基于NE555+CD4017流水彩灯的设计与实现的课程设计(1)

课程设计说明书 题 目： 基于 NE555 + CD 4017 流水彩灯的设计与实现 摘 要 当今的社会是一个新技术层出不穷的时代，科技迅速发展，在电子领域的发展更是迅速，同时也在影响着我们的生活。随着人民生活水平的提高，流水灯在现实生活中所起的作用越来越重要。例如：在人流拥挤繁忙的交通路段，闪烁着的流水交通灯，提醒着我们要遵纪交通规则，在霓虹闪烁的繁华大街上，闪烁的流水灯无不吸引过路人的眼球，甚至在一些大型商场大厦的自动门上都装有自动流水灯，告诉人们的时间和日期。 流水灯的设计要求在预定的时间到来时，会产生一个控制信号控制LED灯的流向、间歇等，LED灯流向可以随着电路的改变而改变，并具有自控、手控、流向控制功能等。主要参考数字电路中计数器的原理。NE555振荡器的作用等相关知识在设计的过程中需要了解相关芯片（CD4017、NE555）的具体功能。

关键词：流水灯；NE555振荡器；CD4017；电子线路 目 录 1 绪论 ................................................................................................................. 1 1.1 背景 .............................................................. 1 1.2 设计课题的任务 .................................................... 1

2 设计方案简述 ................................................................................................. 1 2.1 方案的原理 ........................................................ 1 2.2 方案的总体框图 .................................................... 2

3 单元模块设计 ................................................................................................. 2 3.1 NE555时基电路 ..................................................... 2 3.1.1 NE555芯片 ....................................................... 3 3.2 译码电路 .......................................................... 4 3.2.1 CD4017芯片 ...................................................... 4

4 设计的总方案 ................................................................................................. 5 4.1 设计要点 .......................................................... 5 4.2 方案总体电路图 .................................................... 5 4.3 元件清单 .......................................... 错误!未定义书签。 4.4 PCB图 ............................................................. 7

5 电路的调试 ..................................................................................................... 7 5.1 电路板调试 ........................................................ 7 5.2 遇到的问题及其处理 ................................................ 8

6 设计的总结 ..................................................................................................... 8

参考文献 ............................................................................................................... 9 附录 ..................................................................................................................... 10 第 1 页 共 10 页 1 绪论 1.1 背景 随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，彩灯已经成为各个大小节日、各种宴会场合的必备娱乐用品，它不但可以发出不同颜色的灯光来点缀场地，还可以调动起现场人们的情绪，使宴会的气氛上涨。此外还可以搭配任何摆设，配以缤纷颜色、围成各种形状，来进行装饰。流水彩灯的工作原理与彩灯的大致相同它拆装方便，易于收藏，安全环保，消耗低，具有较大的开发潜力；构造简单，所用原理也较简单，有较大的市场需求量，若批量生产，可获较大利益，具有很好的商业潜力。

1.2 设计课题的任务 设计一个基于NE555+CD4017流水彩灯的控制电路，要求电路开启后，各种颜色的灯在时钟信号作用下按以下规律转换状态。电路启动后，要求各种颜色的灯在脉冲作用下顺序，循环点亮。改变脉冲频率时，各种颜色的灯转换速度相应发生改变。

2 设计方案简述 2.1 方案的原理 该十路流水灯控制器可控制10个灯轮流循环流水发光，流水速度可以调节。NE555时基电路组成振荡电路，电源VCC通过电阻R2、RP1向电容C1充电，当充电到一定程度后，2、6脚电压升高，当2、6脚电压升高到2/3VCC后，3脚输出为低电平，7脚对地呈低阻态，电容C1通过电位器和7脚对地放电，当放电至使2、6脚电压低于1/3VCC时，3脚输出为高电平，7脚对地呈高阻态，VCC通过RP1又开始对电容C1充电，周而复始。通过调节RP1的阻值，可以改变电容充放电的时间常数,从而改变3脚输出脉冲的频率。从3脚输出振荡脉冲作为CD4017工作的时钟脉冲，在时钟脉冲的作用下，CD4017十进制计数器开始计数，从10个输出端依次输出高电平，不断循环。10只发光二极管被依次点亮。整个电路可以采用3-12V直流供电。 第 2 页 共 10 页 2.2 方案的总体框图

图1 3 单元模块设计

3.1 NE555时基电路 NE555时基电路组成多谐振荡电路，电源VCC通过电阻R2、RP1向电容C1充电，当充电到一定程度后，2、6脚电压升高，当2、6脚电压升高到2/3VCC后，3脚输出为低电平，7脚对地呈低阻态，电容C1通过电位器和7脚对地放电，当放电至使2、6脚电压低于1/3VCC时，3脚输出为高电平，7脚对地呈高阻态，VCC通过RP1又开始对电容C1充电，周而复始。通过调节RP1的阻值，可以改变电容充放电的时间常数从而改变3脚输出脉冲的频率。

图2 图3 第 3 页 共 10 页 3.1.1 NE555芯片

图4 图5

NE555 引脚功能简介: 1脚：公共地端为负极。 2脚：低触发端TRIG,低于1/3电源电压时即导通。 3脚：输出端OUT，电流可达200mA。 4脚：强制复位端RESET,不用时可与电源正极相连或悬空。 5脚：用来调节比较器的基准电路，简称控制端CONT，不用时可悬空，或通过0.01uF电容器接地 6脚：高触发端THRES，也称阈值端，高于2/3电源电压时即截止。 7脚：发电端DISCH。 8脚：电源正极VDD。 应用十分广泛，可装如下几种电路：1.单稳类电路 作用：定延时，消抖动，分频，脉冲输出等；2.双稳类电路 作用：比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等：3.无稳类电路 作用：方波输出，电源变换，音响报警，玩具等。 第 4 页 共 10 页 3.2 译码电路 译码电路由一块CD4017芯片组成。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NE555芯片的3脚送来的二进制信号不消失，CD4017芯片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。

3. 2. 1 CD4017芯片 CD4017 是5 位Johnson 计数器，具有10 个译码输出端，CP、CR、INH 输入端。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH 为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。CR 为高电平时，计数器清零。Johnson 计数器，提供了快速操作、2 输入译码选通和无毛刺译码输出。防锁选通，保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平，只有在对应时钟周期内保持高电平。在每10 个时钟输入周期CO 信号完成一次进位，并用作多级计数链的下级脉动时钟。CD4017的管脚排列和功能表分别如下图所示：

图6 图7