CD4017流水灯.doc

《CD4017流水灯.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CD4017流水灯.doc（17页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 数字电路课程设计题 目： CD4017流水灯 学 院： 测试与光电工程学院专业名称： 测控技术与仪器班级学号： 10081413 学生姓名： 李陈伟指导教师： 金信鸿二O一 三年 6 月17 0 出旦 应程 英 0社出等）第部-基技 康 社业电 计统与理 宁齐 0版工教语片 祥 大华 与制路电程教 惠 - 出高 第部-基术 华文意的深表结顺这不帮有没进顺设问的我，上设并题讨和设时在学几小一我生生我心责高神取度学的师地示师向精时的师老中个改计最直料题的从的顺我才的辛师问计次。下心的指们完致础基用应研为的器 明，用识本何了明实与设次。 实更水花以数的 增，加想，有灯控机点，式以灯的法但彩绚灯，二

2、发更可芯0 用如速水制值 电过能灯了，电上元将成图电 在，原结 实作为。现实换更被定 该认所右 该下正为脚器 检用了不极后二可避该应注但接源电正清在样接极源，中在，灯到看 其上电入全将电调实路入件毕完变度流组流以我，滑时 果仿图看以我正将逐按 出印一图分供，留保图，刷果仿后失结运果真结仿电时者。态图和仿互包)仿虚 ( 。真观直仿行理作对方们 图 图图连的将图 图 连进的点用 连行件所图 放即击 图 所 件所查元件拾 放找件大其功，和路的析分 机集是，能制图的有件等 境调件方第同功有必也系软此态前器存变观可同试等、单有统仿在功试供片围各列系、0、 、 、 、列、 、0有机的支真的片主等生信仪分波

3、，拟种；真仿 盘、 器调 仿 、系路外及、路电仿电模结真 真机现有特件路成件模析仿可统作 运具辑理强又而种 件软编 级一 件台仿设系的款是 ，分 中真行线件围外、路数、电以可式模( 件 过所 ，可化真电其大能仿及设 板电辑图样工 和 成和拟各真可上作 行。软与设型新的好子备年彩面齐且并计进处对还析行路的术子电能不于种多版制电，强件 应广球，的 有软 司 国件 介介做下 软仿调调图能功流，状亮被则波，被一就数周个来器 用用阻接管发右. ，高口 ，电口则 计例时到数位进 、 、 数对 - 加沿上电变电当每接，器定 述图图 见情电接 ：电正出冲计 止：除清入钟脚引 . 0 0 / / . / 输输符

4、功清清，高 效无，；计钟在数电低 制时和上钟入功整脉发特 / : 钟。输 端出 ，计 0 配脉数计 果果计，计波平对，号的时 是的 0 部 灯流形管二发，计 被方波发0 将可上图图 见形出 /= 率 .= - *.* 0 = 间平的 -* .00= 间平的的输端算们的路图. 和 形期一就出电，周如电转电， 、. ）+= 间需 / 个 / 充器容、过 时电 .、. 间间 容。为 时 下 下 放和通电， 极放，低 到上，被容后通图 （路接时 清导置截置截状一状一清导功管发 端零能功定 示 能电 况的电 器个电外脚 。 为的 电 .范 电型双 源电的时定用极电与。放端端 扰入引接 0入端时不当压的个

5、部改，外若压电 平平应不，为输时，于 论此作电则电端。端接 端发触地下况，或端电下下脚各器 图 态持保，器， = 单 / , 当 平电 出截极点 器 简电输器，平 较， /当阻拉接般 （管该器定使路提接为极放态状管放存 控 、器比 和 就压基 较， 电）压控。输为端入信 脚端输称端信 比 为分基和器较容的左00对（悬压端当考提、器比器成串的个。所图构内其器及 极器 简、和器电分电内定 部时 路总 见图为，理与能现可使管，阻部记标高并数电收对计进 面面动量电器家器于应器作它电生产器密及态、振谐以，阻个要，可低成础了打水对，的复不易单此效了并水 与定 用尝学，准社后，实将更，些务生三大术控名作控路

6、亮灯成组水很即灯，丽绚夜虹的引 字签导 原原 。用性可路究，电变方解问遇作制时理工 0 的波发定 着，用到程作在路，仿 ，功流容电加数制 ，时 表值图引体）0、 （芯了过，序提的给路成器 理数码码中电数主能图各定具就，势其灯计 用考综用，路但功现也单；性当有的流多所等招、装如十有的水多，魅城造明城自造水同采些还，与可更壁、装装铺店乐各。普得定，着水多进突字其发的子要信：老指 班 陈姓生 水水 鸿信：版学清奎志张惠 与、路子教 版学工滨著云施思订程实电 版版高编华学湖导计程子 版版教 第技电数阎料资告报设的完题问题发中于法调本基电握会等波、流电流源流用仪仪的握件元种选，册资法法件软 线电软 线骤

7、和的设技步并的学运综炼，程，设立求 流0 称生 陈 0 系术技务任学电 三信金 师陈陈 ： 仪术控 ：学学光 院 水流0 目 设路 设 0水 光 师 金 电术0陈称 求，综的技设 件资选元仪用流、会握调发题设告数第 程华高版程订著版 路 惠学：鸿 水生 班 老信子突水，普乐铺壁与些水城城魅有十招多当单现，考 计，定图中码 给的， ）图值， 电容 ，程用 波0工作解电究用 原 字 的绚灯很灯控名大些，后社用定 效易不对础可个阻振密生它应家电面对电标阻使现与为 路 部 内和 极器构个串比提当对左容器为 信输 信为）， 比 存放极接路管般拉 , 比平 置出 2/3Vcc,V21/3Vcc时，比较器C

8、1输出低电平，比较器C2输出高电平，简单SR锁存器Q端置0，放点三极管T导通，输出端Vo为低电平。 当V62/3Vcc,V21/3Vcc时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，简单SR锁存器Q端置1，放点三极管T截止，输出端Vo为高电平。 当V61/3Vcc时，简单SR锁存器R=1，S=1，锁存器状态不变，电路保持原状态不变1。 图2 555定时器的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。2脚：低触发端3脚：输出端Vo4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制

9、电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。6脚：TH高触发端。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表61示。下表为 555定时器的功能表清零端高触发端TH低触发端Q放电管T功能00导通直接清零101x保持上一状态保持上一状态1101截止置11001截止置11110导通清零 下

10、图为NE555定时器外围连接电路见图（3） 图3 接通电源后，电容C1被充电，当V2上升到2/3Vcc时，使V3为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C1通过R3和T放电，V2下降。当V2下降到1/3Vcc时，V3翻转为高电平。电容器C3的放电时间为 Tpl=R3*C1*Ln2.（2、1.1） 当放电结束时，T截止，Vcc将通过R2、R3向电容器C1充电，V2由1/2Vcc是个上升到2/3Vcc所需时间为 Tph=（R2+R3）*C1*Ln2.（2、1.2）当V2上升到2/3Vcc时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波6。依据公式2、1.1和2、1

11、.2和图3电路图中的数据我们可计算出输出端3输出的方波的低电平时间为 Tpl=37000*0.7*2.2*10-6 =57ms输出方波的高电平时间为 Tph=（37000+1000）*0.7*2.2*10-6 =58.5ms所以频率 F=1/(Tpl+Tph)=8.7HZ下图为仿真出的波形（见图4） 图4 由上论述可知3脚将向CD4017发送方波，此方波会被CD4017计数，从而控制发光二极管亮暗，形成流水灯。2、2 CD4017部分 CD4017实现的功能是对555定时器发来的信号采集，也即对高低电平的方波进行计数，然后输出计数结果。 CD4017：十进制计数器/脉冲分配器，CD4017 是

12、5 位Johnson 计数器，具有10 个译码输出端，CP、CR、INH 输入端。时钟输 cd4017入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH 为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。CR 为高电平时，计数器清零引出端功能符号CO：进位脉冲输出 CD4017引脚图CP：时钟输入端CR：清除端INH：禁止端Q0-Q9 计数脉冲输出端VDD：正电源VSS：地下图为CD4017接入电路的情况（见图5） 图5 如图5所述，14脚接定时器的3脚，13脚接地，每当方波由低电平变为高电平的上升沿是计时器加1，Q0-Q9脚对应计数的0、1、2、3、4、5、

13、6、7、8、9，CO脚是进位脚，当计数到10时就进位，例如计数2次，则Q2端口输出高电平，计数4次则Q4端口输出高电平，电压在3.5V左右，发光二极管需接一电阻起限压作用。 这样由555定时器发来的方波每个周期计数一次，就有一个灯被点亮，当方波持续则灯依次被点亮形成流水状，实现流水灯的功能。3 电路图仿真与调试仿真需用到仿真软件protues，下面对其做简单介绍 Proteus 软件是由英国 Labcenter Electronics 公司开发的EDA工具软件，已有近20年的历史，在全球得到了广泛应用。Proteus 软件的功能强大，它集电路设计、制版及仿真等多种功能于一身，不仅能够对电工、电

14、子技术学科涉及的电路进行设计与分析，还能够对微处理器进行设计和仿真，并且功能齐全，界面多彩，是近年来备受电子设计爱好者青睐的一款新型电子线路设计与仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路2。Proteus具有和其他EDA工具一样的原理图编辑、印刷电路板(PCB)设计及电路仿真功能，最大的特色是其电路仿真的交互化和可视化，如图2-1所示。通过Proteus软件的VSM(虚拟仿真模式)，用户可以对模拟电路、数字电路、模数混合电路、单片机及外围元器件等电子线路进行系统仿真。其中Proteus软件由ISIS和ARES两部分构成，其中ISIS是一款便捷的电子系统原

15、理设计和仿真平台软件，ARES是一款高级的PCB布线编辑软件。Proteus ISIS是一种操作简便而又功能强大的原理图编辑工具，它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路，该软件的特点有： 实现了单片机仿真和SPICE电路仿真的结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真等功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z

16、80系列、HC11系列以及各种外围芯片。 提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。 具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的电路设计和仿真软件，功能极其强大。3.1 元件的查找和放置点击Component Mode按钮 拾取元件，从元件库中查找所需元件。如图6所示 图6放置元件 单击左键即可放置 图73.2 对所放置的元件进行连线 用鼠标点击元件的端口进行连线 如图

17、8 图8然后依次将所有的端口连线 如图9 图9通过Proteus我们可以方便的对所制作的电源原理图进行仿真，直观的观察到仿真结果。Proteus ISIS的VSM(Virtual Simulation Mode，虚拟仿真模式)，包括交互式动态仿真和基于图表的静态仿真。前者用于即时观看电路的仿真结果，仿真结果在仿真运行结束后即消失；后者的仿真结果可随时刷新3，以图表的形式保留在图中，可供以后分析或随图纸一起打印输出。点击Proteus的play按钮，在逐一将错误改正之后，我们可以看到电路图的仿真效果。见图 10 图10通过实时调节滑动变阻器，我们可以看到流水灯灯组的流动速度改变。至此，仿真完毕。

18、4 元器件焊接入电路板与实物调试我们依据电路图将元器件全部焊接入电路板上，为其提供5V电压，看到了流水灯效果，但在焊接过程中，我将电源线正负极接反，这样有可能在没看清正负极时将电源极性接反，但只要稍加注意，应该可以避免，可是在接反二次后，二极管不再亮了，用万用表检查发现555定时器的3脚电压为5V，正常情况下应该是2.5V左右，所以我认为应该是555定时器被烧坏了，更换定时器后实现功能。下图为我们制作的实物（图11） 图115 结论 我依据原理，首先在protues上将电路图仿真成功，然后将元器件焊接上电路板，实现了流水灯的功能，通过改变电阻R3的阻值可以控制流水灯的流速，如果应用若干CD40

19、17芯片则可以驱动更多的发光二极管，流水灯将更加绚丽多彩，但此方法做出的流水灯只能以一种方式流动，这一点和单片机控制的流水灯有差距，作者设想如果加入开关，增加555定时器的数量可以实现花样流水灯，更加接近实用4。通过这次课设的写作与动手实验使我明白了如何将课本中的知识应用于实践，更加明白555定时器的功能，为以后的研究与应用打下了基础。6致谢本设计的完成是在我们指导老师的细心指导下进行的。在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了老师很多的宝贵时间和精力，在此向老师表示衷心地感谢！老师严谨的治学态度，开拓进取的

20、精神和高度的责任心都将使我受益终生！还要感谢和我同一设计小组的几位同学，是你们在我平时设计中和我一起探讨问题，并指出我设计上的误区，使我能及时的发现问题把设计顺利的进行下去，没有你们的帮助我不可能这样顺利地结稿，在此表示深深的谢意.参考文献 1 康华光 电子技术基础-数字部分（第五板） 高等教育出版社 2011：414-416 2 朱清惠 protues教程-电子线路设计、制作与仿真 清华大学出版社 2011 3 郭天祥 51单片机语言教程电子工业出版社2012 4 张齐 朱宁西 毕盛 单片机原理与嵌入式系统设计 电子工业出版社 2012 5 康华光 电子技术基础-模拟部分（第五板） 高等教育出版社 2011 6 黄英 单片机工程应用技术 复旦大学出版社 2011