彩灯电路设计

《数字逻辑电路》课程设计

彩灯电路

题目：彩灯电路

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数字逻辑电路课程设计——彩灯闪烁电路摘要

灯光的闪烁和流动可以用于各种各样的装饰，例如电子门标，广告装饰等。流动的灯光总是特别吸引人们的注意力。在夜晚，在城市的街头，当广告牌上的灯光流动起来时，就会马上变得生动起来。流水彩灯是大家比较熟悉而且应用最为广泛的。我所设计的彩灯控制电路是原理很简单的一种利用大学所学到的数电知识制成，只要了解几种集成电路便可轻松明白它的原理。做好的彩灯可以放在室内，主人会感到温馨；放在餐厅等地方可以增加氛围。

关键词：NE555 CD4017 LED

1 密码锁电路设计方案

1.1 电路图

1.1.1原理图（图1-1）控制电路：

、

发光电路：

图1-1

1.1.2 PCB图（图1-2）

图1-2

1.2 使用器件参数

LED分压电阻2KΩ，NE555延时充电电阻20000KΩ,延时充电电容470uF，抗干扰隔离电容3.3uF。外加正向电压5V。

1.3工作原理

1.3.1 电源电路

普通直流5V电源

1.3.2振荡电路

振荡电路由一块时基集成电路NE555和延时充电电容C2、抗干扰隔离电容C3、延时充电电阻R1、R2组成(R2又为放电电阻）。

通电后，因电容C2两端电压不能突变，2脚的电压为低电平，集成块NE555的内部触发器被置位，3脚输出高电平。

同时，由于电源经电阻R1和R2向C2充电，使6脚和2脚的电压不断提高，当电位上升到VCC的2/3时，集成块NE555的内部触发器被复位，3脚的输出电压翻转为低电平。

同时集成块NE555内部的放电管导通，即7脚通过内部的放电管和1脚相通，C2

上储存的电荷就通过R2、7脚放电，使6脚和2脚的电压不断下降，当电位降低到VCC 的1/3时，集成块NE555的内部触发器被置位。

同时集成块NE555内部的放电管截止，7脚被悬空，电源又通过R1、R2向C2充电，使6脚和2脚的电压不断提高……如此，周而复始，形成振荡。

输出端的高电平维持时间取决于电容C2的充电时间常数，输出端的低电平维持时间取决于电容C2的放电时间常数。

由于R2≥R1，故可以认为f放≈f充，目的是减小彩灯熄亮交替的时间间隔的差异。

1.3.3 译码电路

译码电路由一块CD4017集成块组成。该集成块有3个输入端——时钟输入端CP 的14脚和EN的13脚，复位端Cr的15脚。有10个输出端Q0～Q9（依次为3脚、2脚、4脚、7脚、10脚、1脚、5脚、6脚、9脚、11脚）。

进位端CO，其功能是：当复位端Cr加上高电平和正脉冲时，输出端Q0为高电平，其余9个输出端Q0～Q9均为低电平。

时钟输出端CP对输入时钟脉冲的上升沿计数，EN则对时钟脉冲的下降沿计数。Q0～Q9这10个输出端的输出状态分别与输入的时钟个数相对应。

如从0开始计数，则输入到第1个时钟脉冲时，Q1就变成高电平，输入第2个时钟脉冲时，Q2变成高电平……直到输入第10个时钟脉冲，Q0变为高电平。同时，进位端C0就输出一个进位脉冲，作为下一级计数的时钟信号。

Cr为复位端，也为清零端。当Cr输入高电平时，电路复位，即输出端Q0 为高电平，Q1～Q9为低电平。

如此反复，只要集成块NE555的3脚送来的二进制信号不消失，CD4017将二进制信号转换为十进制信号的计码工作就会反复进行下去。

2 组装调试

2.1 使用的主要仪器和仪表

制板机、打孔机、风干箱、电烙铁、稳压电源、万用表

2.2 调试电路的方法和技巧

当电路结果不正确时，首先检查焊点，检查是否有元器件虚联，焊点过大容易导致虚联。其次检查焊点是否将两条不相连的导线连在了一起。再次用万用表检查各器件两端电压，分析元器件哪里出现错误。最后根据端电压检查电路图，检查导线是否连接有误，是否出现连线错误。逐一排除出现错误的可能，可以使电路的调试进展顺利。

2.3 测试结果与设计结果比较分析

2.3.1 设计结果

Q0，Q1，Q2，Q3,Q5，Q6，Q7依次发光，实现左移，右移，周而复始。Q3至Q5，Q7至Q1闪烁时有时间变化。

2.3.2 测试结果

实现了设计的功能，由于CD4017输出管脚连接有误，Q0至Q7闪烁时没有按照设计时的顺序发光。

2.4 调试中出现的故障、原因及排除方法

2.4.1 故障

刚接通电源时，彩灯不闪烁。更换电阻后，彩灯闪烁但不稳定。

2.4.2原因及排除方法

首先检查焊点有没有虚连和多连的情况，排除这种情况后用万用表测试NE555 1脚与8脚电压，测得有电压输入即NE555正常接入电路。再测试3脚与6脚电压，发现电压没有跳变，证明NE555没有产生震荡。测试NE555芯片并没有损坏，因此判断NE555延时充电电阻阻值选择不合理，导致闪烁过快，肉眼不能分辨。重新计算，更换阻值更大的电阻后，再次连接，LED闪烁，但是很微弱，而且不稳定，判断CD4017连接有问题。测试CD4017 16脚与8脚电压，有正确电压输入。再测 13脚与15脚对地电压，发现其不为零，检查电路后发现没有接地。接地后再次接入电源，此时电路正常闪烁，而且十分稳定。

3 设计电路总结

3.1 设计电路的特点

由NE555提供震荡，CD4017进行译码。外接电源。

3.2 方案的优点

电路简单，方便制作，效果明显。功耗低。

3.2 方案的缺点

花样少。接通电源即闪烁，不能手动控制彩灯的亮灭。

3.3 对本次课程设计的改进意见及展望

3.3.1 课题的核心与价值

课题的核心在于掌握数字电路的实际操作与应用。通过对彩灯控制电路的设计我能根据自己的需求设计有一定难度的电路了，这使我学会了如何将书本中的知识应用于生