雙色花樣流動燈

1、課 程 設 計 任 務 書課程設計題目雙色花樣流動燈功能技術指標功能：在時鐘脈沖的控制下，使雙色發(fā)光二極管呈現復雜的流動花樣。指標：1. 脈沖可調。 2. 呈現復雜的雙色流動效果。工作量三周工作計劃3月11日分析題目的功能要求，查找和分析參考資料3月11日至3月13日畫出電路原理圖，分析電路原理圖和列出元器件表3月14日購買元器件3月15日至3月23日安裝電路、電路調試、驗收電路3月23日至3月26日撰寫課程設計說明書3月27日繪制圖紙、準備答辯3月28日答辯 指導教師評語 2013年3月28日 目 錄第1章 緒論11.1 課題背景11.2 設計要求11.2.1 設計題目和設計指標11.2.2

2、 設計功能1第2章 方案選擇32.1 方案一32.2 方案二42.3 方案選定5第3章 電路的方框圖63.1 電路方框圖63.2 電路的工作原理6第4章 單元電路與器件的選擇74.1多諧振蕩器電路74.2十進制計數器電路84.3 LED雙色二極管顯示電路10第5章 整機電路的組成115.1整機電路115.2整機電路原理11第6章 電路的組裝調試136.1元器件的檢測136.2電路的組裝與調試136.3合理布局13結論14收獲與體會15致謝16參考文獻17附錄118哈爾濱*大學課程設計用紙第1章 緒論1.1 課題背景隨著社會的發(fā)展進步，電子產品已經越來越多的走進了大眾的生活。城市的夜晚霓虹閃爍，

3、也給城市的夜晚添加了一道亮麗的風景線。節(jié)假日期間人們在家里布置彩燈，使其更加具有節(jié)日的氣氛。雙色花樣流動燈電路是一例由兩只十進制計數/脈沖分配器CD4017并聯驅動10只雙色發(fā)光二極管，實現流動閃光的控制電路。兩只十進制計數器CD4017共同由一只脈沖振蕩器NE555提供時鐘脈沖，通過輸出電路與雙色發(fā)光二極管的不同方式的連接和調節(jié)振蕩脈沖頻率，使雙色發(fā)光二極管以不同的發(fā)光顏色和不同的流動速度發(fā)出閃光。1.2 設計要求1.2.1 設計題目和設計指標設計題目:雙色花樣流動燈設計指標:1.脈沖可調。2.呈現復雜的雙色花樣流動效果。1.2.2 設計功能接通電源后，IC2、IC3的Q0Q9均輸出低電平，

4、LED1LED10均熄滅。當有時鐘脈沖加至IC2與IC3的CP端后，它們的輸出端Q0Q9依次輸出高電平。在IC2 、IC3輸入的前5個脈沖期間，在LED1LED5中呈現的是一個紅色光點在移動。在610個脈沖期間，在LED1LED5中呈現出的是一個綠色的光點移動LED6LED10中，開始輸人的前5個脈沖期間，LED6LED10中呈現出的是綠色光點在移動，在610個脈沖期間，在LED6LED10中呈現出的是一個紅色光點在移動。當輸入第11個脈沖以后，電路的發(fā)光狀態(tài)重復上述過程。第2章 方案選擇拿到課題當天，在組員的商議下決定分頭去尋找資料以及電路圖。經過一天的查找和搜集后，我們找到了2套方案。2.

5、1 方案一本方案采用如圖2-1所示來設計電路。特點：電路實現方便、設計思路明確、布線簡單、電路的穩(wěn)定性高、調試簡單、易于實現要求。圖2-1電路原理圖雙色花樣流動彩燈電路工作原理：分析電路，由NE555、R1、RP1以及C1組成低頻率的脈沖振蕩器，通過RP1可調節(jié)振蕩器的輸出脈沖頻率。由于振蕩器的輸出的脈沖被同時加至計數器CD4017的CP端，使計數器CD4017的輸出端按照輸入脈沖的頻率依次輸出高電平。 IC2與IC3分別與10個雙色發(fā)光二極管的一個極連接，但它們的連接方式并不是依次順序連接，而是采用以下連接方式: IC2 的5個輸出端Q0Q4與IC3的5個輸出端Q5Q9 相對應，各與5只雙色

6、發(fā)光二極管LED1LED5的R、G極分別連接；IC2的另5個輸出端Q5Q9與IC3的另5個輸出端各與另5個雙色發(fā)光二極管LED6LED10的R、G極分別連接。接通電源后，IC2、IC3的Q0均輸出高電平，其余各輸出端均為低電平。在IC2、IC3輸入的前5個脈沖期間LED1LED5中所呈現的是一個綠色光點在黑色的背景中移動。在610個脈沖期間，在LED1LED5中呈現出的是一個紅色的光點在黑色的背景中移動;而在LED6LED10中，則先是只有一個紅色燈在黑色的背景中移動，接著是綠色燈在黑色的背景中移動。當輸入第11個脈沖以后，電路的發(fā)光狀態(tài)重復上述過程。2.2 方案二本方案采用如圖2-2所示來設

7、計電路。特點：電路調試復雜、布線困難、穩(wěn)定性差、電路復雜但整體上能實現雙色光的流動。圖2-2電路原理圖 雙色花樣流動彩燈電路工作過程:接通電源后，IC2、IC3的Q0均輸出高電平，其余各輸出端均為低電平。這時，在LED1LED5中，除了LED1發(fā)綠光外，LED2LED5均發(fā)橙光；在LED6LED10中，除了LED6發(fā)綠光外，其余LED7LED10均不發(fā)光。 當有時鐘脈沖加至IC2與IC3的CP端后，它們的輸出端Q0Q9依次輸出高電平。在IC2、IC3輸入的前5個脈沖期間LED1LED5中呈現的是一個綠色光點在橙色背景中移動。在610個脈沖期間，在LED1LED5中呈現出的是一個紅色的光點在一個

8、橙色的背景中移動;而在LED6LED10中，則只有一個紅色光點在黑暗背景中移動。當輸入第11個脈沖以后，電路的發(fā)光狀態(tài)重復上述過程。2.3 方案選定由電路的要求可以看出此電路的設計并不是很復雜，而且2套方案均可以實現設計的要求，考慮到電路的性能、成本以及調試等諸多方面后，我們一致認為應該采用方案一。第3章 電路的方框圖3.1 電路方框圖根據課題設計技術指標的要求，該電路主要由多諧振蕩器、十進制計數器、LED雙色發(fā)光二極管構成，其顯示方框圖如圖3-1所示。 圖3-1電路方框圖 3.2 電路的工作原理兩只驅動電路CD4017共同由一只NE555組成的脈沖振蕩器產生的脈沖提供時鐘脈沖，通過輸出電路與

9、雙色發(fā)光二極管的不同方式的連接和振蕩脈沖頻率的調節(jié)，使雙色發(fā)光管以不同的流動速度和不同的發(fā)光顏色發(fā)出閃光，從而達到流水燈的流動效果。第4章 單元電路與器件的選擇4.1多諧振蕩器電路多諧振蕩器是能產生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉換，故又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路。由555定時器構成的多諧振蕩器如圖4-1（a）所示，R1，R2和C是外接定時元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳） 和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到R2和C的連接處，將放電端（7腳）接到R1，R2的連接處。由

10、于接通電源瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā) 端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，放電管VT截止。這時，電源經R1，R2對電容C充電，使電壓uc按指數規(guī)律上升，當uc上升到（2/3）Vcc時，輸出uo為低電平，放電管VT導通，把uc從（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc這段時間內電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關。充電時間常數T充=（R1R2）C。由于放電管VT導通，電容C通過電阻R2和放電管放電，電路進人第二暫穩(wěn)態(tài)。其維持時間TPL的長短與電容的放電時間有關，放電時間常數T放R2C0隨著C的放電

11、，uc下降，當uc下降到（1/3）Vcc時，輸出uo。為高電平，放電管VT截止，Vcc再次對電容c充電，電路又翻轉到第一暫穩(wěn)態(tài)。不難理解，接通電源后，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/32/3）Vcc 之間變化。圖4-1（b）所示為工作波形。（a）555定時器構成的多諧振蕩器電路 (b)工作波形圖4-1多諧振蕩器電路根據UC的波形波形可以確定振蕩周期：T = TPH + TPLTPH對應的充電時間：TPH = 0.7( R1 + R2 )CTPL對應放電時間：TPL = 0.7R2 C振蕩周期：T = TPH + TPL =0.7(R1 +

12、2R2 )C振蕩頻率：f = 1/TNE555的指標：工作頻率:0Hz1000Hz工作電流:200mA工作電壓5V15V4.2十進制計數器電路十進制計數器電路由CD4017來完成。CD4017是十進制計數分頻器，它的內部由計數器及譯碼器兩部分組成，其引腳圖如圖4-2所示。該芯片的譯碼輸出實現對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是Q0、Q1、Q2、Q9依次出現與時鐘同步的高電平，寬度等于時鐘周期。CD4017有10個輸出端（Q0Q9）和1個進位輸出端。每輸入10個計數脈沖，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。CD4017有3個輸（MR、CP0和CP1），MR為清零端，當在M

13、R端上加高電平或正脈沖時其輸出Q0為高電平，其余輸出端（Q1Q9）均為低電平。CP0和CPl是2個時鐘輸入端，若要用上升沿來計數，則信號由CP0端輸入；若要用下降沿來計數，則信號由CPl端輸入。設置2個時鐘輸入端，級聯時比較方便，可驅動更多二極管發(fā)光。 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。CD4017有兩個時鐘端CP和EN，若用時鐘脈沖的上沿計數，則信號從CP端輸入；若用下降沿計數，則信號從EN端輸入。設置兩個時鐘端是為了級聯方便。圖4-2CD4017的引腳圖該芯片的引腳功能如下：電源電壓范圍：3V-15V電源電壓極限值：-0

14、.5V-18V輸入電壓極限值：-0.5V-VDD 十0.5V輸入電流極限值：±10mA引出端功能符號CO：進位脈沖輸出CP：時鐘輸入端CR：清除端INH：禁止端Q0-Q9 計數脈沖輸出端VDD：正電源VSS：地4.3 LED雙色二極管顯示電路發(fā)光二極管（LED）是用半導體材料制作的正向偏置的PN結二極管。其發(fā)光機理是當在PN結兩端注入正向電流時，注入的非平衡載流子（電子空穴對）在擴散過程中復合發(fā)光，這種發(fā)射過程主要對應光的自發(fā)發(fā)射過程。按光輸出的位置不同，發(fā)光二極管可分為面發(fā)射型和邊發(fā)射型。我們最常用的LED是InGaAsP/InP雙異質結邊發(fā)光二極管。雙色發(fā)光二極管內部其實是兩個管

15、芯；一般是三個引出線，有共陰和共陽兩種封裝,其外型圖和電路圖形符號如圖4-3所示。圖4-3三端變色發(fā)光二極管的外形圖和電路圖形符號第5章 整機電路的組成5.1整機電路整機電路原理圖如圖5-1所示。圖5-1電路原理圖5.2整機電路原理電路主要由兩只十進制計數器CD4017、一只多諧振蕩器NE555及十只雙色發(fā)光二極管組成，兩計數器的每一個輸出端共同驅動一只雙色發(fā)光二極管，通過輸出端與發(fā)光二極管的交叉連接，在時鐘脈沖的作用下，兩只計數器輸出的脈沖使雙色發(fā)光二極管呈現出復雜的流動花樣變化。在NE555制造的雙色花樣流動燈電路中，NE555與R1、RP1及C1組成低頻率的脈沖振蕩器，通過RP1可調節(jié)振

16、蕩器的輸出脈沖頻率。由振蕩器輸出的脈沖被同時加至兩只CD4017的CP端，使兩只CD4017的輸出端按照輸入脈沖的頻率依次輸出高電平。 IC2與IC3分別與10個雙色發(fā)光二極管的一個極連接，但它們的連接方式并不是依次順序連接，而是采用以下連接方式: IC2的5個輸出端Q0Q4與IC3的5個輸出端Q5Q9相對應，各與5只雙色發(fā)光二極管LED1LED5的R、G極分別連接；IC2的另5個輸出端Q5Q9與IC3的另5個輸出端各與另5個雙色發(fā)光二極管LED6LED10的R、G極分別連接。接通電源后，IC2、IC3的Q0均輸出高電平，其余各輸出端均為低電平。這時，在LED1LED5中，除了LED1發(fā)綠光外

17、，LED2LED5均發(fā)橙光；在LED6LED10中，除了LED6發(fā)綠光外，其余LED7LED10均不發(fā)光。 當有時鐘脈沖加至IC2與IC3的CP端后，它們的輸出端QOQ9依次輸出高電平。在IC2、IC3輸入的前5個脈沖期間LED1LED5中呈現的是一個綠色光點在橙色背景中移動。在610個脈沖期間，在LED1LED5中呈現出的是一個紅色的光點在一個橙色的背景中移動;而在LED6LED10中，則只有一個紅色光點在黑暗背景中移動。當輸入第11個脈沖以后，電路的發(fā)光狀態(tài)重復上述過程。第6章 電路的組裝調試6.1元器件的檢測電路組裝調試之前首先要對所用元器件進行檢測，判斷元器件的好壞和確定元器件的引腳及

18、極性。6.2電路的組裝與調試檢測萬元器件好壞和極性后便可組裝電路了，根據電路原理圖在萬用板上焊接電路，在焊接電路前要合理的各個元件的位置，并要注意芯片的位置與引腳功能，以及三極管的極性，避免在調試過程中損壞元器件。焊接完畢后檢查一下是否存在虛焊、漏焊的地方，以減少在調試過程中出現不必要的麻煩。檢查完畢后就可進行調試了，在調試過程中要注意電源線與地線的連接，以及各芯片的工作電壓。6.3合理布局電路在安裝前要將各級進行合理布局，一般我們本著以下原則：1.了解元件管腳功能。2.布線盡可能少，并盡量減少交叉，要求規(guī)律有制。3.電源線用紅線，地線用黑線。4整體電路美觀大方。注意事項：1電路板各個所用電源

19、，地都連起來。2防止接線短路3元件不可接反、接錯。結論此電路是一例由兩只十進制計數/脈沖分配器CD4017并聯驅動10只雙色發(fā)光二極管，實現流動閃光的控制電路。兩只十進制計數器CD4017共同由一只脈沖振蕩器NE555提供時鐘脈沖，通過輸出電路與雙色發(fā)光二極管的不同方式的連接和調節(jié)振蕩脈沖頻率，使雙色發(fā)光二極管以不同的發(fā)光顏色和不同的流動速度發(fā)出閃光。此次課程設計使我充分的掌握了電子技術理論知識相結合，培養(yǎng)了我的動手能力以及分析、解決問題的能力。在整整三星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通

20、過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 收獲與體會經過三個星期的實習，過程曲折可謂一語難盡。從開始時滿富盛情到最后汗水背后的復雜心情，點點滴滴無不令我回味無長。通過這次的課程設計，使我學會了很多東西，包括書本上的理論知識計書本上學不到的知識。具體收獲與體會如下：1、 通過課程設計，使我加深了對所學理論知識的理解與鞏固，并能將課本上的純理論應用到實踐中，進一步加深了對知識的認識，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。同時也有助于對其他知識

21、的理解。更使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 二、培養(yǎng)了我的耐心、仔細、謹慎的工作態(tài)度。這次課程設計的內容中需要繪圖。在繪圖過程中，對比例的選定以及合理的布圖都要有細致的規(guī)劃，這是最考驗一個人的耐心與嚴謹態(tài)度的過程，只有這樣才能使繪制的機構簡圖更準確、更美觀。三、通過這次課程設計，使我更充分的認識了團隊合作的重要性。由于這次課程設計是以小組為單位，每個人都有不同的分工。所以在進行各自分工的情況下還要考慮其他組員，只有這樣才能小組順利完成任務。在這次課程設計的過程

22、中，我們小組成員之間都互相幫助，共同思考，相互查漏補缺，這樣得以保證高速、高效率的完成任務，充分體現了團隊精神。讓我充分地認識到我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結協(xié)作的精神。任何人的離群都可能導致整項工作的失敗。課設中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導致整個工作失敗。團結協(xié)作是我們實習成功的一項非常重要的保證。而這次實習也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。課程設計是簡單的畢業(yè)設計，通過這次課設，給與我們時間的機會，是我們積累了經驗，為我們以后的學習打下了基礎，也為畢業(yè)設計鋪平了道路。致謝為期三周的課程設計不僅提高了我的動手能力和綜合運用知識的能力，更使我對電路布線、調試等方面有了更深層次的理解。本設計的完成是在我們的指導老師丁文飛老師的悉心指導下進行的。在每次設計遇到問題時老師不辭辛苦的