数字电子技术课程设计(心形流水灯)

数字电子技术课程设计(心形流水灯)

电子技术课程设计报告

设计题目：基于555的心形流水灯

专业

班级

学号

学生姓名

指导教师

目录

1、设计目的 (3)

1.1 设计框图 (3)

2、硬件电路设计 (3)

2.1 NE555电路及应用 (3)

2.1.1定时电路NE555简介 (3)

2.1.2 NE555的特点 (3)

2.1.3 NE555基本应用电路（定时器） (4)

2.2、脉冲分配器CD4017 (5)

2.2.1 CD4017引脚属

性 (5)

2 .2.2 CD4017的逻辑功能 (5)

2.2.3 CD4017的内部结构 (6)

3、电路工作原理 (6)

3.1 电路原理图 (6)

3.2 电路仿真图 (7)

3.3 实物图 (8)

3.3 背面布线图 (8)

4、元件清单…………………………………………………………………………

(8)

5、实验调试与分析 (8)

6、心得体会 (9)

7、参考文献 (10)

1、设计目的

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。

1.1 设计框图

基本原理设计框图如下图(1)所示:

器/分频器光源电路

图（1）设计框图

2、硬件电路设计

2.1 NE555电路及应用

2.1.1定时电路NE555简介

NE555 (Timer IC)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年來非常普遍被使用，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，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用。

NE555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之脉波讯号。

2.1.2 NE555的特点

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。

2.1.3 NE555基本应用电路（定时器）

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，输出端的低电平维持时间取决于电容C2的放电时间常数。由于R2≥R1，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。

当555定时器组成自激多谐振荡器时，输出的矩形脉冲的周期为：T=0.7*（R1+R2）*C 。高电平暂稳态的持续时间为：T1=0.7*（R1+R2）；低电平的暂稳态持续时间为：T2=0.7R2*C 。占空比：q%=R1/(R1+R2)

2.2、脉冲分配器CD4017

2.2.1 CD4017引脚属性

U1

4017BD_10V

O03O12O24O37~CP113MR

15

CP014O410O51O65O76O89O911~O5-9

12

1脚：第5输出端 2脚：第1输出端

3脚：第0输出端，电路清零时，该端为高电平 4脚：第2输出端 5脚：第6输出端

6脚：第7输出端

7脚：第3输出端

8脚：电源负极

9脚：第8输出端

10脚：第4输出端

11脚：第9输出端

12脚：级联进位输出端，每输入10个时钟脉冲时，就可以得到一个计数器的时钟信号

13脚：时钟输入端，脉冲输入端，脉冲下降沿有效

14脚：时钟输入端，脉冲上升沿有效

15脚：清零输入端，在该管脚加高电平或正脉冲时，CD4017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3脚为高电平

16脚：电源正极，可以使用3～18V直流电源供电

2.2.2 CD4017的逻辑功能

当复位端R加上高电平和正脉冲时，除输出端Q0为高电平“1”外，其余输出端即Q1~Q9

均输出低电平“0”。当时钟输入端EN接地时，CP端对输入时钟脉冲的上升沿计数；当时钟输入CP接高电平时，EN端则对时钟脉冲的下降沿计数，设置这两个输入端是为了级连时更加方便Q0~Q9 10个输出端的输出状态分别与输入的时钟脉冲个数相对应。例如，如果计数从0开始，则输入第1个时钟脉冲时，Q1就变为高电平；输入第2个时钟脉冲时，Q2为高电平，以此类推，直至输入第10个脉冲，就回复到Q0为高电平。同时进位端CO就输出1个进位脉冲，作为下一级计数器的时钟信号。R为复位端输入，也称清零端，当R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

2.2.3 CD4017的内部结构：

3 、电路工作原理

设计的多功能流水灯原理电路图如下图所示。原理电路图由振荡电路、译码电路和光源电路三部分组成。在设计电路时，本文选用的脉冲发生器是由NE555与电阻及电容组成的多谐振荡器组成。主要是为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲，灯光的流动速度可以通过电位器RP 进行调节。由于RP的阻值较大，所以有较大的速度调节范围。灯光流动控制器由一个十进制计数脉冲分配器CD4017和若干电阻组成。

3.1 电路原理图

3.2 电路仿真图

U1

4017BP_10V

O03O12O24O37~CP1

13MR

15

CP0

14O410O51O65O76O89O9

11

~O5-912

VSS

8

VDD 165V

GND

A1

555_VIRTUAL

GND

DIS OUT

RST VCC THR CON

TRI GND

11

R1

500k|?

Key=A 50%R222k|?R322k|?

12C1

1uF 13VCC

14GND 15

R4500|?

GND GND LED1

A

12345678910

16

通过对电路原理进行分析，并在multisim 软件下进行仿真可知，原理图正确无误，要求功能均能实现。并且在仿真软件下可以清晰地看到，控制流水灯流动速度的快慢主要通过调节滑动变阻器来改变555定时器的输出脉冲来控制。

3.3 实物效果图

3.4 布线图

4 、 元件清单

序 号 编 号 名 称

数 量 1 CD4017 十进制计数/分配器 1 2 NE555 单稳态触发器 1 3 R1 22K 电阻 2 4 R2 500K 电位器 1 5 R3 1K 电阻 1 6 R4 0.5K 电阻 1 7 C2 1ｕF 电容 1 8 LED 发光二极管 20 9 电池盒

1 10

1.5V 干电池

3

5、实验调试与分析

1.检查电路原理图及导线的连接。在电脑上仿真，能够得出正确的实验现象，所以电路原理图正确。检查导线的连接是否与电路原理图上一致。

2.检查导线的连接。对照电路原理图，用数字万用表打到合适的档位，测试各对应的接点是否连接好并导通。

3.检查实验仪器和器材是否完好。电源5伏直流电压输出正常，CD4017芯片测试其功能均正常，用万用表检查开关，按下时导通均正常。

完成上述步骤后，接通5伏的直流电源，实验现象为：

按下开关，发光二极管出现循环亮暗变化，其中包括单向循环以及间歇亮暗，通过改变相关电阻或电容的大小，进一步确定发光二极管各自发光停留的时间，从而形成心形的流水灯效果。

至此，心形流水灯电路设计，调试与实验成功。

6、心得体会

通过本次课程设计，使我深刻的认识到了理论联系实际的重要性。通过自己设计电路图，通过仿真软件仿真，购买元器件，焊板子等一系列过程，增强了自己的动手能力，提高了自己对理论知识的进一步认识。同时由于自己在焊接电路板等方面具有一定的经验，在自己完成课程设计的同时也帮了一些同学的忙，在此过程中不仅体会到了帮助别人的快乐同时通过对别人电路的学习也增大了自己的视野，为自己以后的学习起到了很好的帮助。

7、参考文献

【1】数字电子技术基础中国电力出版社艾永乐

【2】模拟电子技术基础中国电力出版社艾永乐

【3】电子技术实验与课程设计.