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1、项目制作流水彩灯的设计与调试一、项目制作目的1. 了解并掌握流水彩灯的设计与调试方法2. 掌握使用555定时器设计应用电路的方法二、项目要求1. 设计电路应能完全满足项目题目的要求。2. 绘出流水彩灯电路的逻辑图3. 完成流水彩灯电路的仿真调试3. 完成流水彩灯电路的模拟接线安装三、项目步骤(-)电路设计分析由于流水彩灯控制电路主要由三部分组成，其整体框图如图5-1所示。所以分别讨论 其电路的构成。1. 振荡电路主要用来产生时间基准信号(脉冲信号)。因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生 高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的 脉冲作为下一级的时钟
2、信号，电路如图5-30所示，接上示波器是为了调试振荡器输出信号 波形，调试好后，示波器就可以去掉，振荡器电路作为一个模块就可以和后续电路相连接了。 图5-31为调试好的振荡器输出波形。VCC5V图5-31振荡器输出波形图5-30 555定时器组成的振荡器2 .计数器/译码分配器计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。在此电路中采用十进制计数/ 分频器CD4017,它是一种用途非常广泛的集成电路芯片。其内部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。CD4017有3个输入端(MR、C
3、PO和CPI), MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉 冲时，其输出00为高电平，其余输出端(0109)均为低电平。CPO和CP1是2个时钟输入 端，若要用上升沿来计数，则信号由CPO端输入；若要用下降沿来计数，则信号由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。CD4017有10个输出端(0009)和1个进位输出端05-9。每输入10个计数脉冲， 05-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可 直接用作顺序脉冲发生器。CD4017的电路符号如图5-32所示
4、。CD4017的实际管脚图如图5-33所示。-LL-CPO00-CP10102MR03040506070809-05-94017BDO 12_ 3247115691 &QIQL00一QIQ6一QL史VSCRC-PcoQ9-Q4-QS图5-32CD4017的电路符号图5-32CD4017的电路符号图5-33 CD4017的实际管脚图其实际管脚含义为：CO：进位脉冲输出端；CP：时钟输入端；CR：清除端；INH：禁止 端；Q0-Q9计数脉冲输出端；VDD：正电源；VSS：地。CD4017的仿真测试电路及波形如图5-34、图5-35所示。图5-34 CD4017的测试电路图XLogic Analyz
5、er-XLAl图5-35测试CD4017的波形图从CD4017的波形图可以看到，CD4017的输出端依次输出高电平，一个轮次送完，05-9 就可得到1个进位正脉冲，该脉冲用来级联控制用。3.显不电路主要由发光二极管组成，当CD4017的输出端依次输出高电平时，驱动发光二极管也依 次点亮，产生一种流动变化的效果。发光二极管要求驱动电压小一点，一般在1.66V左右, 电流在5 mA左右。彩灯的循环速度由脉冲源频率决定。R、C构成微分电路，用于上电复位。 如有兴趣也可以把发光二极管换成各种颜色的彩灯，这样循环起来就更加好看了。（二）元件选取及电路组成1. 元件选取仿真电路所用元件及选取途径如下：电源
6、 VCC： Place Source-POWER_SOURCES-VCC接地：Place Source-POWER_SOURCES-GROUND,选取电路中的接地。电阻选取：Place Basic-RESISTOR,选取 1KQ、300 Q。可变电阻选取：Place BasicPOTENTIOMETER10KQ。电容的选取：Place Basic-CAPACITOR,选取 1 nF、lOOnF 和 10nF。555 定时器的选取：Place Mixed-TIMER-LM555CM计数器 CD4017 的选取：Place CMOS-CM0S_54017BD_5V,如图 5-36 所示。inllx
7、Database:Component:Symbol (ANSI)4017BD 57Group:彩 CMOSJFamily:H Select al familiesA聂J CMOS_5V_IC牌 CMOS_5VCMOS.1 OVJC群CMOSW群 CMOS_15V舞 74HC_2V豚 74HC_4V_IC豚 74HC.4V爹 74HC.6V蜀 TinyLogic_2VTinyLogic_3VTinyLogic_4VTinyLogic_5VV| Master Database40163BP_5V40163BT.5V 40174BD.5V 40174BP_5V 40174BT.5V 40175BD.
8、5V 40175BP_5V 40175BT 5V4017BD 5V4017BP_5V 4017BT.5V 4018BD_5V 4018BP_W 4018BT.5V 40192BD.5V 40192BP_5V 40192BT.5V 40193BD_5V 40193BP_5V 40193BT.5V 40194BD.5V4 n-i n 4 n n n /Search,.Detail Report |Model.Function:5-STATE JOHNSON COUNTERModel manuf./ID:Signetic$/4017B_5Footprint manuf /Type:IPC-2221A
9、/2222 / SOT-74Hyperlink:Select a CoaponentSearching：Components： 265图5-36计数器CD4017的选取2. 电路组成将元件放好并连接，彩灯循环控制仿真电路如图5-37所示。VfC_5VR11kR2 1kQvccU1C310kO Key=A 50%DISTHFtTRIRST OUTC1ZZlOOnFLM555CMED3 LED4 LED5 L-ED10LED11ddLED1 LED2 LIt ooooooooooU2 4017BD 5V图5-37彩灯循环控制仿真电路（三）仿真分析打开仿真开关，可以看到发光二极管依次点亮，如流动一般
10、，调整振荡器的电阻，可 以改变发光二极管闪烁的频率，仿真结果显示，该电路达到设计指标的要求。流水彩灯电路的模拟接线如图5-38所示。图5-38流水彩灯电路的模拟接线（四）彩灯循环控制的其他方案下面介绍另一种彩灯循环控制的设计方案，我们可以自行比较两种电路的区别。1. 电路组成该循环控制电路由555定时器、同步4位二进制计数器74HC163和4线一16线译码器 /分配器74HC154组成。2. 电路原理分析电路中555定时器组成多谐振荡器，输出一定频率的矩形脉冲。74HC163是同步4位二 进制计数器，当输入周期性脉冲信号时，其输出为二进制数形式，并且随着脉冲信号的输入, 其输出在0000-11
11、11之间循环变化。通过4线一16线译码器74HC154,其16条输出线按 照74HC163所加的二进制数依次变成低电平，哪条输出线为低电平，与它相连的发光二极管 就亮。因为任一时刻，只有1个发光二极管亮，故所有16个发光二极管只接1个限流电阻。 该电路的16个发光二极管若组成一个环状，则发光二极管依次点亮时，就像一个光环在滚 动一样，可用在灯光布置或装饰上。其整体电路设计与仿真如图5-39所示，图中使用了两 条总线Busi和Bus2,使电路连线简单、清晰。图5-39彩灯循环控制仿真电路方案二四、注意事项1.本例利用的主要芯片是十进制计数/分频器CD4017, 了解该芯片的功能才能更好的 使用，
12、由于CD4017的功能较为简单，所以本例的彩灯循环控制电路也是比较简单的，电路 简单，性能就稳定，性价比就高。彩灯循环控制的方案是多样的，了解了设计的方法，使用 者都能设计出自己的控制方式。2. 实际应用中，彩灯的控制电路众多，甚至己有专门的灯光控制专用芯片，想做好灯 光的控制电路，这些新知识的了解是必不可少的。3. 由于CPLD及单片机技术的发展，以及CPLD芯片价格的下降，很多复杂的灯光控制, 往往是靠编程并灌入芯片的方式实现的，这样做的好处是电路大大简化，性能更加稳定，调 试更加方便，功能更加完善，代表了现代电子的发展方向。五、项目考核项目：流水彩灯的设计与调试班级姓名组号扣分记录得分项
13、目配分考核要求评分细则仿真调试时钟振荡电路15分能正确仿真调试时钟振荡电路1. 不能正确调试出结果扣10分2. 电路出现错误，每处扣5分十进制计 数/分频 器 CD4017 的正确使用15分能正确使用CD40171. 不能了解CD4017的管 脚功能扣10分2. 电路接线错误，每处扣 5分仿真调试流水彩灯电路40分能正确仿真调试流水彩灯电路1. 连接方法不正确，每处 扣5分2. 不能仿真调试出灯光的 流动效果，扣10分3. 不能仿真调试灯光变化 的快慢，扣10分4. 出现问题，不能调试，每次扣5分仿真调试流水彩灯 方案二电路20分能正确仿真调试流水彩灯方案二电路1.不能仿真调试出结果， 扣10分2-出现问题，不能调试，每次扣5分安全文明操作10分(1) 安全用电，无人 为损坏仪器、元件 和设备；(2) 保持环境整洁， 秩序井然，操作习 惯良好；(3) 小组成员协作 和谐，态度正确；(4) 不迟到、早退、 旷课1. 违反操作规程.每次扣5分2. 工作场地不整洁.扣5分总分