NE555 流水灯.doc

1、创新实践环节2 / 22目录第一章 前言 .3摘要 .3Abstract .4第二章 基础技术 .52.1 Proteus 基础技术 .52.2 Protel 基础技术 .62.3 PCB 板制作基础技术 .8第三章 总体方案设计 .103.1 芯片简介 .103.1.1 芯片 CD4017.103.1.2 芯片 NE555.113.2 方案设计 .12第四章 硬件设计 .144.1 设计要点 .144.2 方案总体电路及其工作原理 .144.2.1 总体电路 .144.2.2 工作原理 .15第五章 电路板的调试与测试 .175.1 电路板的调试 .175.2 电路板的测试 .17第六章 总

2、结与展望 .18第七章 谢辞 .19第八章 参考文献 .20附件 .213 / 22第一章 前言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。通常的流水灯是应用单片机设计的，而单片机的设计成本较高，对编程的要求也比较高，由于我们学习了数字电路，所以采用了小型集成电路

3、设计流水灯。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。认真连接设计电路，由于最后流水灯的流向十分的清晰和稳定，所以所得的结果测试十分简洁并且很成功。4 / 22AbstractIn todays society is an era of new technology emerge in endlessly, the rapid developm

4、ent of science and technology, more rapid development in the field of electronics, as well as affects our lives. With the improvement of peoples living standard, the water lights in real life the role of more and more important. For example: in the busy traffic road traffic, flashing water traffic l

5、ights, remind us to a disciplined traffic rules, in a busy street, neon-lit flickering lamp they attract the attention of passers-by, water and even in some big mall building on automatic doors are equipped with automatic water lamp,tell people the time and date. Usually water lamp application of si

6、ngle chip microcomputer is designed, and MCU design cost is higher, the requirement of programming is high.The design requirements of flowing water light at a predetermined time arrived, will produce a control signal to control the flow of LED lights, such as intermittent, leds flow can be changed w

7、ith the change of the circuit, and has the function of automatic control, manual control, flow control, etc. Mainly refer to the principle of digital circuit of counter. NE555 oscillator role related knowledge in the process of design need to know the specific function of related chip (CD4017, NE555

8、). Serious connection circuit design, as a result of the last light water flow is very clear and stable, so the test result is very simpleand very successful.5 / 22第二章 基础技术2.1 Proteus 基础技术Proteus 软件是英国 Lab Center Electronics 公司出版的 EDA 工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是

9、目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具( 仿真软件 )，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。1）Proteus 软件的功能1原理布图2PCB 自动或人工布线3SPICE 电路仿真2）革命性的特点1互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如 RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD， AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件。2仿真处理器及其外围电路可以仿真 51

10、 系列、AVR、PIC、ARM 、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus 建立了完备的电子设计开发环境3）智能原理图设计丰富的器件库：超过 27000 种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；6 / 22可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的 BMP 图纸，可以方便地供 WORD、POWERPOI

11、NT 等多种文档使用。4）完善的电路仿真功能ProSPICE 混合仿真：基于工业标准 SPICE3F5，实现数字/ 模拟电路的混合仿真；超过 27000 个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的 SPICE 文件自行设计仿真器件，Labcenter 也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件；多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用 wav 文件）、指数信号、单频 FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入；丰富的虚拟仪器：13 种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压 /电流表、数字图案发生器、频率计/计数器

12、、逻辑探头、虚拟终端、SPI 调试器、 I2C 调试器等；生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析；2.2 Protel 基础技术Protel 99 采用全新的管理方式，即数据库的管理方式。Protel 99 是在桌面环境下第一个以独特的设计管理和团队合作技术为核心的全方位的印制板设计系统。所有 Protel99 设计文件都被存储

13、在唯一的综合设计数据库中，并显示在唯一的综合设计编辑窗口。Protel 99 软件沿袭了 Protel 以前版本方便易学的特点，内部界面与 Protel 98 大体相同，新增加了一些功能模块。Protel 公司引进了德国 INCASES 公司的先进技术，在 Protel99 中集成了信号完整性工具，精确的模型和板分析，帮助你在设计周期里利用信号完整性分析可获得一次性成功和消除盲目性。Protel99容易使用的特性就是新的“这是什么” 帮助。按下任何对话框右上角的小问号，然后选择你所要的信息。现在可以很快地看到 特性的功能，然后用到设计中，按下状态栏末端的按钮，使用自然语言帮助顾问。7 / 22

14、1）电路设计编辑到现在许多 PCB 工程师们也许还在使用 Protel99 或者 protel99se 在他们所熟悉的编辑环境下进行 PCB 设计，他们都很有经验，能够在 protel99 或protel99se 上设计出一块很棒的 PCB。但有的时候他们甚至不相信软件的智能化给他们带来的巨大方便。于是许多 PCB 工程师根本不使用软件带有的强大的自动布线功能，因为即使重复布上几百次都不能得到他们满意的方案，或是调整的线太多还不如完全手工布线。这些都让他们不愿意接受也不相信更新换代了的人工智能能给他们的设计带来什么巨大的方便，他们相信的只是他们多少年积累的经验。但实际上他们都很清楚当他们设计一

15、块多层高密度 PCB 所需要付出的代价是什么，同时他们也希望真的有那么一款软件能让他们的设计效率有极大的提高的 PCB 设计软件。现在 Altium 公司 2004 年最新产品 Protel 2004 完全能满足这方面的要求。当然 Protel 2004 面对的用户不光是为了方便这些有多年经验的 PCB 工程师们。 Protel 2004 同时还降低了制作 PCB 的门槛，通过短时间的培训(即使是自学) ，很短时间您都可以很快的制作一块合格的 PCB。Protel 2004 共可进行 74 个板层设计，包含 32 层 Signal(信号走线层); 16 层Mechanical(机构层); 16

16、 层 Internal Plane(内层电源层);2 层 Solder Mask(防焊层); 2 层 Paste Mask(锡膏层); 2 层 Silkscreen(丝印层); 2 层钻孔层（钻孔引导和钻孔冲压）； 1 层 Keep Out (禁止层); 1 层 Multi-Layer (横跨所有的信号板层)。2）特殊元件的布局（1）高频元件：高频元件之间的连线越短越好，设法减小连线的分布参数和相互之间的电磁干扰，易受干扰的元件不能离得太近。隶属于输入和隶属于输出的元件之间的距离应该尽可能大一些。（2）具有高电位差的元件：应该加大具有高电位差元件和连线之间的距离，以免出现意外短路时损坏元件。为

17、了避免爬电现象的发生，一般要求 2000V 电位差之间的铜膜线距离应该大于 2mm，若对于更高的电位差，距离还应该加大。带有高电压的器件，应该尽量布置在调试时手不易触及的地方。（3）重量太大的元件：此类元件应该有支架固定，而对于又大又重、发热量多的元件，不宜安装在电路板上。（4）发热与热敏元件：注意发热元件应该远离热敏元件。8 / 22（5）可以调节的元件：对于电位器、可调电感线圈、可变电容、微动开关等可调元件的布局应该考虑整机的结构要求，若是机内调节，应该放在电路板上容易调节的地方，若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相对应。（6）电路板安装孔和支架孔：应该预留出电路板的安装孔

18、和支架的安装孔，因为这些孔和孔附近是不能布线的。2.3 PCB 板制作基础技术主要采用了热转移的原理.利用激光打印机的“碳粉”(含黑色塑料微粒)受激光打印机的硒鼓静电吸引，在硒鼓上排列出精度极高的图形及文字，在消除静电后，转移于经过特殊处理的专用热转印纸上，并经高温熔化热压固定,形成热转印纸版，再将该热转印纸覆盖在敷铜板上,由于热转印纸是经过特殊处理的 ,通过高分子技术在它的表面覆盖了数层特殊材料的涂层，使热转印纸具有耐高温不粘连的特性,当温度达到 180.5时，在高温和压力的作用下，热转印纸对融化的墨粉吸附力急剧下降，使融化的墨粉完全吸附在敷铜板上,敷铜板冷却后,形成紧固的有图形的保护层,经

19、过腐蚀后即可形成做工精美的印制电路板。制作方法与步骤:1.用 Protel 制作好印制电路板图形。2.用激光打印机打印在热转印纸上。3.用细砂纸擦干净敷铜板，磨平四周，将打印好的热转印纸覆盖在敷铜板上，送入照片过塑机( 调到 180.5200) 来回压几次，使融化的墨粉完全吸附在敷铜板上。4.敷铜板冷却后揭去热转印纸，放到 FeCl3 溶液中腐蚀后即可形成做工精细的印刷电路板。（注意：热转印纸是一次性用纸，不可多次使用，以免影响激光打印机硒鼓寿命）平时多余的转印纸应保存在阴凉干燥处，不可受日光长期照射，否则影响转印效果。9 / 22总结经验如下：1、为保险起见，建议布线的宽度在 15mil 或

20、以上。2、线距定在 10mil 或以上3、零件焊盘可以定义大一点。我是定义为四方的 70 * 70 mil. IC 脚是定为为方的 60 * 804、打印时将过孔也要打印出来，这样，钻孔时就有定位，非常方便。5、用烫斗的温度不要过高。我的 National 烫斗有 6 档，我只用到第 3 档。过高的温度可能会烫坏敷铜板。6、用烫斗的时间大约 1 分钟左右，用力压及不同方向移动。7、不要在敷铜板热的时候撕开热转印纸，否则会将热转印纸的胶也撕在铜板上，影响腐蚀。8、请准备好笔尖较细的油性笔，可以补救稍有问题的转印。本章小结：在做一个工程时，一定要先仿真，看看效果之后再来画原理图，画图的时候一定要仔

21、细，做 PCB 板的时候，也要按照其中的规则仔细作图。10 / 22第三章 总体方案设计3.1 芯片简介3.1.1 芯片 CD4017（1）CD4017 CD4017：十进制计数器/脉冲分配器，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

22、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 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 种封装形式。（2）工作条件编辑电源电压范围：3V-15V输入电压范围：0V-VDD工作温度范围M 类：55-125E 类：40-85（3）极限值编辑电源电压：-0.5V-18V 输入电压：-0.5V-VDD 十 0.5V输入电流：10mA 贮存温度：-65-150（4）功能符号编辑CO：进位脉冲输出 CP：时钟输入端CR：清除端 INH：禁止端VDD：正电源 VSS：地Q0-Q9 计数脉冲输出端