”。555 定时器的“低触发”、“高触发”和“保持”三种基本状态和进入状态的条件（即 VTH、VTR的“0”、“1”）必须牢牢掌握。 VCO为控制电压端，在 VCO端加入电压，可改变两比较器 C1、C2的表 3.2 555 定时器
16、控制功能表输 入输 出THTRdRVODisVCC32VCC31LHHHLH不变L导通截止不变导通参考电压。正常工作时，要在 VCO和地之间接 001F（电容量标记为103）电容。放电管 Tl的输出端 Dis 为集电极开路输出。555 定时器的控制功能说明见表 3.2。根据 555 定时器的控制功能，可以制成各种不同的脉冲信号产生与处理电路电路，例如,史密特触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器等。3.2.23.2.2 脉冲分配器 4017 及其简单应用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
