六回路閃燈的設(shè)計與實現(xiàn)

1、 2012-2013 學年學年 第第 二二 學期學期 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 課課 程程 設(shè)設(shè) 計計 報報 告告題題 目：目： 六路回閃燈的設(shè)計與實現(xiàn)六路回閃燈的設(shè)計與實現(xiàn) 專專 業(yè)：業(yè)： 1111 電子信息工程電子信息工程 班班 級：級： 1111 電信電信 1 1 班班 姓姓 名：名： 鮑家明鮑家明 、曹、曹 凱、常凱、常 賢、陳賢、陳 文、董彬彬文、董彬彬 杜世民、馮傳信、杜世民、馮傳信、 高文韜、葛自立高文韜、葛自立 指導教師：指導教師： 周旭勝周旭勝 電氣工程系2013 年 6 月 2 日 1課題名稱課題名稱六路回閃燈的設(shè)計與實現(xiàn)六路回閃燈的設(shè)計與實現(xiàn)指導教師（職稱）指導教師（職稱

2、） 執(zhí)行時間執(zhí)行時間2012 2013 學年第二學期學年第二學期 第第 14 周周學生姓名學生姓名學號學號承擔任務(wù)承擔任務(wù)鮑家明1109121001555 定時器組成多諧振蕩器的設(shè)計曹凱1109121002555 定時器組成多諧振蕩器的設(shè)計常賢1109121003555 定時器組成多諧振蕩器的設(shè)計陳文1109121004CD4017 的設(shè)計董彬彬1109121006CD4017 的設(shè)計杜世民1109121007多諧振蕩器與 CD4017 的連接設(shè)計馮傳信1109121008多諧振蕩器與 CD4017 的連接設(shè)計高文韜1109121009多諧振蕩器與 CD4017 的連接設(shè)計葛自立1109121

3、010應(yīng)用仿真軟件實現(xiàn)六路回轉(zhuǎn)燈依次點亮設(shè)計目的設(shè)計目的通過本設(shè)計熟悉中規(guī)模集成電路進行時序電路和組合電路設(shè)計的方法，掌握彩燈循環(huán)控制器的設(shè)計方法。 設(shè)計要求設(shè)計要求多諧振蕩器由 555 定時器構(gòu)成、由多諧振蕩器和 CD4017 來實現(xiàn)六路回閃燈的功能、由仿真軟件來實現(xiàn)六路回閃燈的功能。2六路回閃燈的設(shè)計與實現(xiàn)六路回閃燈的設(shè)計與實現(xiàn)摘摘 要要隨著電子技術(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

4、能流水燈的種類已有數(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１疚闹饕M行六路回閃燈的設(shè)計并按要求讓六路回閃燈依次閃亮，六路回閃燈主要是由多諧振蕩器和 CD4017 組成，多諧振蕩器是由 555 定時器構(gòu)成，在仿真軟件上連接好多諧振蕩器和 CD4017 并進行仿真，六路回閃燈依次閃亮即設(shè)計成功。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：六個發(fā)光管；依次點亮；反方向依次點亮；CD4017 ；555 定時器；L E D red 燈。3目錄目錄第一章第一章 概述概述4 41.1 課程設(shè)計的意義41.2 設(shè)計任務(wù)41.3 設(shè)計目的41.4 課程思路4第二章第二章 仿真軟件仿真軟件 MUTLIS

5、IMMUTLISIM 簡介及使用簡介及使用 5 52.1MUTLISIM的簡介52.2MUTLISIM的操作界面5第三章第三章 多諧振蕩器多諧振蕩器6 63.1.555 定時器的功能及構(gòu)成63.2.多諧振蕩器的軟件仿真7第四章第四章. .六路回閃燈的設(shè)計六路回閃燈的設(shè)計9 94.1.CD4017 的功能94.2CD4017 與多諧振蕩器連接后的仿真124.3 六路回閃燈的設(shè)計思路144.4 六回路電路的仿真14第五章第五章. .總結(jié)總結(jié) 1616參考文獻參考文獻17174第一章第一章 概述概述1.1 課程設(shè)計的意義電子技術(shù)實驗是一門重要的實踐性技術(shù)基礎(chǔ)課程。開設(shè)本課程的目的在于使學生理論聯(lián)系實

6、際，在老師的指導下完成大綱規(guī)定的實驗任務(wù)。通過實驗熟悉電工.電子技術(shù)的應(yīng)用中常用的設(shè)備和電子器件，熟悉常用儀器的使用方法，掌握正確記錄.處理實驗數(shù)據(jù)、繪制曲線、分析實驗結(jié)果的方法，從而開發(fā)學生分析問題或解決問題的能力，培養(yǎng)學生具有嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L，實事求是的科學態(tài)度，刻苦鉆研、勇于探索和創(chuàng)新的開拓精神以及遵守紀律、團結(jié)協(xié)作和愛護公物的優(yōu)良品質(zhì)，為今后從事專業(yè)科研工作和工程技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。1.2 設(shè)計任務(wù)LED 燈能夠依次循環(huán)點亮。1.3 設(shè)計目的通過本設(shè)計熟悉中規(guī)模集成電路進行時序電路和組合電路設(shè)計的方法，掌握彩燈循環(huán)控制器的設(shè)計方法。1.4 課程思路此電路主要由三部分組成，其整體框圖如

7、圖所示。振蕩電路 計數(shù)譯碼驅(qū)動電路 顯示電路5第二章第二章 仿真軟件仿真軟件 Mutlisim 簡介及使用簡介及使用 2.1Mutlisim 的簡介Multisim 是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以 Windows 為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。2.2Mutlisim 的操作界面Multisim 是 Interactive Image Technologies (Electronics Workbench）公司推出的以Windows 為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的

8、設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。為適應(yīng)不同的應(yīng)用場合，Multisim 推出了許多版本，用戶可以根據(jù)自己的需要加以選擇。在本書中將以教育版為演示軟件，結(jié)合教學的實際需要，簡要地介紹該軟件的概況和使用方法，并給出幾個應(yīng)用實例。軟件以圖形界面為主，采用菜單、工具欄和熱鍵相結(jié)合的方式，具有一般 Windows應(yīng)用軟件的界面風格，用戶可以根據(jù)自己的習慣和熟悉程度自如使用。啟動 Multisim 2001 后，將出現(xiàn)如下圖所示的界面，界面由多個區(qū)域構(gòu)成：菜單欄，各種工具欄，電路輸入窗口，狀態(tài)條，列表框等。通過對各部分的操作可以實現(xiàn)電路圖的輸入、編

9、輯，并根據(jù)需要對電路進行相應(yīng)的觀測和分析。用戶可以通過菜單或工具欄改變主窗口的視圖內(nèi)容。菜單欄位于界面的上方，通過菜單可以對 Multisim 的所有功能進行操作不難看出菜單中有一些與大多數(shù) Windows 平臺上的應(yīng)用軟件一致的功能選項，如File，Edit，View，Options，Help。此外，還有一些 EDA 軟件專用的選項，如Place，Simulation，Transfer 以及 Tool 等，啟動 Multisim 會出現(xiàn)如下圖 2-1 界面圖 2-1Multisim 啟動界面6第三章第三章 多諧振蕩器多諧振蕩器3.1.555 定時器的功能及構(gòu)成555集成時基電路稱為集成定時器

10、，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用十分廣泛。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器，因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。它的內(nèi)部電壓標準使用了三個5K 的電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極型和 CMOS 型兩大類，兩者的工作原理和結(jié)構(gòu)相似。幾乎所有的雙極型產(chǎn)品型號最后的三位數(shù)碼都是555或556；所有的 CMOS 產(chǎn)品型號最后四位數(shù)碼都是7555或7556，兩者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。555和7555是單定時器，556和7556是雙定時器。雙極型的電壓是+5V+15V，輸出的最大電流可達200mA，CMOS 型的

11、電源電壓是+3V +18V。圖3-1 555時基電路的結(jié)構(gòu)和引腳圖555電路的內(nèi)部電路方框圖如圖1所示。它含有兩個電壓比較器，一個基本 RS 觸發(fā)器，一個放電開關(guān) T，比較器的參考電壓由三只5K 的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器 A1同相比較端和低電平比較器 A2的反相輸入端的參考電平為2/3Vcc 和1/3Vcc。A1和 A2的輸出端控制 RS 觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當輸入信號輸入并超過2/3Vcc 時，觸發(fā)器復位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電，開關(guān)管導通；當輸入信號自2腳輸入并低于1/3Vcc 時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電，開關(guān)管截止。是復位端，

12、當其為0時，555輸出低電平。平時該端開路或接 VCC。DRVc 是控制電壓端（5腳） ，平時輸出2/3Vcc 作為比較器 A1的參考電平，當5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接一個0.01uf 的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T 為放電管，當 T 導通時，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。555構(gòu)成多諧振蕩器如下圖所示，由555定時器和外接元件 R1、R2、C 構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過 R1、R2向 C 充電，

13、以及 C 通過 R2向放電端 Dc 放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容 C 在2/3Vcc 和1/3Vcc之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對應(yīng)的波形如圖3所示。7 555構(gòu)成多諧振蕩器 多諧振蕩器的波形圖輸出信號的時間參數(shù)是： 圖3-2 圖3-3 T=Tw1+Tw2Tw1=0.7（R1+R2）CTw2=0.7R2C其中，Tw1為 VC由1/3Vcc 上升到2/3Vcc 所需的時間，Tw2為電容 C 放電所需的時間。555電路要求 R1與 R2均應(yīng)不小于1K，但兩者之和應(yīng)不大于3.3M。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較

14、強的功率輸出能力。3.2.多諧振蕩器的軟件仿真 在 Multisim 仿真環(huán)境下對多諧振蕩器進行仿真，在多諧振蕩器輸出端連接一個示波器與示波器 A 端口連接 G 端口接地，雙擊示波器會顯示出如下圖 3-4，執(zhí)行 Multisim 右上方的的開始仿真按鈕并得到仿真結(jié)果如下圖 3-5 圖 3-48圖 3-59第四章第四章. .六路回閃燈的設(shè)計六路回閃燈的設(shè)計 4.1.CD4017 的功能CD4017：十進制計數(shù)器/脈沖分配器:CD4017 是 5 位 Johnson 計數(shù)器，具有 10 個譯碼輸出端，CP、CR、INH 輸入端。時鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對輸入時鐘脈沖上升和下降時間

15、無限制。INH 為低電平時，計數(shù)器在時鐘上升沿計數(shù)；反之，計數(shù)功能無效。CR 為高電平時，計數(shù)器清零。Johnson 計數(shù)器，提供了快速操作、2 輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出。防鎖選通，保證了正確的計數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對應(yīng)時鐘周期內(nèi)保持高電平。在每 10 個時鐘輸入周期 CO 信號完成一次進位，并用作多級計數(shù)鏈的下級脈動時鐘。CD4017 提供了 16 引線多層陶瓷雙列直插(D)、熔封陶瓷雙列直插(J)、塑料雙列直插(P)和陶瓷片狀載體(C)4 種封裝形式。工作條件為：電源電壓范圍：3V-15VCD4017 波形圖 4-1 輸入電壓范圍：0V-VDD工作溫度范圍M 類：55-

16、125E 類：40-85極限值電源電壓為：-0.5V-18V10CD4017 邏輯圖圖 4-2輸入電壓：-0.5V-VDD 十 0.5V輸入電流：10mA貯存溫度：-65-150引出端功能符號CO：進位脈沖輸出11CD4017 引腳圖圖 4-3CP：時鐘輸入端CR：清除端INH：禁止端Q0-Q9 計數(shù)脈沖輸出端VDD：正電源VSS：地表表 4-1輸入輸出CPINHCR-0Q9QCOxxH0QLLHL計數(shù)LxLxHLxLxL保持計數(shù)脈沖為-時0Q4QCO=H計數(shù)脈沖為-時5Q9QCO=L12計數(shù)器是用來累計和寄存輸入脈沖個數(shù)的時序邏輯部件。在此電路中采用十進制計數(shù)/分頻器 4017，它是一種用途

17、非常廣泛的電路。其內(nèi)部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是 O0、O1、O2.O9 依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平，寬度等于時鐘周期。4017 有 3 個輸入端（MR、CP0 和CP1） ，MR 為清零端，當在 MR 端上加高電平或正脈沖時，其輸出 O0 為高電平，其余輸出端（O1-O9）均為低電平。CP0 和CP1 是 2 個時鐘輸入端，若要用上升沿來計數(shù)，則信號由 CP0 端輸入；若要用下降沿來計數(shù)，則信號由CP1 端輸入。設(shè)置 2 個時鐘輸入端，級聯(lián)時比較方便，可驅(qū)動更多二極管發(fā)光。4017 有 10 個輸出端（O0O9）和 1 個進位輸出端O5-9。

18、每輸入 10 個計數(shù)脈沖，O5-9 就可得到 1 個進位正脈沖，該進位輸出信號可作為下一級的時鐘信號。由此可見，當 4017 有連續(xù)脈沖輸入時，其對應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。4017 的管腳仿真圖如圖 4-4 所示。其測試電路及波形如圖 4-5 和圖 4-6 所示。注意在用 multisim 仿真軟件時，含有 CMOS 時，電源作 VDD。CD4017 的引腳圖圖 4-44.2CD4017 與多諧振蕩器連接后的仿真將 CD4017 與多諧振蕩器輸出端相連接并將 CD4017 各輸出端分別與邏輯分析儀端口連接雙擊邏輯分析儀適當?shù)男薷膮?shù)并觀察現(xiàn)象連接好電路圖如下1

19、3CD4017 邏輯功能測試圖圖 4-5CD4017 邏輯功能波形圖圖 4-6144.3 六路回閃燈的設(shè)計思路使用 CD4017 實現(xiàn)六路回閃燈，由 CD4017 輸出波形可知第一個脈沖經(jīng)過十次循環(huán)再次返回，由于是六回路所以還剩余四個輸出端未連接，為使 LED 閃燈能夠反方向一次點亮續(xù)利用剩余四個輸出端使用或非門亦可實現(xiàn)。電路圖如下圖 4-7六路回閃燈的電路圖圖 4-74.4 六回路電路的仿真仿真結(jié)果如圖 LED1 到 LED6 依次點亮再反方向依次點亮其仿真結(jié)果如下圖 4-8 和圖4-915六回路電路圖的仿真圖 4-8六回路電路圖的仿真圖 4-916第五章第五章. .總結(jié)總結(jié)通過這次課程設(shè)計

20、，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在整個設(shè)計過程中，我們通過這個方案包括設(shè)計了一套電路原理和芯片上的選擇。這個方案使用了 4017 丶555 定時器丶 LEDred 燈丶電阻丶電感丶電容電源等在設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。我沉得做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些