定時器接成的多諧振蕩器論文

1、湖南省婁底職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 系 部 電子信息工程系 專 業(yè) 應用電子技術 班 級 姓 名 學 號 指導老師 題 目 數(shù)字流水燈設計 出題時間 2012年11月15日 完成時間 2012年12月30日 目錄一、方案論證、比較與選擇31.1工作時鐘源設計31.2 方案的選擇3二、系統(tǒng)電路的組成42.1 設計框圖42.2 555定時器電路42.3CD4017十進制計數(shù)器電路73.4 發(fā)光二極管顯示電路如圖7所示103.5 電路工作原理11三、 整體電路的設計123.1 元器件的選擇123.2 仿真原理圖133.3 PCB板的制作133.5 安裝和焊接16四 設計心得體會18致謝19結束語20摘

2、要：采用數(shù)字集成電路的控制方法,結合十進制計數(shù)器/譯碼電路設計了該控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電源、時鐘電路、計數(shù)器和譯碼顯示電路4部分組成。能實現(xiàn)任意方式的流水,只要改變每路發(fā)光二極管的數(shù)目和圖案,就可以實現(xiàn)隨心所欲的流水花樣。它可作為工作狀態(tài)指示,具有環(huán)保、節(jié)能等特點。關鍵詞：流水燈 555定時器 CD4007 燈在脈沖作用下順序，循環(huán)點亮。 一、方案論證、比較與選擇1.1工作時鐘源設計A、 采用555定時器接成的多諧振蕩器。555定時器是多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它能極方便的構成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，使用靈活，方便。555定時器在波形產(chǎn)生和交換，測量與控制中應用廣泛成熟準

3、確。B、 采用三極管多諧振蕩器三極管多諧振蕩器是一種矩形脈沖產(chǎn)生電路，這種電路不需外加觸發(fā)信號，便能產(chǎn)生一定頻率和一定寬度的矩形脈沖，常用作脈沖信號源。由于矩形波中含有豐富的多次諧波，故稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器工作時，電路的輸出在高、低電平間不停地翻轉，沒有穩(wěn)定的狀態(tài)，所以又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。C、方案比較 555定時器接成的多諧振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號驅動能力較強，555通過改變R和C的參數(shù)就可以改變振蕩頻率，電路參數(shù)容易確定，使用簡單，信號穩(wěn)定，調試方便，而三極管多諧振蕩器，不易調試，輸出信號驅動能力不強且信號不夠穩(wěn)定，故選用555定時器接成的多諧振蕩器作為系統(tǒng)的時鐘源。1.2 方案的選擇 根

4、據(jù)比較，最終選擇方案A采用555定時器接成的多諧振蕩器。二、系統(tǒng)電路的組成2.1 設計框圖基本原理設計框圖如下圖1所示圖1設計框圖2.2 555定時器電路A 555定時器電路原理介紹如圖2所示圖2 555芯片運用定時電路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，因電容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R1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2/3時，集成塊NE5

5、55的內部觸發(fā)器被復位，3腳的輸出電壓翻轉為低電平。同時集成塊NE555內部的放電管導通，即7腳通過內部的放電管和1腳相通，C2上儲存的電荷就通過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1/3時，集成塊NE555的內部觸發(fā)器被置位。同時集成塊NE555內部的放電管截止，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，周而復始，形成振蕩。輸出端的高電平維持時間取決于電容C2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R2R1，故可以認為f放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，需要調整R1、R

6、2、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。B 555定時器簡介 555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。功能表如表1所示 表1 555定時器的功能表 清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端Q放電管T功能00導通直接清零101x保持上一狀

7、態(tài)保持上一狀態(tài)1101截止置11001截止置11110導通清零555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖1所示。它內部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3 ，555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸

8、空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。 它的各個引腳功能如下： 1腳：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。 8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。

9、 3腳：輸出端Vo 2腳：低觸發(fā)端 6腳：TH高觸發(fā)端 4腳：是直接清零端。當此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。 5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。 7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。 在1腳接地5腳未外接電壓，兩個比較器A1、A2基準電壓分別為的情況下， 當555定時器組成自激多諧振蕩器時，輸出的矩形脈沖的周期為：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

10、+R2）；低電平的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間為：T2=0.7R2*C。占空比：q%=R1/(R1+R2) 圖3 555定時器引腳功能圖2.3 CD4017十進制計數(shù)器電路A CD4017十進制計數(shù)器電路原理如圖4所示圖4 CD4017顯示圖其功能是：當復位端Cr加上高電平和正脈沖時，輸出端Q0為高電平，其余9個輸出端Q0Q9均為低電平。時鐘輸出端CP對輸入時鐘脈沖的上升沿計數(shù)，EN則對時鐘脈沖的下降沿計數(shù)。Q0Q9這10個輸出端的輸出狀態(tài)分別與輸入的時鐘個數(shù)相對應。如從0開始計數(shù)，則輸入到第1個時鐘脈沖時，Q1就變成高電平，輸入第2個時鐘脈沖時，Q2變成高電平直到輸入第10個時鐘脈沖，Q0變?yōu)楦唠娖健Ｍ瑫r

11、，進位端C0就輸出一個進位脈沖，作為下一級計數(shù)的時鐘信號。Cr為復位端，也為清零端。當Cr輸入高電平時，電路復位，即輸出端Q0為高電平，Q1Q9為低電平。如此反復，只要集成塊NE555的3腳送來的二進制信號不消失，CD4017將二進制信號轉換為十進制信號的計碼工作就會反復進行下去。由此可見，當CD4017有連續(xù)脈沖輸入時，其對應的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。A CD4017十進制計數(shù)/分配器的介紹CD4007由3 個n 溝道和3 個p 溝道增強型MOS 晶體管構成 通過改變晶體管各單元的連接 可廣泛用作反相器 波形整形電賂 與非 或非 門線性放大器時鐘門 傳輸門和高扇

12、出緩沖器等電路CD4017提供了14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 種封裝形式推薦工作條件: 電源電壓范圍 3v 18v輸人電壓范圍 0v Vdd 工作溫度范圍: M類 55 125E 類 40 85極限值: 電源電壓 0.5v 18v、輸入電壓 0.5v Vdd 0.5v輸人電流 士10mA貯存溫度、 65 150焊接溫度 235引出腳功能符號:A D 互補對柵極 G 互補對P 管源極 J 反相器P 管源極B E 互補對P 管漏極 H 互補對N 管源極 K 反相器N 管源極引腳分配圖5 引腳分配圖引腳說明3個輸入端（2個時鐘輸入端CP的1

13、4腳、EN的13腳復位端Cr的15腳）。有10個輸出端Q0Q9（依次為3腳、2腳、4腳、7腳、10腳、1腳、5腳、6腳、9腳、11腳）。還有一個進位端CO 。CD4017 內部結構圖如圖6所示圖6 CD4017 內部結構圖3.4 發(fā)光二極管顯示電路如圖7所示圖7顯示電路圖發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二

14、極管，通稱LED。 當它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。3.5 電路工作原理設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。在設計電路時，本文選用的脈沖發(fā)生器是由NE555與R2、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進行調節(jié)。由于RP的阻值較大，所以有較大的速度調節(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。電路工作圖如圖8所示圖8電路工作圖 三、 整

15、體電路的設計3.1 元器件的選擇元件清單如表2所示表2元件清單表序 號編 號名 稱數(shù) 量1CD4017十進制計數(shù)/分配器12NE555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器13R12K電阻14R2500K電位器15R31K電阻16R40.24k電阻87C11000F電容18C210F電容19C3470F電容110LED發(fā)光二極管1211導線若干3.2 仿真原理圖 圖9仿真原理圖仿真過程電路的連接與仿真是我們這次畢業(yè)設計的主要任務之一，也是整個過程的最難的階段。仿真這部分工作在WWB仿真軟件上進行。對于電路的仿真分為幾個部分，分別對電路各個部分的功能都進行仿真調試之后，每連接一部分都要調試一次，才能確保最后的成功。EWB

16、這個仿真軟件以前用的很少，對它的基本仿真過程不是很了解，而且有些器件的位置也不是很明確，只能一邊學習，一邊仿真，過程很慢但收獲很多。用EWB軟件對已經(jīng)畫好的流水燈電路圖進行仿真。仿真中電路圖實現(xiàn)的功能有八個發(fā)光二極管按順序依次亮滅，按下復位開關后又恢復從新亮滅。當如果按下定時開關，八個發(fā)光二極管隔斷時間亮滅。3.3 PCB板的制作在各單元電路設計的基礎上，用 DXP 軟件畫出單元電路，再把各個單元電路連接起來，畫出符合軟件要求的系統(tǒng)整體邏輯電路圖。系統(tǒng)整體電路設計完成后，對系統(tǒng)整體進行仿真，驗證設計的正確性。通過查閱數(shù)字電路器件手冊或網(wǎng)絡，掌握所選電子元器件，尤其是中大規(guī)模集成電路的性能、引腳

17、定義以及封裝形式，明確各器件的輸入端、控制端對信號的要求和輸出信號的特點。畫出電路圖后，檢查無誤就對每個器件進行封裝，再生成PCB文件，設置好焊盤的大小，元件的尺寸大小后按照原理圖把器件的位置擺放規(guī)范，設置好布線規(guī)則。在設置成單層板后就可以布線了，布完線后檢查無誤就能做電路板 如圖9所示圖10 PCB圖3.4 電路板的制作流程本次我采用的是腐蝕法手工制作PCB板，制作方法有如下幾步：1、打印PCB圖 先設置打印層面，在設置打印尺寸，這時候要考慮覆銅板的大小，將要打印的原理圖打印在轉印紙的亞光面2、轉印PCB圖根據(jù)電路板的大小裁剪所需要的覆銅板，不要太大，也不要太小，大小適中；然后將打印的電路板

18、圖形和覆銅板貼緊，并固定好；等轉印機的溫度達到150度之后，將覆銅板放進去轉印。按照上述方法，重復23次，電路板圖形即可轉印到覆銅板上，如果轉印后有斷線，可以用油性墨筆修復。3、腐蝕、清洗及修整 首先將固體三氯化鐵和水按比例（三氯化鐵35%，水占65%）溶化在塑料盤里，接下來將轉印有電路圖形的覆銅板放入塑料盤中，這時候要注意，要確保三氯化鐵溶液能夠完全浸泡覆銅板，浸泡幾分鐘后，三氯化鐵水溶液即可腐蝕掉不需要的銅箔，當不要的的銅箔完全被三氯化腐蝕完后，應立即將電路板取出，用清水沖洗殘余的三氯化鐵，最后用小刀或者刀片將電路板上應腐蝕而未腐蝕的銅箔及有毛刺的銅箔進行修整。4、鉆孔、涂助焊劑 首先用手

19、動鉆孔機在電路板上元器件引腳的過孔位置鉆出合適的引腳孔，然后用細砂紙將電路板及引腳過孔打磨干凈，最后立即在電路板電子線路部分涂上助焊劑，防止電路板上的走線和焊盤氧化，助焊劑的制作方法（松香占22%，酒精占78%混合而成就是助焊劑）。制作的PCB如圖36所示。5、印字符層 將字符層打印在轉印紙上面，然后把打印好字符層的轉印紙貼在覆銅板的反面，固定好，再放入轉印機里面，最后字符層就制作成功了。圖11 pcb板3.5 安裝和焊接 1、焊前準備（1） 熟悉所焊印制板的裝配圖，并按裝配圖檢查元器件型號、規(guī)格及數(shù)量是否符合圖紙上的要求，發(fā)現(xiàn)問題應及時向有關人員反映。（2） 材料代用一律以技術部下發(fā)的“元器

20、件代換通知單”為準，其它人員無權作更改代用決定。（3） 檢查各種元件的引線是否氧化過重、元件標識是否不清，如有以上情況，必須將其挑選出來以作其它處理。（4） 檢查印制板是否有變形撓曲。2、裝焊順序 一般情況下，應按電阻、電容、二極管、三極管、集成電路、大功率管順序插焊。 元器件裝焊順序依據(jù)的原則是：先低后高，先小后大。3、插裝方法（1） 電路板一般采用插焊方法。（2） 對于軸向兩端元件均指臥式插法。元件體距離印制板表面距離應在1.5mm左右，對于大功率的二極管、電阻高度距離應為25mm，以便散熱。（3） 插裝時，應將元件的標識置于便于辨認的方向（除特殊要求外），對于臥焊的元件，元件標志位于元件

21、的上方。對于呈行列順次排列的元件，其標識應以整齊美觀為原則。圖12產(chǎn)品裝配圖3.6 實驗調試與分析完成電路設計，安裝元器件及連好導線后，進行實驗結果測試。實驗前首先完成以下步驟：1.檢查電路原理圖及導線的連接。在電腦上仿真，能夠得出正確的實驗現(xiàn)象，所以電路原理圖正確。檢查導線的連接是否與電路原理圖上一致。2.檢查導線的連接。對照電路原理圖，用數(shù)字萬用表打到合適的檔位，測試各對應的接點是否連接好并導通。3.檢查實驗儀器和器材是否完好。電源5伏直流電壓輸出正常，CD4017芯片測試其功能均正常，用萬用表檢查開關，按下時導通均正常。完成上述步驟后，接通5伏的直流電源，實驗現(xiàn)象為：按下開關，發(fā)光二極管

22、出現(xiàn)循環(huán)亮暗變化，其中包括單向循環(huán)以及間歇亮暗，通過改變相關電阻或電容的大小，進一步確定發(fā)光二極管各自發(fā)光停留的時間，從而形成多彩的流水燈效果。至此，多功能流水燈電路設計，調試與實驗成功。四 設計心得體會4.1 心得體會 時間如流水細而不斷，看起來漫長，卻無時無刻不在逝去；想挽留，但無力回天，一伸手，有限的時光卻在指間悄然溜走，我的畢業(yè)設計終于結束了。在這期間我收獲了很多讓我體會到有笑有累的光陰。非常感謝學校的老師一直陪伴著我們，每當思路上遇到困難的時候都是因為你們的幫助。通過這次的設計，加深了我們對單片機理論的理解，加強了理論聯(lián)系實際的能力，而且還培養(yǎng)了我們不畏困難的挑戰(zhàn)精神，從而不斷地戰(zhàn)勝

23、自己，超越自己，我在這一設計過程中，學會了堅持不懈，不輕言放棄。設計過程，也好比是我們成長的歷程，常有一些不如意，這就像是對我們人生的挑戰(zhàn)，勇敢過，戰(zhàn)勝了，勝利的鐘聲也就一定會為我們而敲響。 這個設計過程中，我們遇到了許多困難，例如在程序的編寫過程中常常出錯，經(jīng)常把共陰級和共陽級程序弄混。最后在我們共同的努力下，經(jīng)過多次的嘗試我們的程序終于仿真成功。有時候，面對這些困難，真想要就此罷休，但是經(jīng)過同伴的鼓勵我明白了結果并不是全部，過程也是非常重要的。最終，我們完成了這個設計，雖然不是很成功，但是我們卻學到很多東西，可以說這次課程設計是我們大學生活不可多得的一次經(jīng)歷?？傊m然這次的畢業(yè)設計結束了，

24、但我學到了很多，但我知道這只是一個開始而已。我要對自己的有更高的要求，才能作為動力不斷的取得新的成績。實習設計中讓我學會了不少東西。原來那種浮夸的心態(tài)沒有了，取而代之的是腳踏實地的努力工作學習。當我擺正自己的心態(tài)，以積極樂觀向上的心態(tài)投入到設計當中，突然覺得心中又多了一份人生的感悟，這次畢業(yè)設計讓我深刻的體會到了專業(yè)的重要性，讓我給自己有了一個更好的定位，為將來的工作打好了基礎。 致謝 畢業(yè)論文暫告收尾，這也意味著我在婁底職業(yè)術學院的三年的學習生活既將結束?；厥准韧?，自己一生最寶貴的時光能于這樣的校園之中，能在眾多學富五車、才華橫溢的老師們的熏陶下度過，實是榮幸之極。在這三年的時間里，我在學習上和思想上都受益非淺。這除了自身努力外，與各位老師、同學和朋友的關心、支持和鼓勵是分不開的，老