推荐-CD4017和NE555实现多功能流水灯系统设计 精品.docx

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1、1.1课题背景及目的今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，数 字逻辑电路的发展也日趋迅速，通常流水灯的设计会选择单片机编程，虽然单片机具有 体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，但是，选择单片机更大的增加了设计费用， 并且对设计者的编程语言要求高，而在数字电路中，中规模集成电路以其功能强大、种 类繁多，得到广泛应用。很多中规模集成电路都具有通用性，它的应用已不仅仅局限于 其本身所具有的功能。如本文所设计的流水灯电路，就是利用中规模集成电路的功能扩 展，将移位寄存器构成移存型计数器，将其输出端接到多个LED指示上。利用数字电路 来控制灯的状态，并显示设计结果。其

2、主要的电路原理：整个流水灯电路由时钟产生， 流水程序控制驱动及功率控制元件电源供给电路等电路组成。1.2课题研究方法常见的流水灯控制系统中，是使用微机控制，设备复杂，成本较高；另外应用单片 机控制，虽然简单，但系统智能化及传输可靠性低，且对语言的编程能力要求较高，均 不理想。为了提高系统可靠性、实用性，从而研究了一种基于模拟电子技术和数字电子 技术的循环控制系统。这种设计不仅仅应用到流水灯的控制，也在工业生产中提高自动 化循环控制得到利用。为了发光二极管形成流水效果，将电源加在555定时器中，定时 发送脉冲，通过CD4017循环计数，由CD4066控制开关，使发光二极管逐个接受高电 平，循环亮

3、起，设计中，选用四种颜色的发光二极管，从而形成更好的流水效果。1.3基本要求设计方案（1）设计一个彩灯控制电路，使其能够产生一个控制信号控制彩灯实现灯光变换的功 能。（2）该彩灯控制电路，在完成基本变化的基础上，可以实现彩灯的流向性，间歇性变 化的要求，从而使彩灯更加丰富化。（3）给彩灯流水控制电路一个控制信号，并能够使其通过利用组合电路实现自控、手 控、流向控制等全方位功能。(4) 该多功能流水灯具有定时功能。有模拟开关控制灯光的亮暗，彩灯会根据琪定的 要求作流向、间歇性变化，彩灯与彩灯之间亮暗间隔一定时间，从第一个彩灯开始直至 最后一个，然后作重复性状态。(5) 通过利用中规模集成电路中可

4、逆计数器和译码器实现正、逆流水功能，与此同畤， 根据需要使彩灯作各种各样的变化。1.4设计框图根据本次设计的要求，设计流水控制的原理框图如图1-1所示。图1-1原理框图直流电源用于提供相关电路的工作电源。振荡器用于产生脉冲信号推动计数译码器 工作。计数译码器在推动脉冲的作用下其Q0-Q2依次循环输出高电平，开关电路受计 数译码器输出的高低电平控制。高电平输出，对应的开关闭合，低电平输出，对应的开 关断开。循环定时器实际上是一个低频振荡器，它输出的高低电平，用于控制自动切换 电路。定时器输出高电平，自动切换电路使K1,K2处于图示状态，灯光产生的流水感自 左向右.定时器输出低电平,K1,K2同时

5、改变状态，灯光产生的流水感变为自右向左。2流水灯控制电路组成2.1 555定时器555定时器是一种应用特别广泛作用很大的集成电路，属于小规模集成电路，在很 多电子产品中都有应用。其作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供 时序脉冲1。2.1.1电路组成555集成定时器的内部结构如图2-1所示，由基本RS触发器、比较器、分压器、 晶体管开关和输出缓冲器五个部分组成。VCC(8)CND(1)图2-1 555内部结构（1）基本RS触发器由两个与非门组成，R是专门设置的可以外部进行置0的复位端，当R =0时，使 Q =0、Q=1。所以可以把555电路等效成一个放大电开关的R-S触发器。这个

6、特殊的 触发器有两个输入端：阀值端（th）可看成是置零端R，要求高电平；触发端（TR） 可看成是置位端S，低电平有效。它只有一个输出端OUT，OUT可等效成触发器的Q 端。放电端（DIS）可看成由内部放电开关控制的一个接点，放电开关由触发器的Q端控制：Q=1时DIS端接地；Q =0时DIS端悬空。此外这个触发器还有复位端R，控制电压端CV,电源端VCC和接地端GND。即图2.2所示。图2-2 555等效的R-S触发器这个特殊的R-S触发器有两个特点：（1）两个输入端的触发电平要求一高一低: 置零端R即阀值端TH要求高电平，而置位端S即触发端TR则要求低电平。（2）两 个输入端的触发电平，也就是

7、使它们翻转的阀值电压值也不同，当CV端不接控制电 压是，对TH（R）端来讲， 2/3Vcc是高电平1， 2/3Vcc是低电平0；而对TR（S） 端来讲， 1/3Vcc是高电平1， 1/3Vcc是低电平0。其功能真值表如表2.1所示。如 果在控制端CV加上控制电压VC，这时上触发电平就变成VC值，而下触发电平则变 成1/2VC。可见改变控制端的控制电压值可以改变上下触发电平值。表2.1功能真值表RTHTROUTDIS110低电平101Qn保持大01高电平0大大0低电平（2）比较器q、C2是两个电压比较器。比较器有两个输出端，分别标有+号和-号，如果用U+ 和U表示相应输入端上所加的电压，则当U+

8、U_时，其输出为高电平，当U+U_时，输 出低电平，两个输入端基本上不向外电路索取电流，即输入电阻趋近于无穷大。（3）分压器三个阻值均为5千欧姆的电阻串联起来构成分压器（555也因此而得名），为比较器 C1和C2提供参考电压，C1之+端U+=2Vcc/3，C2之一端U=Vcc/3。如果在电压控制端 CV另加控制电压，则可改变C1，C2的参考电压。工作中不使用CV端时，一般都通过 一个0.01m 的电容接地，以旁路高频干扰。(4)晶体管开关和输出缓冲器晶体管TD构成开关，其状态受Q端控制，当Q为0时TD截止、为1时TD导通。 输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3,其作用是提高定时器的带负载能力和

9、隔离负 载对定时器的影响。综上所述可知，555定时器不仅提供了一个复位电平为2Vcc/3，且可通过R端直接 从外部进行置0的基本RS触发器，而且还给出了一个状态受该触发器Q端控制的晶体 管开关，因此使用起来极为灵活。2.1.2555定时器基本功能表2.1所示为555定时器的功能表，它全面的表示了 555的基本功能。表2.2 555基本功能表UTH (6)U(2)TRR (4)uo (3)Td导通/0UOL导通2Vcc/3Vcc/31UOL导通Vcc/31不变不变/VCC/3时，C1输出低电平、C2输出高电平，基本RS触 发器保持原来状态不变，因此u0、TD也保持原来状态不变。R =1、U 2/

10、3 Vcc、唱 VCC/3时，C1输出高电平、C2输出低电平，Q =0，Q =1， u0=u0H、TD 截止。555定时器的电源电压范围较大，双极型电路VCC=4.516V，输出高电平不低于电 源电压的90%，TTL型的带拉电流和灌电流负载的能力可达200mA； CMOS电路VDD=318V,输出高电平不低于电源电压的95%,带拉电流负载的能力为1mA,灌电流 负载的能力为3.2mA2。2.1.3脉冲产生的整形电路在数字电路中，基本工作信号是二进制的数字信号或两状态的逻辑信号，二进制数 字信号只有0, 1两种数字符号，逻辑信号0, 1两种取值都具有二值特点。而获取矩形 脉冲波形的途径不外乎以下

11、两种：一种是利用各种形式的多谐振荡器电路直接产生所需 要的矩形脉冲，另一种则是通过各种整形电路把已有的周期性变化波形变换为所要求的 矩形脉冲。当然，在采取整形的方案时，是以能够找到频率和幅度符合要求的一种已有 电压信号为前提的。在同步时序电路中，作为时钟信号的矩形脉冲控制并且协调着整个 系统的工作。因此，时钟脉冲的特性直接关系到系统能否正常地工作。脉冲产生的整形电路种类很多，本设计中应用的电路属于产生矩形脉冲的多谐振荡 器,用于产生环形移位寄存器的CP脉冲。经常应用的脉冲整形电路有:施密特触发器和单 稳态触发器。这几种电路的用途很广，利用它们不只是可以方便地获取矩形脉冲。例如， 多谐振荡器就经

12、常用作产生标准频率信号和时间信号的脉冲发生器；施密特触发器除用 作整形外，还可以用于电平比较和脉冲鉴幅等；从延迟和定时角度看，单稳态触发器本 身就是很好的脉冲延迟环节和定时单元。其输出端送出的脉冲，一路直接送入CD4017 的计数脉冲输入端14脚。用于产生CD4066模拟开关切换的控制信号3。2.2环形译码寄存器CD4017环形移位寄存器由集成芯片CD4017实现，十进制计数/分频器CD40175是一种 用途非常广泛的电路。内部结构如图2.6所示，由计数器及译码器两部分组成，由译码 输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是00、01、02、09依次出现与时钟 同步的高电平，宽度等于时钟周期。

13、图2-3 CD4017内部结构功能框图CD4017提供了 16引线多层陶瓷双列直插（D）、熔封陶瓷双列直插J）、塑料双列直插（P）和陶瓷片状载体（C） 4种封装方式。其引脚图如图2.7所示。同时CD4017的工作条件为：电源电压控制在3V15V范围内，输入电压范围控制在0VVDD内, 工作温度范围：N类：55C125C、E类：40C85C。站尸只L P8 H h:S G ci5Co Y*W U VC) 2 W YT 3 VLLJ P12?Lj U45U U L 1图2-4 CD4017引脚图CD4017是5位Johnson计数器，具有10个译码输出端，CP、Cr、EN、输入端。 时钟输入端口的

14、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。EN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，并用作多计数链的下级脉动 时钟。CD4017引脚功能:芯片有10个译码输出Q0Q9；MR为清零端,CP0和CP1是2个时 钟输入端,三个输出端的控制：0Y1Y2Y。每个译码输出一般处于低电平，且在时钟脉冲由 低到高的上升沿输出高电平；每个

15、高电平输出维持1个时钟周期；每输入10个时钟脉冲, 输出一个进位脉冲，因而进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。在清零输入端（2 加高电平或正脉冲时，只有输出端Q0为高电平，其余各输出端都为低电平”0”。CD4017有 3个控制端（MR、CP0、CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时，其 输出00未高电平，其余输出端（01-09）均为低电平，CP0和CP1是2个时钟输入端， 若要用上升沿来计数，则信号有CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号有CP1端 输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。由此可见，当 CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端

16、依次变为高电平状态，故可直接用作顺序 脉冲发生器。其真值表如表2.3所示。表23 CD4017真值表输入输出CPENCrQ0 Q9COXXHQ0计数脉冲TLL计数为Q0H1LQ4时 ：CO=HLXL计数脉冲XHL保持为q51XLQ9XTL时:CO=L2.3模拟开关CD4066近年来，便携式产品越来越多地采用多源设计，因此开关功能是视频、音频传输 及处理过程中的一个重要组成部分。早期采用的机械开关具有可靠性低、体积大、功 耗大等缺点，所以已经引起了越来越多人的重视，并已被广泛应用于各种电子产品中。尽管模拟开关具有机械开关不可取代的优势，然而它的应用较机械开关稍微复杂 些，初次使用模拟开关的工程人

17、员往往会由于模拟开关使用不当，引起整个系统的故 障，本文重点将模拟开关结合实际设计应用到流水灯的控制系统的设计中囹。许多工程师第一次使用模拟开关，往往会把模拟开关完全等同于机械开关。其实 模拟开关虽然具备开关性，但和机械开关有所不同，它本身还具有半导体特性：（1）导通电阻（Ron）随输入信号（VIN）变化而变化图2.8中（a）图是模拟开关的简单示意图，由图中可以看出模拟开关的常开常闭 通道实际上是由两个对偶的N沟道MOSFET与P沟道MOSFET构成，可使信号双向 传输，如果将不同VIN值所对应的P沟道MOSFET与N沟道MOSFET的导通电阻并 联，可得到图2.8（b）并联结构下Ron随输入

18、电压（VIN）的变化关系，如果不考虑温度、 电源电压的影响，Ron随Vin呈线性关系，将导致插入损耗的变化，使模拟开关将产生 总谐波失真（THD）。此外，Ron也受电源电压的影响，通常随着电源电压的上升而减小。V-心（a）（b）图2.5（a）模拟开关原理图（b）模拟开关导通电阻与输入电压关系（2）模拟开关输入有严格的输入信号范围由于模拟开关是半导体器件，当输入信号过低（低于零电势）或者过高（高于电源电 压）时，MOSFET处于反向偏置，当电压达到某一值时（超出限值0.3V），此时开关无法 正常工作，严重者甚至损坏。因此模拟开关在应用中，一定要注意输入信号不要超出 规定电压的范围。（3）注入电荷

19、应用机械开关，我们当然希望Ron越低越好，因为低阻值可以降低信号的损耗。然 而对于模拟开关而言，低Ron并非适用于所有的应用，较低的Ron需要占据较大的芯片 面积，从而产生较大的输入电容，在每个开关周期其充电和放电过程会消耗更多的电 流。时间常数t=RC，充电时间取决于负载电阻（R）和电容（C），一般持续几十纳秒。这 说明低Ron具有更长的导通和关断时间。为此，选择模拟开关应该综合权衡Ron和注入 电荷。（4）开关断开时仍会有感应信号漏出这一特性指的是当模拟开关传输交流信号时，在断开情况下，仍然会有一部分信 号通过感应由输入端传到输出端，或者由一个通道传到另一个通道。通常信号的频率 越高，信号

20、泄漏的程度越严重5。（5）传输电流比较小模拟开关不同于机械开关，它通常只能传输小电流，目前CMOS工艺的模拟开关 允许连续传输的电流大多数小于500mA。（6）逻辑控制端驱动电流极小机械开关逻辑控制端的驱动电流往往都是毫安级，有时单纯靠数字I/O很难驱动。 而模拟开关的逻辑控制端驱动电流极小，一般低于纳安级。因此，它完全可以由数字 I/O直接驱动，从而达到降低功耗、简化电路的目的。此次流水灯控制系统的设计用到的是CD4066，其框图如图所示：图2-6 CD4066内部结构图R为复位端，当R端输入高电平时、计数器置零态。CD4017具有自动启动功能， 即在电路进入无效状态时，在计数脉冲作用下，最

21、多经过两个时钟周期就能回到正常循 环圈中，因此本控制器的CD4017未设置加电复位电路。C0为进位输出端，当计数满 10个时钟脉冲时输出一个正脉冲。CD4017有CL和EN两个计数输入端，CL端为脉冲 上升沿触发端，若计数脉冲从CL端输入，则EN端应接低电平；EN端为脉冲下降沿触 发端，若计数脉冲从EN端输入，则CL端应接高电平，否则禁止输入计数脉冲。取自 CD4069的计数脉冲从其CL端14脚输入，故EN端13脚接地。匕*为计数器的十 个输出端，输出端送出的脉冲方波加到模拟开关CD40665。3流水灯控制电路的整体分析3 .1原理图电源部分(1) 电源电路+V1图3-1电源部分(2) 电路中

22、接到220V的市电网中经变压器变压后为18V电压再经整流电路，滤 波电路和稳压电路后得到设计电路所需的相应直流电源。(3) 电路中C1的作用是防止电网污染，滤除电路中的高频成份。由于在整个电路 传输过程中会产生高频成份会经变压器电路反馈到市电网中去，而这些高频成份会对市 电网中其它用户的电器造成干扰而产生不可估计的损失，而电网中的高频成份也会对电 源电路产生不良的影响。由容抗Xc=1/WC得知，由于C是个容值很小的固定值但角频 率很大，即高频成份经过C1时，C1相当于短路由此就滤除高频成份，当没有高频成 份时C1对于50HZ的市电来说相当于开路，因而C1能有效的防止电网污染7。(4) 由四个二

23、极管组成桥式整流电路见图3-1。在变压器副边电压U2的正半周 内二极管VD1，VD2导通，VD3，VD4截止。在U2的负半周内二极管VD1，VD2截 止，而VD3, VD4导通。因而在正负半周内都有电流流过后面的电路。桥式整流电路 的波形图见图3-2.U24x图3-2桥式整流电路的波形图1输出直流电压U0（AV）是输出电压瞬时值U0在一个周期内的平均值U 0 = &U2Sin O t(3.1.1)U (AV)= E j2兀Ud(ot) = V KU sinOtd(t)(3.1.2)02兀 00-兀 0 2由（3.1.2）式说明在桥式整流电路中，负载上得到的直流电压约为变压器副边电 压有效值的9

24、0%。如果要考虑到整流电路中的二极管正向电阻和变压器等效内阻 上的压降则输出直流电压的实际数值还要低一些。脉动系数S是输出电压基波的最大值U与其平均值U0 （ AV）之比，即(3.1.3)=0.67在此不作详细介绍。（5）在整流电路中输出的电压含有较大的脉动成份不能直接使用，因而我 们要采取滤波的措施，使输出电压接近于理想的直流电压。在此我们利用电容在 二极管导电时储存一部分能量然后在二极管截止时再释放出来，从而得到比较平 滑的波形。波形图见图（3）。在U的正半周，当二极管V ， V导电时除了有一个电流I流向负载外同2D1 D 20时还有一个电流匕向电容充电，电容电压U的极性为上正下负。当U2

25、达到最大 值以后开始下降，此时电容上的电压U将由于放电而逐渐下降。当U： 匕时， 二极管VD1，V2被反向偏置因而不导电，于是U以一定的时间常数按指数规律 下降直到下一个半周。C当|U2|匕时二极管V3, VD4导通。波形如图实线所示。为了能得到比较好的滤波效果，在实际工作中经常根据（3.1.4）式来选择滤波电容的容量。RC （3 5）%（3.1.4）其中T为电网交流电压的周期。当滤波电容的空容值满足（3.1.4）式可以认为输出直流电压近似为U0（A?）1.2U2,RC （3 5）%。本课题的U0（A?）-1.2 * 18-21.6V（6）在整流滤波电路中输出的直流电压和理想的电压还有相当的距

26、离。主要存在 两方面的问题：第一当负载电流变化时，输出直流电压将随之发生变化。第二当电网电 压发生波动时，由（3.1.2）式可知，整流电路的输出电压直接与变压器副边电压U2有 关。因此也要相应的变化。为了能够提供更加稳定的直流电源，需要在整流滤波电路的后面再加上稳压电路。 本课题采用的三端集成稳压器为W7800系列的。W7800系列稳压器是一种固定的正电 压输出的集成芯片。在芯片的内部设有过热，过流及调整管安全工作区保护电路，因而 电路使用安全可靠。由于本电路555内部的比较器灵敏度高，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影 响。在现场，由于控制中心到各个检测点距离不同所以电流在传输过程中所损失

27、的压降 也不同。为了保证每个555定时器的振荡频率不受其影响，确保在各个LED点上的电 压都是相同的12V电源，所以在电路中要采用二级稳压。电流在传输过程会产生高频成 分，因而在稳压器的输入端要接电容以滤除高频成分，在稳压器输出端所接的电容是为 了滤除稳压器所产生的高频成分以及防止其自激振荡。（7）最后所接的发光二极管是用来指示电源电路工作正常与否。限流电阻是保护 发光二极管以免因电流过大而烧毁。3.2整体电路的分析图3-4流水灯控制电路图设计的多功能流水灯原理电路图如上图所示。原理电路图由振荡电路、译码电路、 模拟开关和光源电路组成8。当第一个计数脉冲到来时，CD4017内电路翻转，3脚Y呈

28、高电平，加到CD406613 脚。由于CD4066是双向模拟开关高电平接通，低电平断开，其引脚功能如图9所示， 内部含有A、B、C、D四个独立的模拟开关，本电路使用了三片CD4066开关共有12 组独立的双向模拟开关，只用到其中的10组。每个开关有一个输入端和一个输出端， 这两端可以互换使用。此时A开关13脚是高电平，所以A开关接通。与此同时，CD4017 其余各个输出端Y1Y9均为低电平，于是CD4066开关B，C，D的选通端为低电平， 开关为关断状态。当送来第二个计数脉冲时，CD4017计数输出端Y1呈高电平，而Y1 端接到是B开关的12脚，其它输出端均为低电平，所以此时CD4066模拟开

29、关只有B 开关是接通的，其它组是都断开；当其它计数脉冲分别送来时，分别让其对应的模拟开 关接通而送相应的信号到后面的LED电路中去。这样就实现了在一个脉冲到来时刻只 有一个信号送到后面的发光电路中，也就是每一时刻只能亮起一种颜色的灯，由模拟开 关的控制，不同颜色的灯逐一亮起，形成流水的效果。当计数器CD4017计数满10个脉冲时，其进位端12脚输出一个正脉冲，直接反 馈到其复位端15脚，使计数器复位，然后开始下一轮的计数过程，这样就周而复始地 循环工作。在设计电路时，本文选用的脉冲发生器是有NE555与R2、R3及C3组成。主要 是为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲，调整C4和R2、R3可以改

30、变闪烁的频率， 加大C4容量和R2、R3的阻值，流动速度变慢，反之则加快，所以有较大的速度调节 范围9。灯光流动控制器由一个十进制计数脉冲分配器 CD4017和若干电阻组成。CD4017的CP端受脉冲发生器输出脉冲的控制，其输出端（Q0-Q9）将输入脉冲按输入 顺序依次分配，输出控制的脉冲，其输出控制脉冲的速度由脉冲发生器输出的脉冲频率 决定。当Q0-Q9依次输出控制脉冲时三种发光二极管按照接通回路的顺序依次发光，形 成流动发光状态，即实现正向流水和逆向流水的功能。电源电路采用电容降压，二极管 整流和稳压管稳压的供电方式，直流工作电压由稳压管的稳压值决定。本文设计电路所 采用的电源为9V。因为

31、刚接通市电时CD4017的哪一个输出端为高电平无法确定，但在CP端脉冲的 作用下，Q0-Q2很快进入依次输出高电平的循环工作方式。假定NE555的3脚输出高 电平，则模拟开关CD4066的2脚和13脚分别为“1”，使之处于接通状态。模拟开关 CD4066因5脚和12脚分别为低电平而被关闭。当Q0为“1”，则其输出高电平，第一组 彩灯发光。当Q1为高电平，该高电平直接加到模拟开关的12脚，使其导通，第二组彩灯 发光（第一组熄灭）。当Q2为高电平，4脚输出高电平，第三组彩灯发光（第二组熄灭）。 当Q3为“1”，则IC2立即复位使Q0又输出高电平，电路将重复上述工作。此时看见的流 水感自左向右。当Q

32、3继续接受脉冲信号高电平，7脚输出高电平，模拟开关5脚导通， 第三组彩灯亮；Q4为高电平，10、12脚导通，第二组彩灯亮；Q5为高电平，2、13脚 导通，第一组彩灯亮，此时灯光产生的流水感自右向左，当连接复位端的Q6为高电平 时，计数器会重新计数10。由于IC3脚输出高低电平依照整定时间循环出现，所以灯光流水方向亦在定时改 变。CD4017的15脚是复位端，所以15脚与那个脚相连，灯光的循环就截止到哪一个 灯。图中所连接的二极管具有单向导通的特性，所以它的作用是防止电流回流。图中， 调整C4和R2、R3可以改变闪烁的频率，加大C4容量和R2、R3的阻值，流动速度变 慢，反之则加快。CD4017

33、的15脚为复位脚，意思是Q0-Q9这十个输出端要几路输出， 就把15脚接到第几位，这样就可以到哪一位从头循环下去，不用的输出端要悬空。当 然，为了方便，上述电路图中只用到具有代表性的三种颜色的灯，并将其排列整齐，导 通电路时就会看到漂亮的流水灯。当计数器CD4017计数满10个脉冲时，其进位端12脚输出一个正脉冲，直接反 馈到其复位端15脚，使计数器复位，然后开始下一轮的计数过程，这样就周而复始地 循环工作。从而实现了高电平循环送入后面的判断电路，即实现了循环移位。使不同颜 色的灯亮起时达到流水的效果。图3-4电路中流水灯的流向为：3, 2, 4脚的高电平使3个发光二极管依次向右发 光。随后又

34、7, 10，1脚的高电平使3个发光二极管由右向左发光。此电路仅仅考虑了 流水灯的多向流动功能，且发光二极管的个数也只有三个，从而使得整个电路比较单调， 并没有考虑到多个二极管的同时发光，所以在实际电路中，将同种颜色的发光二级管并 联在一起就可以实现多个同种颜色的灯循环亮起。另外灯可以根据需要进行摆放，例如 做成圆形的，不同颜色的灯光就可以实现由中心向外发散亮起，或者由边缘向中心逐一 亮起。本文的此种设计还有一定缺陷，因为CD4017的引脚只有Q0-Q9十个，当选用多 种颜色的灯光时，只用一个CD4017是无法实现的，所以，我们可以在NE555的7脚再 引出一个CD4016的芯片，采用2个CD4

35、017芯片和多个二极管实现多个发光二极管的 同步多向流水功能。当然，这些电路只是在现有设备中所能完成设计电路功能的，当电 路设备的逐步庞大，本文还可以设计更加复杂、更加美观的流水电路。3.3电路的调试完成电路设计，安装元器件及连好导线后，进行试验结果测试。试验前首先完成以 下步骤：1. 检查电路原理图及导线的连接。在电脑上仿真，能够得出正确的实验现象，所以电 路原理图正确。检查导线的连接是否与电路原理图一致。2. 检查导线的连接。对照电路原理图，用数字万用表打到合适的档位，测试各对应的 接点是否连接好并导通。3. 检查实验仪器和器材是否完好。电源9V直流电压输出正常，CD4017芯片测试其功

36、能均正常，用万用表检查开关，按下时导通均正常。完成上述步骤后，接通9伏的直流电源，实验现象为：按下开关，发光二极管出现循环亮暗变化，其中包括正方循环以及间歇亮暗，通过 改变相关电容的大小，进一步确定发光二极管各自发光停留的时间，从而形成多彩的流 水灯效果。至此，多功能流水灯电路设计，调试与实验成功。本次设计的多功能流水灯是CD4017芯片和NE555芯片的集成电路，是CD4017芯 片和NE555芯片的综合运用。该流水灯的功能是能根据需要产生多种多样的变化方式， 从而产生丰富多彩的彩灯图案，达到装饰作用，给人以美感。方案中采用了 CD4017芯 片和NE555芯片来实现变化的需要，采用CD40

37、17芯片实现对脉冲信号的分配，使得输 出时序就是与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期，NE555产生连续脉冲输入，CD4017有连续脉冲输入时畤，其对应的输出端依次变为高电平状态，直接用作惧序脉 冲发生器，配合二极管，进而形成相应的多功能流水彩灯电路。本次给了我一个对实际电路设计的全方位的思考角度，让我真正地掌握设计实际系 统的流程。有很强的理论基础，因为本设计用环形计数器设计流水灯，运用模拟电子技 术和数字电子技术的设计改变了以往常用的单片机设计，尤其重要的一点是运用了模拟 开关，它不仅能应用在流水灯方面，还可以应用在气体、压力、流量等方面。因此有很 强的实用价值和理论价值。而且，此次的设计

38、所用到的环形计数器不仅可以用在流水灯 的设计中，还可以将此构想用在流水线的生产中，实现生产中的自动化。万事开头难，我相信只有不断地查找漏洞，不断地弥补不足之处才能有所提高。在 设计中，由于对数电、模电知识的不精通，出现了很多遗漏的地方，我相信，通过这次 的学习和设计，对数电、模电的知识的加深，对以后在这方面的研究会有很大的帮助， 我相信只要我朝着前方继续努力，一定会有所收获。即将完成，在设计期间有许多心得与体会，首先，在专业知识方面，专业课知识学 习都是孤立的，没有系统的联系起来，不知道该如何有机地利用。通过做，学会了如何 将所学的各科知识串联起来，这样就达到了各学科相融合的目的，提高了自身的

39、综合知 识学习、分析和运用知识的能力。思维得到了开拓，知识得到了延伸。特别是模拟开关 部分，课堂上并没有接触，只有靠自己摸索。摸索中学会了很多原来不懂的知识。在实际运用方面，平常学的都是理论知识，而侧重于理论与实践相结合。只学会理 论还不够，要学会一种整体思维方法。例如：仅仅一个小小的电阻可能会影响整个电路 的正常运行。不能想当然就可以了，要切合实际，从本设计的实际功能和要求出发。在中碰到了很多的问题，我通过查阅相关书籍，资料，通过自己钻研和同学的帮助， 特别是得到了吴教授的谆谆教导，吴教授给予了我很大的帮助，在教授的耐心辅导中， 不仅给了我思路上的开阔，还认真听取对设计中不足之处的建议与批评

40、，让我认识到了 自己对以前所学知识的不足方面。这样一步一步的提高自己的综合能力，为今后的就业 之路铺上了坚实的基础。在此特别感谢吴教授，您辛苦了。参考文献I 孙建民.传感器技术M.北京:清华大学出版社,20XX.2 余孟尝.数字电子技术基础简明教程M.北京:高等教育出版社,1999.3 闫石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社,1989.4 康华光.数字电子技术基础M.北京：佳华电子学教研室高教出版社，1998.5 吴显鼎.集成电子电子线路设计手册M.福州:福建科技出版社,20XX.6 邱关源.电路M.北京：高等教育出版社,1985.7 谈世哲.电路设计与制版Protel98 M.北京:

41、人民邮电出版社,1998.8 王俊峰.电工电子技术实验教程M.郑州：黄河水利出版社，20XX.9 杨素行.模拟电子技术简明教材M.北京:高等教育出版社,1998.10 江晓安.模拟电子技术M.西安:西安电子科技大学,20XX.II PaulR.Gray,Paul J.Hurst,Stephen H.Lewis,Robert G.Meyer （美）.Analysis and Design ofAnalog Integrated Gircuits,Fourth Edition M.John Wiley & sons,Inc,20XX.12Behzad Razavi（美）.Design of Analog CMOS Integrated Circuits M.McGraw-Hill ,20XX.