電子技術(shù)課程設(shè)計：流水燈的設(shè)計

1、電子技術(shù)課程設(shè)計：流水燈的設(shè)計電子技術(shù)課程設(shè)計報告流水燈的設(shè)計 作品40%報告20%答辯20%平時20%總分100% 設(shè)計題目： 流水燈的設(shè)計 班級學(xué)號： 080601113* 學(xué)生姓名： Jenly_C今天，我？ 目錄1、預(yù)備知識- 5 -1.1 NE555 電路及應(yīng)用- 5 -1.1.1定時電路 NE555簡介- 5 -1.1.2 NE555 的特點- 5 -1.1.3 NE555 基本應(yīng)用電路(定時器) - 5 -1.2 CD40110芯片- 5 -1.3 脈沖分配器CD4017- 5 -1.3.1 CD4017 引腳屬性 - 4 -1.3.2 CD4017 的邏輯功能 - 5 -1.3

2、.3 CD4017 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) - 5 -2、課程設(shè)計題目：流水燈的設(shè)計- 5 -2.1設(shè)計框圖- 5 -3、課程設(shè)計目的及基本要求- 7 -3.1設(shè)計目的- 5 -3.2基本要求- 5 -4 原理圖及原理說明- 9 -4.1功能模塊電路原理圖- 5 -4.2模塊工作原理說明- 5 - 4.2.1 555部分 - 9 - 4.2.2 CD4017部分 - 10 - 4.2.3 CD40110部分 - 11 -5、課程設(shè)計中涉及的實驗儀器、工具以及調(diào)試- 12 -5.1實驗儀器和工具- 5 -5.2組裝電路及調(diào)試- 5 -6、課程設(shè)計心得體會- 13 -7、參考文獻- 14 -附錄一:原理圖和布

3、線圖- 15 -附錄二：實物圖- 16 -附錄三：元器件清單- 17 -1、 預(yù)備知識1.1 NE555 電路及應(yīng)用NE555(TimerIC)大約在1971年由SigneticsCorporation發(fā)布，在當時是唯一非?？焖偾疑虡I(yè)化的TimerIC，在往后的30年來非常普遍被使用，且延伸出許多的應(yīng)用電路，盡管近年來CMOS技術(shù)版本的TimerIC如MOTOROlA的MC1455己被大量的使用，但原規(guī)格的NE555依然正常的在市場上供應(yīng)，盡管新版IC在功能上有部份的改善，但其腳位勁能并沒變化，所以到目前都可直接的代用。1.1.1定時電路 NE555 簡介NE555是屬于555系列的計時IC的

4、其中的一種型號，555系列IC的接腳功能及運用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同;而555是一個用途很廣且相當普遍的計時IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號。1.1.2 NE555 的特點1.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。2.它的操作電源范圍極大，可與L，CMOS等邏輯閘配合，也就是它的輸出準位及輸入觸發(fā)準位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。3.其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負載。4.它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。1.

5、1.3 NE555 基本應(yīng)用電路(定時器)555定時器的內(nèi)部電路框圖555邏輯符號和管腳排列定時器由一塊時基集成電路NE555和C1、C2、R1、R2等組成(其中C1為延時充電電容，C2為抗干擾隔離電容，R1、R2為延時充電電阻，而R2又為放電電阻)。通電后，困電容C1兩端電壓不能突變，2腳的電壓為低電平，集成塊NE555的內(nèi)部觸發(fā)器被置位，3腳輸出高電平。同時，由于電源經(jīng)電阻陽和R2向C2充電，使6腳和2腳的電壓不斷提高，當電位上升到VCC的消時，集成塊NE555的內(nèi)部觸發(fā)器被復(fù)位，3腳的輸出電壓翻轉(zhuǎn)為低電平。同時集成塊NE555內(nèi)部的放電管導(dǎo)通，即7腳通過內(nèi)部的放電管和1腳相通，C2上儲存

6、的電荷就通過R2、7腳放電，使6腳和2腳的電壓不斷下降，當電位降低到VCC的1時，集成塊NE555的內(nèi)部觸發(fā)器被置位。同時集成塊NE555內(nèi)部的放電管截止，7腳被懸空，電源又通過R1、R2向C2充電，使6腳和2腳的電壓不斷提高如此，周而復(fù)始，形成振蕩。輸出端的高電平維持時間取決于電容口的充電時間常數(shù)，輸出端的低電平維持時間取決于電容C2的放電時間常數(shù)。由于R2二呈陽，故可以認為f放句f充，目的是減小彩燈熄亮交替的時間間隔的差異。如用作其他情況，需要調(diào)整R1、R2、C2的參數(shù)。綜上分析，3腳始終處于高電平和低電平的二進制變化狀態(tài)，故此電路又稱為無穩(wěn)電路。當555定時器組成自激多諧振蕩器時，輸出的

7、矩形脈沖的周期為:T=0.7*(R1+R2)*C。高電平暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間為:T1=0.7(R1+R2);低電平的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間為:T2=0.7R2*C。占空比:q%=Rl/（R1+R2）1.2 CD40110 芯片選擇 CD40110 芯片作為此電路的核心器件：CD40110 是 CMOS 系列十進制加減計數(shù) / 鎖存 / 譯碼 /驅(qū)動器，其引腳和框圖分別如圖 4、圖 5 所示。其中：TE 為計數(shù)控制脈沖輸入端，低電平有效；LE 為鎖存控制脈沖輸入端，低電平透明，高電平鎖存數(shù)據(jù)；R 為清零輸入端，高電平有效；ag 為鎖存器內(nèi)的數(shù)據(jù)經(jīng)譯碼 /驅(qū)動后的輸出端，可直接驅(qū)動共陰數(shù)碼管，適時跟蹤鎖存器的

8、內(nèi)容；Co 和 Bo 分別為進位和借位脈沖輸出端，CPU 和 CPD 分別為加法和減法計數(shù)脈沖輸入端。CD40110引腳圖 CD40110內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.3、脈沖分配器C040171.3.1 CD4017 引腳屬性- 18 -1.3.2 CD4017 的邏輯功能當復(fù)位端R加上高電平和正脈沖時，除輸出端Q0為高電平"1"外，其余輸出端即Q1Q9均輸出低電平"0"。當時鐘輸入端EN接地時，CP端對輸入時鐘脈沖的上升沿計數(shù);當時鐘輸入CP接高電平時，EN端則對時鐘脈沖的下降沿計數(shù)，設(shè)置這兩個輸入端是為了級連時更加方便Q0Q9 10個輸出端的輸出狀態(tài)分別與輸入的時

9、鐘脈沖個數(shù)相對應(yīng)。例如，如果計數(shù)從0開始，則輸入第1個時鐘脈沖時，Q1就變?yōu)楦唠娖?輸入第2個時鐘脈沖時，Q2為高電平，以此類推，直至輸入第10個脈沖，就回復(fù)到QO為商電平.同時進位端CO就輸出1個進位脈沖，作為下一級計數(shù)器的時鐘信號。R為復(fù)位端輸入，也稱消零端，當R輸入高電平時，咆路復(fù)位，即輸出端QO為高電平，Q1Q9為低電平。1.3.3 CD4017 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、 課程設(shè)計題目：流水燈的設(shè)計2.1設(shè)計框圖（1） 基本原理設(shè)計框圖如下圖所示（2）設(shè)計的多功能流水燈原理電路圖如上圖所示。原理電路圖由振蕩電路、譯碼電路和光源電路三部分組成。在設(shè)計電路時，本次選用的脈沖發(fā)生器是由NE555與R2

10、、R3及C3組成的多諧振蕩器組成。主要是為燈光流動控制器提供流動控制的脈沖，燈光的流動速度可以通過電位器RP進行調(diào)節(jié)。由于RP的阻值較大，所以有較大的速度調(diào)節(jié)范圍。燈光流動控制器由一個十進制計數(shù)脈沖分配器CD4017和若干電阻組成。（3） CD4017的CP端受脈沖發(fā)生器輸出脈沖的控制，其輸出端(Q0Q9)將輸入脈沖按輸入順序依次分配。輸出控制的脈沖，其輸出控制脈沖的速度由脈沖發(fā)生器輸出的脈沖頻率決定。電阻與CD4017的10個輸出端Q0Q9相連，當Q0Q9依次輸出控制脈沖時10個發(fā)光二極管按照接通回路的順序依次發(fā)光，形成流動發(fā)光狀態(tài)，即實現(xiàn)正向流水和逆向流水的功能。3、課程設(shè)計目的及基本要求

11、3.1設(shè)計目的學(xué)習(xí)了一個學(xué)期的數(shù)字電子技術(shù)課程，這次的課程設(shè)計主要綜合了解與運用所學(xué)的知識，通過這次課程設(shè)計來檢查這一學(xué)期的學(xué)習(xí)狀況。通過制作來了解流水燈控制系統(tǒng)，了解譯碼器、計數(shù)器、寄存器芯片的作用。流水燈控制系統(tǒng)主要是實現(xiàn)燈的流轉(zhuǎn)的控制。在現(xiàn)代化的大城市中，一些活動對裝飾品的需求越來越高，在每一個活動幾乎都需要有一個好看的流水燈吸引大家的眼光，這就需要一個方便、自動的系統(tǒng)對流水燈的轉(zhuǎn)化進行管理。本次的設(shè)計就是基于此目的進行的。3.2基本要求：設(shè)計一個流水燈控制電路：1.先用LM555與C2、R8和R9組成多諧震蕩器，完成后用示波器檢測振蕩器的輸出波形，若輸出正確的方波時進行下面步驟。2用C

12、D4022及若干電阻按原理圖焊接組成計數(shù)電路。3按原理圖用相應(yīng)器件制作降壓整流電路，其后與LED二極管連接成整體。4.將三種電路按順序組成整體。5.在焊接完成后要認真檢查電路板確保無誤，然后進行測驗，接入+5V電壓后觀察燈的亮滅情況，正確結(jié)果應(yīng)該是流水燈依次亮。如果結(jié)果錯誤，應(yīng)重新檢查電路板，電路及焊接情況直至結(jié)果正確。6.隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展尤其是數(shù)字技術(shù)的突飛猛進，多功能流水燈憑著簡易，高效，穩(wěn)定等特點得到普遍的應(yīng)用。在各種娛樂場所、店鋪門面裝飾、家居裝潢、城市墻壁更是隨處可見，與此同時，還有一些城市采用不同的流水燈打造屬于自己的城市文明，塑造自己的城市魅力。目前，多功能流水燈的種類已有

13、數(shù)十種，如家居裝飾燈、店鋪招牌燈等等。所以，多功能流水燈的設(shè)計具有相當?shù)拇硇浴?.多功能流水燈，就是要具有一定的變化各種因案的功能，主要考察了數(shù)字電路中一些編碼譯碼、計數(shù)器原理，555定時器構(gòu)成時基電路，給其他的電路提供時序，脈沖，設(shè)計過程中需要了解相關(guān)芯片(NE555、CD4017)的具體功能，引腳圖，真值表，認真布局，在連接過程中更要細致耐心。注：在制作過程中首先要注意各器件在電路板的位置安排布局，及各器件的選擇，要仔細觀察各器件的標號及數(shù)值，確保器件的使用正確及芯片的引腳正確連接。其次，焊接時應(yīng)認真，仔細，避免損壞器件。還要注意焊點的光滑，熟練掌握焊接能力。在焊接電線時要注意安全及電線

14、的長度以致焊接美觀。4 原理圖及原理說明4.1功能模塊電路原理圖原理圖4.2模塊工作原理說明4.2.1 555部分555定時器NE555：NE555是屬于555系列的計時IC的其中的一種型號，555系列IC的接腳功能及運用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個用途很廣且相當普遍的計時IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號。555定時器周期計算：觸發(fā)閾值復(fù)位IS放電端輸出>H導(dǎo)通LH原狀態(tài)×H截止H××L導(dǎo)通L555定時器控制功能表4.2.2 CD4017部分CD401

15、74.2.3 CD40110部分CD40110第一級 CD40110 計數(shù)使能控制脈沖設(shè)計為周期 2 s，頻率 0.5 Hz，幅度為 05 V，占空比 50%。從減小控制脈沖的頻率誤差方面考慮，取 CD4060 的 Q14 端 （214 分頻端） 輸出的脈沖作為計數(shù)使能控制脈沖，即 TE1=Q14，其它各級 TE 端直接接地，計數(shù)恒允許，這樣既不影響計數(shù)，又使電路更加簡單可靠。5、課程設(shè)計中涉及的實驗儀器、工具以及調(diào)試5.1實驗儀器和工具焊接器件：電烙鐵、剝線鉗、焊錫絲、導(dǎo)線，松香等；調(diào)試工具：學(xué)生直流電壓電源、數(shù)字萬用表硬件調(diào)試主要是檢測硬件電路是否有短路、斷路、虛焊等。具體步驟及測試結(jié)果如

16、下：（1）檢查電源與地線是否全部連接上，用萬用表對照電路原理圖測試各導(dǎo)線是否完全連接，對未連接的進行修復(fù)。（2）參照原理圖，檢查各個器件之間的連接是否連接正確，是否存在虛焊，經(jīng)測試，各連接不存在問題。（3）以上兩項檢查并修復(fù)完后，給該硬件電路上電，電源指示燈點亮。5.2 組裝電路及調(diào)試（1） 檢查電路設(shè)計的原理圖即導(dǎo)線的鏈接，并確定導(dǎo)線的鏈接與電路原理圖一致。（2) 檢查導(dǎo)線的鏈接，并檢查導(dǎo)線是否斷路，根據(jù)電路原理圖，用數(shù)字萬用表打到合適的檔位，測試各導(dǎo)線對應(yīng)的按點是否導(dǎo)通。（3) 檢查試驗儀器和器材是否完好，電源5V直流電壓輸出正常。發(fā)光二極管全部可以正常發(fā)光，電阻和電容全部正常，電位器可以

17、正常調(diào)節(jié)。芯片CD4017和定位器NE555工作正常。當接通電源，流水燈可以正常順暢的流動。5.3 可能問題的預(yù)設(shè)處理（1）若流水燈沒有正常流動，首先檢查電路板是否有虛焊或短路，檢查之后重新測試；若仍有問題，檢查原件是否有錯誤焊接，并進行修正。（2）若流水燈只有部分閃爍，使用萬用表檢查沒有閃爍，LED燈管是否正確安裝或是毀壞，如果反接則重新連接如果毀壞則替換燈管，檢查相關(guān)電路連接部分的焊接以及所連接電阻是否存在問題。（3)若只有一個燈光被點亮且不閃爍，檢查NE555相連電解電容是否反接或毀壞，反接則調(diào)換引腳，毀壞則更換電容；若不是電容問題，考慮是否為NE555的連接上存在問題或NE555本身出

18、現(xiàn)問題，若是連接上的問題進行調(diào)整，若是元件問題向老師索要新元件進行替換。（4)若通電時電路板出現(xiàn)冒煙或元件爆裂，及時切斷電源連接，檢查電路板狀況，檢查出現(xiàn)問題的原因看是否可以繼續(xù)使用。6、課程設(shè)計心得體會此課題主要考察了對數(shù)字電路部分知識的理解和應(yīng)用，理論結(jié)合實踐，使得對以前學(xué)習(xí)的數(shù)字電路有了進一步的認識和學(xué)習(xí)，為以后的學(xué)習(xí)打下了堅實的基礎(chǔ)，并且對本專業(yè)產(chǎn)生了濃厚的興趣。通過這次課設(shè)，鍛煉了我們綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題的能力。這次課設(shè)在老師的指導(dǎo)下以及我們?nèi)M人員的共同努力下，順利地完成 ，這次課設(shè)，雖然只有1周時間，但就在這接近2周時間里，不僅提高了我們個人的動手能力，更培養(yǎng)了我們團隊精神，讓我們在獨立思考解決問題的同時，又相互配合，以致順利完成課程設(shè)計。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。本設(shè)計主要運用編碼、譯碼和555定時器完成的