課程設(shè)計(jì)彩燈鏈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、 課程設(shè)計(jì) 彩燈鏈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 院（系）名稱： 西安電子科技大學(xué) 專 業(yè) 班 級(jí)： 生物醫(yī)學(xué) 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指 導(dǎo) 老 師： 2010年10月20日 目錄1、 課程意義3 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)3 1.2設(shè)計(jì)目的3 1.3課程分析32、 總體方案設(shè)計(jì)3 2.1設(shè)計(jì)要點(diǎn)3 2.2 方案總體電路圖.3 2. 3方案模擬仿真53 、單元模塊設(shè)計(jì)6 3.1 單位脈沖電路設(shè)計(jì)6 3.2計(jì)數(shù)器/譯碼分配器8 3.3顯示電路94 、電路參數(shù)設(shè)置和元件選擇10 41 電路參數(shù)的設(shè)置及元件清單105、主要芯片介紹11 5.1 ne555定時(shí)器11 5.2 4017bd計(jì)數(shù)器/譯碼分配器126、焊接總體實(shí)物圖16

2、7、心得體會(huì)178、參考文獻(xiàn)191、 課程意義1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)1）彩燈能夠自動(dòng)循環(huán)點(diǎn)亮2）彩燈循環(huán)顯示且頻率快慢可調(diào)。3）該控制電路具有8路以上的輸出。1.2設(shè)計(jì)目的 通過本設(shè)計(jì)熟悉中規(guī)模集成電路進(jìn)行時(shí)序電路和組合電路設(shè)計(jì)的方 法，掌握彩燈循環(huán)控制器的設(shè)計(jì)方法。 1.3課程分析此電路主要由三部分組成，其整體框圖如圖（一）所示。振蕩電路 計(jì)數(shù)譯碼驅(qū)動(dòng)電路 顯示電路圖（一）2、 總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要點(diǎn) 因?yàn)檠h(huán)彩燈對頻率的要求不高，只要能產(chǎn)生高低電平就可以了，且脈 沖信號(hào)的頻率可調(diào)，所以采用555定時(shí)器組成的振蕩器，其輸出的脈沖作為下一級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)。 計(jì)數(shù)器是用來累計(jì)和寄存輸入脈沖個(gè)數(shù)的時(shí)序邏

3、輯部件。在此電路中采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)/分頻器4017，它是一種用途非常廣泛的電路。其內(nèi)部由計(jì)數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實(shí)現(xiàn)對脈沖信號(hào)的分配，整個(gè)輸出時(shí)序就是o0、o1、o2.o9依次出現(xiàn)與時(shí)鐘同步的高電平，寬度等于時(shí)鐘周期。 顯示電路主要由發(fā)光二極管組成，當(dāng)4017的輸出依次輸出高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管也依次點(diǎn)亮，產(chǎn)生一種流動(dòng)變化的效果。2.2 方案總體電路圖2. 3方案模擬仿真根據(jù)要求進(jìn)行電路參數(shù)設(shè)置與選擇，以完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。 3 、單元模塊設(shè)計(jì)3.1 單位脈沖電路設(shè)計(jì)555集成時(shí)基電路稱為集成定時(shí)器，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用十分廣泛。該電路使用靈活、方便，只需外接少

4、量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器，因而廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。它的內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用了三個(gè)5k的電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極型和cmos型兩大類，兩者的工作原理和結(jié)構(gòu)相似。幾乎所有的雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后的三位數(shù)碼都是555或556；所有的cmos產(chǎn)品型號(hào)最后四位數(shù)碼都是7555或7556，兩者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。555和7555是單定時(shí)器，556和7556是雙定時(shí)器。雙極型的電壓是+5v+15v，輸出的最大電流可達(dá)200ma，cmos型的電源電壓是+3v+18v。555電路的內(nèi)部電路方框圖如圖1所示。它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本rs觸發(fā)

5、器，一個(gè)放電開關(guān)t，比較器的參考電壓由三只5k的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器a1同相比較端和低電平比較器a2的反相輸入端的參考電平為和。a1和a2的輸出端控制rs觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)輸入并超過時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)放電，開關(guān)管截止。是復(fù)位端，當(dāng)其為0時(shí)，555輸出低電平。平時(shí)該端開路或接vcc。vc是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出作為比較器a1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常

6、接一個(gè)0.01uf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。t為放電管，當(dāng)t導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。555構(gòu)成多諧振蕩器如圖2，由555定時(shí)器和外接元件r1、r2、c構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過r1、r2向c充電，以及c通過r2向放電端放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容c在和之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對應(yīng)的波形如圖3所示。圖8-4 555構(gòu)成多諧振蕩器 圖8-5 多諧振蕩器的波形圖輸出信號(hào)的時(shí)間參數(shù)是： t=0.7（r1+r2）c=0.7r2c其中，為vc由

7、上升到所需的時(shí)間，為電容c放電所需的時(shí)間。555電路要求r1與r2均應(yīng)不小于1k，但兩者之和應(yīng)不大于3.3m。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時(shí)器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。3.2計(jì)數(shù)器/譯碼分配器計(jì)數(shù)器是用來累計(jì)和寄存輸入脈沖個(gè)數(shù)的時(shí)序邏輯部件。在此電路中采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)/分頻器4017，它是一種用途非常廣泛的電路。其內(nèi)部由計(jì)數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實(shí)現(xiàn)對脈沖信號(hào)的分配，整個(gè)輸出時(shí)序就是o0、o1、o2.o9依次出現(xiàn)與時(shí)鐘同步的高電平，寬度等于時(shí)鐘周期。4017有3個(gè)輸入端（mr、cp0和cp1），mr為清零端，當(dāng)在mr端上加高

8、電平或正脈沖時(shí)，其輸出o0為高電平，其余輸出端（o1-o9）均為低電平。cp0和cp1是2個(gè)時(shí)鐘輸入端，若要用上升沿來計(jì)數(shù)，則信號(hào)由cp0端輸入；若要用下降沿來計(jì)數(shù)，則信號(hào)由cp1端輸入。設(shè)置2個(gè)時(shí)鐘輸入端，級(jí)聯(lián)時(shí)比較方便，可驅(qū)動(dòng)更多二極管發(fā)光。4017有10個(gè)輸出端（o0o9）和1 個(gè)進(jìn)位輸出端o5-9。每輸入10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，o5-9就可得到1 個(gè)進(jìn)位正脈沖，該進(jìn)位輸出信號(hào)可作為下一級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)。由此可見，當(dāng)4017有連續(xù)脈沖輸入時(shí)，其對應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。4017的管腳仿真圖如圖（三）所示。其測試電路及波形如圖（四）圖（五）所示。注意在用multisi

9、m仿真軟件時(shí)，含有cmos時(shí)，電源作vdd。 圖（五）3.3顯示電路主要由發(fā)光二極管組成，當(dāng)4017的輸出依次輸出高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管也依次點(diǎn)亮，產(chǎn)生一種流動(dòng)變化的效果。發(fā)光二極管要求驅(qū)動(dòng)電壓小一點(diǎn)，一般在1.66v左右，電流在5ma左右。其中本設(shè)計(jì)所用的led是紅色和綠色，其工作電壓分別為1.82.4、3.03.6。彩燈的循環(huán)速度由脈沖源頻率決定。r、c構(gòu)成微分電路，用于上電復(fù)位。如有興趣也可以把發(fā)光二極管換成顏色的彩燈，這樣循環(huán)直民來就更好看了。4 、電路參數(shù)設(shè)置和元件選擇 41 電路參數(shù)的設(shè)置及元件清單電子元件清單序號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量單位1定時(shí)器ne5551個(gè)2計(jì)數(shù)器/譯碼分配器cd40

10、17bd1個(gè)3電源5v1個(gè)4可變電阻器1kohm1個(gè)5紅，綠發(fā)光二級(jí)管led52個(gè)6電阻40r1個(gè)7電阻1kohm2個(gè)8電容20uf2個(gè)9電容1uf2個(gè) 5、主要芯片介紹5.1 ne555定時(shí)器其工作原理：它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本rs觸發(fā)器，一個(gè)放電開關(guān)t，比較器的參考電壓由三只5k的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器c1同相比較端和低電平比較器c2的反相輸入端的參考電平為和。c1和c2的輸出端控制rs觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)輸入并超過時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同

11、時(shí)放電，開關(guān)管截止。 是復(fù)位端，當(dāng)其為0時(shí)，555輸出低電平。平時(shí)該端開路或接。 vco是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出作為比較器a1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。 t為放電管，當(dāng)t導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路.555電路的引腳功能觸發(fā)閾值復(fù)位is放電端輸出h導(dǎo)通lh原狀態(tài)h截止hl導(dǎo)通l5.2 4017bd計(jì)數(shù)器/譯碼分配器 數(shù)字電路cd4017是十進(jìn)制計(jì)數(shù)分頻器，它的內(nèi)部由計(jì)數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實(shí)現(xiàn)對脈

12、沖信號(hào)的分配，整個(gè)輸出時(shí)序就是q0、q1、q2、q9依次出現(xiàn)與時(shí)鐘同步的高電平，寬度等于時(shí)鐘周期。 cd4017有10個(gè)輸出端（q0q9）和1個(gè)進(jìn)位輸出端q5-9。每輸入10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，q5-9就可得到1個(gè)進(jìn)位正脈沖，該進(jìn)位輸出信號(hào)可作為下一級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)。 cd4017有3個(gè)輸（mr、cp0和cp1），mr為清零端，當(dāng)在mr端上加高電平或正脈沖時(shí)其輸出q0為高電平，其余輸出端（q1q9）均為低電平。cp0和cpl是2個(gè)時(shí)鐘輸入端，若要用上升沿來計(jì)數(shù)，則信號(hào)由cp0端輸入；若要用下降沿來計(jì)數(shù)，則信號(hào)由cpl端輸入。設(shè)置2個(gè)時(shí)鐘輸入端，級(jí)聯(lián)時(shí)比較方便，可驅(qū)動(dòng)更多二極管發(fā)光。 由此可見，當(dāng)cd4017有連續(xù)脈沖輸入時(shí)，其對應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。cd4017有兩個(gè)時(shí)鐘端 cp 和 en，若用時(shí)鐘脈沖的上沿計(jì)數(shù)，則信號(hào)從 cp 端