流水灯设计报告.doc

塔里木大学信息工程学院课程设计目 录前 言 2工程概况 31. LSD-10 流水灯的设计方案及框图 31.1.基本要求设计方案 31.2.设计框图 32. LSD-10流水灯电路的设计 42.1.LSD-10 流水灯电路的设计原理: 42.2.主要芯片介绍： 52.2.1.NE555时钟信号： 52.2.2.CD4017十进制计时器： 72.2.3光源电路 92.3.电路原理图: 92.3.1. 如下图图6所示的电路原理图： 92.3.2.元器件清单如下图7: 113. 电路板的调试与可能问题的预设处理 123.1 电路板的调试 123.2 可能问题的预设处理 123.3 功能扩展 134.课程设计小结 13致 谢 13参考文献 14前 言当今的社会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摘要：流水灯的设计要求在预定的时间到来时，会产生一个控制信号控制LED灯的流向、间歇等，LED灯流向可以随着电路的改变而改变，并具有自控、手控、流向控制功能等主要参考数字电路中计数器的原理NE555振荡器的作用等相关知识在设计的过程中需要了解相关芯片（CD4017、NE555）的具体功能认真连接设计电路，由于最后流水灯的流向十分的清晰和稳定，所以所得的结果测试十分简洁并且很成功经过资料的查阅，小组的讨论，以及几种方案的比较，选定方案参考如下：整个流水灯的电路由振荡电路、译码电路和光源电路组成，电路的组成包括2个电容、3个电阻器和1个CD4017计时器及1个NE555定时器等元器件构成工程概况我们本次的数字电路课程设计选题为：LSD-10流水灯设计，我们设计的这个流水灯主要采用NE555 多谐振荡器和CD4017计数器为核心的时钟发生器电路和十进制计数器电路构成，并且使用滑动变阻器来调节LED灯的流动速度我们小组成员分别由：齐婷、张森荣、曹海朋任务分工：齐婷主要负责论文的撰写，张森荣主要是焊接电路板，曹海朋主要负责收集材料，分析电路图。

课程设计时间：2012年6月26日星期二至2012年6月29日星期五，历时一周课程设计地点：逸夫楼303机房指导老师：孟洪兵1. LSD-10 流水灯的设计方案及框图1.1.基本要求设计方案1) 设计一个流水灯控制电路其主要部分实现定时功能，即在预定的时间到来时，将如何产生一个控制信号控制灯的流向、间歇等2) 通过利用中规模集成电路中计数器、振荡器来实现流水灯的控制1.2.设计框图基本原理设计框图如下图图1所示:时钟信号光源电路十进制计数器/分频器图1 基本原理图2. LSD-10流水灯电路的设计2.1.LSD-10 流水灯电路的设计原理:本套件主要由时钟发生电路和十进制计数器电路构成由NE555为核心的自激多谐振荡器,电源通过R2,R1,VR1向电容C2充电,当C2刚开始充电时,U1的2脚还处于低电平,故输出端3脚呈高电平,当电源经R2,R1,VR1向C2充电到2/3电源电压时,输出端3脚电平由高变低,U1内部放电管导通,电容C2经VR1,R1,U1 的7脚放电,直到C2两端的电压低于1/3电源电压时,U1的3脚电平又由低电平变为高电平.C1又再次充电,如此循环形成了振荡充电时间为：0.695(R2+R1+VR1)C2,　放电时间为：0.695(VR1+R1)C2,调节VR1可以控制振荡器的输出频率，U1的时钟振荡信号不断的加在U2的14脚，在U2的10个输出端上接有10只LED,当U2的10个输出端在时钟信号作用下轮流产生高电平，则D1--D10依次被点亮，从而形成流水灯效果。

调节VR1即可调节LED灯的流动速度若想得到为1秒的闪烁频率，根据公式VR1=[(1/0.7/C1)-(R1+2R2)]由于这次课程设计所用的元件中，R1=47K,R2=2.2K,VR1max=47.7Kohm,VR1min=0 ohm所以本次课程设计的555可能的脉冲频率在0.067s~0.134s之间，流水灯的闪烁频率在0.67s~1.34s之间2.2.主要芯片介绍：2.2.1.NE555时钟信号：NE555大约在1971年由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30年来非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，尽管近年來CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位功能并没变化，所以到目前都可直接的代用图2 NE555NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率的脉波讯号。

a. NE555的特点有： 　　1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久 　　2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合 　　3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载 　　4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜 b. NE555引脚位配置说明如图3所示：    图3 NE555脚接图Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地 　Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 　Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位周期的结束输出回到O伏左右的低电位于高电位时的最大输出电流大约200 mA 　Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位它通常被接到正电源或忽略不用 　Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。

当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率 　Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作 　Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗 　Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值) 　　参数功能特性： 　　•供应电压4.5-18V 　　•供应电流3-6 mA 　　•输出电流225mA (max) 　　•上升/下降时间100 ns 　　.NE555的相关应用: 　　NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器及无稳态多谐振荡器2.2.2.CD4017十进制计时器：CD4017 是5 位Johnson 计算器，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，计算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如下图4、5 CD4017 的引脚图： 图4 CD4017 引脚图 图5 图5 CD4017 引脚功能：CD4017 内部是除10 的计数器及二进制对10 进制译码电路CD4017有16 支脚，除电源脚VDD 及VSS 为电源接脚，输入电压范围为3–15V之外，其余接脚为：A、频率输入脚：CLOCK(Pin14)，为频率信号的输入脚B、数据输出脚：a、Q1-Q9(Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，为时进制输出接脚，被计数到的值，其输出为高电平，其余为低电平电位b、CARRY OUT（Pin12），进位脚，当4017 计数10 个脉冲之后，CARRYOUT 将输出一个脉波，代表产生进位，共串级计数器使用D、控制脚：a、CLEAR(Pin15)：清除脚或称复位(Reset)脚，当此脚为高电平时，会使CD4017 的Q0 为”1”，其余Q1-Q9 为”0”。

b、CLOCK ENABLE(Pin13)，时序允许脚，当此脚为低电位，CLOCK输入脉波在正缘时，会使CD4017 计数，并改变Q1-Q9 的输出状态2.2.3光源电路 通过焊接组装元件成功后，接通电源，Led灯开始依次闪烁，这时我们可以通过调节可变电阻器来控制LED灯的闪烁频率2.3.电路原理图:2.3.1. 如下图图6所示的电路原理图： 图6 电路原理图我们小组对 LSD-10流水灯设计的分析是：此次课程设计中我们主要用的元器件是NE555自激多谐振荡器（U1）、CD4017计数器（U2）、电阻为1.2K十个（R3-R12）、电阻2.2K一个（R2），以及电阻为47K一个（R1），可调变阻器一个，LED灯10个（D1-D10），电容104P（C1）和电容1uF/50V（C2相当于一个定时开关）其中以NE555和CD4017为核心NE555有8个引脚其中他们的功能为：P1为接地引脚，在这次设计电路中我们连接到电路共同接地的地方P2是触发点，这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。

P3为输出脚位，与CD4017的P14引脚相连接，CD4017的P14引脚的功能为时钟输入端，P4为重置端 ，一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位它接到正电源与P8相连接 P5为控制端，这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压设计中我们把计时器稳定或振荡的运作方式下,用它来调整输出频率，也就是发光二级管闪烁的频率P6为重置锁定，P6重置锁定并使输出呈低态当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作 P7为放电端，这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力， P8是计时器IC的正电源电。