循环彩灯课程设计报告

中的基准时间形成电路等都属于时钟电路。设计时钟电路，应根据系统的要求首
先确定主时钟的频率，并注意与其他控制信号结合产生系统所需的各种时钟脉
冲。
二、设计方案
1. 基本原理
将振荡器的振荡脉冲进行计数，计数器的输出作为译码器的地址输入，经译
码器控制各路彩灯依次发亮。用框图表示如下。
→ → → 电源接入电 路
实际结果：八路彩灯依次发光，亮灯时间接近一秒，然后进入下一个循环。 理论结果与实际结果在整体上是一致，符合实验预期要求，循环彩灯设计成 功实现其功能。 八、设计心得体会 课程设计是锻炼我们对所学知识应用能力的一门课程。通过这次课程设计我 发现主要是检验我们对大二阶段学习的”数字电路“这门课程的应用情况。一个 完整的课程设计包括，前期的思考设计，中期的动手实践，后期的调试测验。课 程设计不仅考验了我们对所学知识的掌握程度，还培养了我们做事的细心、冷静， 考虑全面、周密的能力。在为期三周的课程设计的时间段里，虽然遇到了很多困 难，但也学会了很多东西，如设计电路最重要的是思路要清晰，一旦有了自己的 思路就应该有层次有条理的探索下去，只要坚持自己的观点和判断，就一定能实 现，即便最后发现走进了死胡同，但是探索设想与求证的过程却是通往另一条道 路必不可少的环节。
真挚的感谢老师对我们课程设计的耐心指导，我们在今后的学习中一定会更 加努力，更上一层楼。
附件： 电路连接图：
实际效果图：
其次，学会分析解决设计上的问题。在设计电路的过程中，每一步都要自己
去思考分析，遇到问题时，经常都要经过多次的尝试来解决改善问题，有时一点 微小的错误都会影响到结果的正确以否，而这些微小的错误经常都是很难发现， 这就需要我们学会仔细分析问题。
最后，懂得了如何去安装调试电路。设计电路，关键步骤还在于解决实际遇 到的问题，安装调试出正确的结果，这一步是至关重要也是最为困难的。很多时 候，理论分析正确，调试却不一定正确，这关键也在于调试过程是否正确。我们 必须遵循一些安装调试步骤，先单个调试，然后再整体调试，先局部再整体，切 不可一次安装后调试，因为这样是很难查出错误来。
555多谐振 荡电路
彩灯控制 电路
8路彩灯
2.实验器材
器 555 定 CD4017 LED 灯 万用表
件 时器
数
1
1
8
1
量
电容
10uf 0.1uf
电源 导线 电阻
5v 若干 15K、68K 300Ω
三、方案实施 1.555 定时电路产生时钟脉冲
555 定时电路是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，可连接成多谐振 荡电路，产生单位脉冲，用于触发计数器。在延时操作中，脉冲由一个电阻和一 个电容控制。用于稳定工作的振荡器时，频率由两个电阻和一个电容控制。NE555 会在下降延触发和清零，此时输出端产生 200mA 的电流。NE555 的工作温度为 0℃～70℃。
CD4017 有 10 个译码输出端 Q0～Q9，它仍随时钟脉冲的输入而依次出现高电 平。此外，为了级联方便，还设有进位输出端 QC，每输入 10 个时钟脉冲，就可 得到一个进位输出脉冲，所以 QC 可作为下一级计数器的时钟信号。
从上述分析中可以看出，CD4017(它的基本功能是对“CP”端输入脉冲的个 数进行十进制计数，并按照输入脉冲的个数顺序将脉冲分配在 Y0～Y9 这十个输 出端，计满十个数后计数器复零，同时输出一个进位脉冲。我们只要掌握了这些 基本功能就能设计出千姿百态的应用电路来。 四、电路原理图仿真 1.仿真软件
在完成这次设计的过程中，我也有参考相关的设计课题，甚至还花了很长的 时间去弄清楚别人的设计，以至于后来被束缚住，对自己的设计没有了头绪。学 习吸收别人的长处是应该的，但是不能完全沉浸进去，要有自己的思路和观点， 并且努力去实现。这就是快乐的最大源泉。
在完成本次课设的过程中开始的头几天一直在纠结于用 74LS194 实现移位寄 存器，因为它的原理是很简单的，可是在实际连电路的过程中，一下子遇到了很 大的困难，因为外界的干扰因素实在太多了，稍不注意就碰到某个导线了，结果 发光二极管就不亮，于是自己得检查到底哪里出现了问题，有得费很长时间去检 查管脚是否连错，导线是否松动，或者导线是否坏掉等等情况。
555 引脚图
555 管脚图
各管脚说明：1 接地
5 控制电压
2 触发
6 门限(阈值）
3 输出
7 放电
4 复位
8 电源电压 Vcc
其功能主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。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。图 2-3 为多谐振荡
器 Fl～F5 构成了十进制约翰逊计数器，门电路 5～14 构成了时序译码电路。约
翰逊汁数器的结构比较简单。它实质上wenku.baidu.com一种串行移位寄存器。除了第 3 个触发
器是通过门电路 15、16 构成的组合逻辑电路作用于 F3 的 D3 端以外，其余各级
均是将前一级触发器的输出端连接到后一级触发器的输入端 D 的，计数器最后一
经过这次试验，终于感觉到了理论与实际的差别有多大了，当然这个过程也 是非常的考验人的，不仅仅是考察你的理论知识，动手能力，以及检查问题并解 决问题的能力，更是在考验一个人的耐心，细心。在连接电路的过程中，丝毫不 得马虎，必须清楚的了解每个芯片的管脚分布图，功能表。说实话，在实验过程 中出现问题并不可怕，可怕的是在反复的受挫中没有革新，不能改进自己的方法 和思路。因此自己应该具有创新思维。 总之，通过这次的数电课程设计觉得自己收获颇丰。经过这几天的努力，终于设 计出了“循环彩灯控制电路”。从开始的无从下手到熟悉各种芯片的功能，到尝 试着设计各个单元电路，再到每个细节问题错误的改进和矫正，这里的每一步都 是一个大大的提高，特别是许多的细节问题都是很棘手的。事实证明，实践是检 验真理的唯一标准，在学习的过程当中，应将理论与实践有机结合，全面提升自 己的能力。与此同时，更重要的是坚持和不怕失败的勇气，总结经验，不断努力， 一定就会成功。
Proteus 8 Professional 2.仿真电路图
五、总体电路原理图（见附件） 六、电路调试 1.调试使用的主要仪器: 数字万用表 、直流稳压电源 （+5V） 2.测试电路的方法和技巧:
先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否连好；前面的检查无问题 后，再根据彩灯的变化情况，确定可能的原因，分析是哪个功能模块出了问题， 用数字万用表检查各模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止。 3.调试中出现的故障、原因及排除方法：
13 脚：时钟输入端，脉冲输入端，脉冲下降沿有效
14 脚：时钟输入端，脉冲上升沿有效
15 脚：清零输入端，在该管脚加高电平或正脉冲时，CD4017 计数器中，各计数
单元输出低电平“0”，在译码器中，只有对应“0”状态的输出端 3 脚为高电平
16 脚：电源正极，可以使用 3～18V 直流电源供电
CD4017 是由十进制计数器电路和时序译码电路两部分组成。其中的 D 触发
进行处理。在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性质，接口的条件，以
设计合适的输入接口电路。
2.时钟电路的作用及基本构成
时钟电路是数字电路系统中的灵魂，它属于一种控制电路，整个系统都在它
的控制下按一定的规律工作。时钟电路包括主时钟振荡电路及经分频后形成各种
时钟脉冲的电路。比如多路可编程控制器中的 555 多谐振荡电路，数字频率计
1 脚：第 5 输出端
2 脚：第 1 输出端
3 脚：第 0 输出端，电路清零时，该端为高电平
4 脚：第 2 输出端
5 脚：第 6 输出端
6 脚：第 7 输出端
7 脚：第 3 输出端
8 脚：电源负极
9 脚：第 8 输出端
10 脚：第 4 输出端
11 脚：第 9 输出端
12 脚：进位输出端，每输入 10 个时钟脉冲，就可以得到一个计数器的时钟信号
《数电课程设计》
循环彩灯控制电路
学 院： 专 业：电气工程与自动化 指导老师： 班 级： 姓 名： 学 号： 合 作 者：
一、设计背景
本次循环彩灯的设计制作由 555 定时器、CD4017 构成的中规模集成电路来
实现，其中 555 定时器组成的多谐振荡电路频率为 1Hz，CD4017 实现八进制加法
① 彩灯只有一种花样变化，没有其它的花样： 可能是计数器的芯片 74LS194 出现问题，应该检查循环控制逻辑电路。检查 是否正确接线，芯片是否功能完好。特别注意不能把非门的输入与输出接反了。 ② 彩灯无规律变化： 原因可能是由 555 定时电路产生的时钟脉冲信号不稳定，或者是在 555 电路 中没有标准的计算各电阻的阻值，电解电容，陶瓷电容的使用是否正确。 ③ 彩灯在移动过程中是两个灯一起跳 可能是是芯片 74LS194 在面包板上面没有接稳定，应该检查芯片是否通电， 各高低电平是否正常工作。应该检查导线是否有问题。 ④ 实验过程中灯一会亮一会不亮 最后可能是导线的接触不良问题，应该首先从电源是否良好的接入电路开始 检查，再检查 555 定时电路时候正常工作，最后检查芯片管脚电压。 ⑤ 有的灯亮，有的灯不亮 运用数字万用表检测是否是 CD4017 输出端的引脚出现故障。 七、理论值与实际值 理论结果：八路彩灯依次发光，亮灯时间为 1 秒，然后进入下一个循环。
计数。
1.数字电路系统的定义及组成
数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源
等。输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号，其形式包括各种输入接口
电路。比如数字频率计中，通过输入电路对微弱信号进行放大、整形，得到数字
电路可以处理的数字信号。模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再
在这次的课程设计中，我收获很大，首先是学以致用。在学习数字电路的过 程中，上课我们都是些理论上的东西，并且上学期做实验也是照着书本上给出设 计好的电路连线，却一直都没有正在运用到自己所学的知识来设计一个电路。而 这次的课程设计真正让我们通过自己的知识和努力，通过自己查阅资料、分析来 解决问题。这不但能巩固我们所学的理论知识，又能提高我们的实践能力。
电路波形图。图 2-4 为多谐振荡器实验连接图。
555 多谐振荡波形图
时钟脉冲信号电路图
用 555 定时器构成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其 周期为: T=0.7(R1+2R2)C
若取 R1=R2，则 T=2.1CR1 若取 C=10uF，则 R1=48K 2.CD4017 的功能 CD4017 采用标准的双列直插式脚塑封，它的引脚图如下图所示：
级的 Q5 端连接到第一级的 D1 端。这种计数器具有编码可靠，工作速度快、译码
简单，只需由二输入瑞的与门即可译码，且译码输出无过渡脉冲干扰等特点。通
常只有译码选中的那个输出端为高电平，其余输出端均为低电平。
CD4017 内部逻辑原理图
CD4017 有 3 个输入端：复位清零端 R，当在 R 端加高电平或正脉冲时，计数 器清零，在所有输出中，只有对应“0”状态的 Q0 输出高电平，其余输出均为低 电平：时钟输入端 CP 和 CE，其中 CP 端用于上升沿计数，CE 端用于下降沿计数， 这两个输入端的内部逻辑电路如图 2 所示。由图 2 可见，CP 和 CE 还有互锁的关 系，即利用 CP 计数时，CE 端要接低电平：利用 CE 计数时，CP 端要接高电平。 反之则形成互锁。在“R”端加上高电平或正脉冲日子，计数器中各计数单元 F1～ F5 均被置零，计数器为“00000”状态。