数字电子技术课程设计(心形流水灯)

电子技术课程设计报告

设计题目：基于555的心形流水灯

专业：电气工程及其自动化

班级： 1401

学号：**********

学生姓名：***

指导教师：***

目录

1、设计目的 (3)

1.1 设计框图 (3)

2、硬件电路设计 (3)

2.1 NE555电路及应用 (3)

2.1.1定时电路NE555简介 (3)

2.1.2 NE555的特点 (3)

2.1.3 NE555基本应用电路（定时器） (4)

2.2、脉冲分配器CD4017 (5)

2.2.1 CD4017引脚属性 (5)

2 .2.2 CD4017的逻辑功能 (5)

2.2.3 CD4017的内部结构 (6)

3、电路工作原理 (6)

3.1 电路原理图 (6)

3.2 电路仿真图 (7)

3.3 实物图 (8)

3.3 背面布线图 (8)

4、元件清单 (8)

5、实验调试与分析 (8)

6、心得体会 (9)

7、参考文献 (10)

1、设计目的

随着电子技术的快速发展尤其是数字技术的突飞猛进，多功能流水灯凭着简易，高效，稳定等特点得到普遍的应用。在各种娱乐场所、店铺门面装饰、家居装潢、城市墙壁更是随处可见，与此同时，还有一些城市采用不同的流水灯打造属于自己的城市文明，塑造自己的城市魅力。目前，多功能流水灯的种类已有数十种，如家居装饰灯、店铺招牌灯等等。所以，多功能流水灯的设计具有相当的代表性。

多功能流水灯，就是要具有一定的变化各种图案的功能，主要考察了数字电路中一些编码译码、计数器原理，555定时器构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲，设计过程中需要了解相关芯片（NE555、CD4017）的具体功能，引脚图，真值表，认真布局，在连接过程中更要细致耐心。

1.1 设计框图

基本原理设计框图如下图(1)所示:

图（1）设计框图

2、硬件电路设计

2.1 NE555电路及应用

2.1.1定时电路NE555简介

NE555 (Timer IC)大约在1971年由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的30年來非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，尽管近年來CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前都可直接的代用。

NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。

2.1.2 NE555的特点

1. 只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。

2. 它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。

3. 其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。

4. 它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。

2.1.3 NE555基本应用电路（定时器）

定时器由一块时基集成电路NE555和C1、C2、R1、R2等组成（其中C1为延时充电电容，C2为抗干扰隔离电容，R1、R2为延时充电电阻，而R2又为放电电阻）。通电后，因电容C1两端电压不能突变，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。如用作其他情况，需要调整R1、R2、C2的参数。综上分析，3脚始终处于高电平和低电平的二进制变化状态，故此电路又称为无稳电路。

当555定时器组成自激多谐振荡器时，输出的矩形脉冲的周期为：T=0.7*（R1+R2）*C。高电平暂稳态的持续时间为：T1=0.7*（R1+R2）；低电平的暂稳态持续时间为：T2=0.7R2*C。占空比：q%=R1/(R1+R2)

2.2、脉冲分配器CD4017

2.2.1 CD4017引脚属性

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：级联进位输出端，每输入10个时钟脉冲时，就可以得到一个计数器的时钟信号

13脚：禁止端

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

2.2.2 CD4017的逻辑功能

当复位端R加上高电平和正脉冲时，除输出端Q0为高电平“1”外，其余输出端即Q1~Q9均输出低电平“0”。当时钟输入端EN接地时，CP端对输入时钟脉冲的上升沿计数；当时钟输入CP接高电平时，EN端则对时钟脉冲的下降沿计数，设置这两个输入端是为了级连时更加方便Q0~Q9 10个输出端的输出状态分别与输入的时钟脉冲个数相对应。例如，如果计数从0开始，则输入第1个时钟脉冲时，Q1就变为高电平；输入第2个时钟脉冲时，Q2为高电平，以此类推，直至输入第10个脉冲，就回复到Q0为高电平。同时进位端CO就输出1个进位脉冲，作为下一级计数器的时钟信号。R为复位端输入，也称清零端，当R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

2.2.3 CD4017的内部结构：

3、电路工作原理