课程设计彩灯链的设计与实现

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1、 课程设计 彩灯链的设计与实现 院（系）名称： 西安电子科技大学 专 业 班 级： 生物医学 学 号： 姓 名： 指 导 老 师： 2010年10月20日 目录1、 课程意义3 1.1 设计任务3 1.2设计目的3 1.3课程分析32、 总体方案设计3 2.1设计要点3 2.2 方案总体电路图.3 2. 3方案模拟仿真53 、单元模块设计6 3.1 单位脉冲电路设计6 3.2计数器/译码分配器8 3.3显示电路94 、电路参数设置和元件选择10 41 电路参数的设置及元件清单105、主要芯片介绍11 5.1 NE555定时器11 5.2 4017BD计数器/译码分配器126、焊接总体实物图16

2、7、心得体会178、参考文献191、 课程意义1.1 设计任务1）彩灯能够自动循环点亮2）彩灯循环显示且频率快慢可调。3）该控制电路具有8路以上的输出。1.2设计目的 通过本设计熟悉中规模集成电路进行时序电路和组合电路设计的方 法，掌握彩灯循环控制器的设计方法。 1.3课程分析此电路主要由三部分组成，其整体框图如图（一）所示。振荡电路 计数译码驱动电路 显示电路图（一）2、 总体方案设计2.1设计要点 因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉 冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号。 计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻

3、辑部件。在此电路中采用十进制计数/分频器4017，它是一种用途非常广泛的电路。其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2.O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。 显示电路主要由发光二极管组成，当4017的输出依次输出高电平时，驱动发光二极管也依次点亮，产生一种流动变化的效果。2.2 方案总体电路图2. 3方案模拟仿真根据要求进行电路参数设置与选择，以完成实验设计。 3 、单元模块设计3.1 单位脉冲电路设计555集成时基电路称为集成定时器，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，其应用十分广泛。该电路使用灵活、方便，只需外接少

4、量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。它的内部电压标准使用了三个5K的电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，两者的工作原理和结构相似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，两者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555和7555是单定时器，556和7556是双定时器。双极型的电压是+5V+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压是+3V+18V。555电路的内部电路方框图如图1所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发

5、器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5K的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为和。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接VCC。Vc是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常

6、接一个0.01uf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。555构成多谐振荡器如图2，由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端放电，使电路产生振荡。电容C在和之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如图3所示。图8-4 555构成多谐振荡器 图8-5 多谐振荡器的波形图输出信号的时间参数是： T=0.7（R1+R2）C=0.7R2C其中，为VC由

7、上升到所需的时间，为电容C放电所需的时间。555电路要求R1与R2均应不小于1K，但两者之和应不大于3.3M。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。3.2计数器/译码分配器计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。在此电路中采用十进制计数/分频器4017，它是一种用途非常广泛的电路。其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2.O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。4017有3个输入端（MR、CP0和CP1），MR为清零端，当在MR端上加高

8、电平或正脉冲时，其输出O0为高电平，其余输出端（O1-O9）均为低电平。CP0和CP1是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CP1端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。4017有10个输出端（O0O9）和1 个进位输出端O5-9。每输入10个计数脉冲，O5-9就可得到1 个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。由此可见，当4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。4017的管脚仿真图如图（三）所示。其测试电路及波形如图（四）图（五）所示。注意在用multisi

9、m仿真软件时，含有CMOS时，电源作VDD。 图（五）3.3显示电路主要由发光二极管组成，当4017的输出依次输出高电平时，驱动发光二极管也依次点亮，产生一种流动变化的效果。发光二极管要求驱动电压小一点，一般在1.66V左右，电流在5mA左右。其中本设计所用的LED是红色和绿色，其工作电压分别为1.82.4、3.03.6。彩灯的循环速度由脉冲源频率决定。R、C构成微分电路，用于上电复位。如有兴趣也可以把发光二极管换成颜色的彩灯，这样循环直民来就更好看了。4 、电路参数设置和元件选择 41 电路参数的设置及元件清单电子元件清单序号名称规格数量单位1定时器NE5551个2计数器/译码分配器CD40

10、17BD1个3电源5V1个4可变电阻器1Kohm1个5红，绿发光二级管LED52个6电阻40R1个7电阻1Kohm2个8电容20uF2个9电容1uF2个 5、主要芯片介绍5.1 NE555定时器其工作原理：它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5K的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为和。C1和C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同

11、时放电，开关管截止。 是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接。 Vco是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。 T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路.555电路的引脚功能触发阈值复位IS放电端输出H导通LH原状态H截止HL导通L5.2 4017BD计数器/译码分配器 数字电路CD4017是十进制计数分频器，它的内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉

12、冲信号的分配，整个输出时序就是Q0、Q1、Q2、Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。 CD4017有10个输出端（Q0Q9）和1个进位输出端Q5-9。每输入10个计数脉冲，Q5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。 CD4017有3个输（MR、CP0和CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1Q9）均为低电平。CP0和CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。 由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。CD4017有两个时钟端 CP 和 EN，若用时钟脉冲的上沿计数，则信号从 CP 端输入；若用下降沿计数，则信号从 EN 端输入。设置两个时钟端是为了级联方便。CD4017 与 CD4022 是一对姊妹产品，主要区别是 CD4022 是八进制的，所以译码输出仅有 Y0Y7，每输入 8 个脉冲周期，就可得到一个进位输出，它们的管脚相同，不过 CD4022 的 6、9 脚是空脚。CD4017BD引脚图 CD4017BD内部功能结构图 6、焊接总体实物图7、 心得体会17