1、1电子技术基础 课 程 设 计 任 务 书20152016 学年 第一学期 第 17 周18 周注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份题目 用 555 与 CD4017 制作循环彩灯内容及要求1、要求用 555 芯片和 CD4017 芯片2、10 个发光二极管依次发光进度安排1、方案论证 2 天2、分析、设计、 3 天3、焊接、调试、实现 3 天4、检查、整理、写设计报告、小结 2 天学生姓名：蒋焱、付士山村指导时间 12 月 28 日29 日 1 月 4 日7 日 指导地点： F 楼 308 室任务下达2015 年 12 月 28 日 任务完成 2016 年
2、1 月 8 日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师系（部）主任2备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。3一、 总体的设计方案与选择 .11.1、原理方案的构思 .11.1.1、555 原理简介 .11.1.2、CD4017 简介 .11.2、总体方案的确定 .21.2.1、555 管脚参数 .21.2.2、555 工作方式与接线 .31.2.3、CD4017 管脚参数 .31.2.4、CD4017 直流电气特性 .41.2.5、CD4017 工作方式与接线 .41.3、元器件的选择及参数计算 .61.3.1、555 参数计算 .61.
3、3.2、 CD4017 参 数 计 算 .61.4、总体电路草图 .6二、 总体电路图及印刷版图及相关说明 .72.1、总体电路图 .72.2 印刷电路板图 .8三、 计算机仿真及相关说明 .83.1、计算机仿真电路 .83.2 计算机仿真波形图 .103.3 仿真结果 .10四、 安装调试 .114.1、元件清单 .114.2、元件引脚识别 .114.3、元件的检测 .1144.4、调试步骤 .134.5、所用仪器仪表 .144.6、实物图 .14五、 心得体会 .165.1、13048119 心得体会 .165.2、13048115 心得体会 .17六、 参考文献 .1811、总体的设计方
4、案与选择1.1、原理方案的构思1.1.1、555 原理简介555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件,芯片如图 1-1所示。一般用双极型（TTL）工艺制作的称为 555，用 互补金属氧化物（CMOS ）工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多种功能。555 芯片的基本功能有多谐振荡器、单稳态触发器及
5、施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。本次实验使用的功能为多谐振荡器输出矩形波信号。图 0-1 555 芯片 图 0-2 CD4017 芯片1.1.2、CD4017 简介CD4017 是 5 位 Johnson 计算器，具有 10 个译码输出端，CP，CR，INH 输入端,芯片如图 1-2 所示。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入2时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH 为低电平时，计算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
6、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。本次实验将 555 芯片的输出端与 CD4017 的时钟端相连，将 555 芯片输出的矩形波信号作为 CD4017 的时钟信号。1.2、总体方案的确定1.2.1、555 管脚参数Pin 1 (接地) -地线 (或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发 NE555 使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于 2/3 VCC，下缘须低于 1/3 VCC 。Pin 3 (输出
7、) -当时间周期开始 555 的输出脚位，移至比电源电压少 1.7 伏的高电位。周期的结束输出回到 O 伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约 200 mA 。Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。Pin 6 (重置锁定) - Pin 6 重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从 1/3 VCC 电压以下移至 2/3 VCC 以上时启动这个动作。Pin 7 (放电) -这个
8、接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为 ON 时为LOW，对地为低阻抗，当输出为 OFF 时为 HIGH，对地为高阻抗。Pin 8 (V +)-这是 555 个计时器 IC 的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5 伏特(最小值)至+16 伏特( 最大值)。3参数功能供应电压 4.5-18V供应电流 10-15ma输出电流 225mA (max)上升/下降时间 100 ns1.2.2、555 工作方式与接线555 芯片的工作方式为多谐振荡器。多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只
9、有两个暂稳态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。用 555 定时器构成的多谐振荡器电路如图 1-3 所示：接通电源后，假定是高电平，则 T 截止，电容 C 充电。充电回路是 VCCR1R2 C地，按指数规律上升，当上升到时（TH、端电平大于），输出翻转为低电平。是低电平，T 导通，C 放电，放电回路为 CR2T地，按指数规律下降，当下降到时（TH、端电平小于），输出翻转为高电平，放电管 T 截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡。输出高电平时间 T1=(R1+R2)Cln2 输出低电平时间 T2=R2Cln
10、2 振荡周期 T=(R1+2R2)Cln2 输出方波的占空比 为 4图 0-3 555 定时器构成的多谐振荡器 图 1-4 多谐振荡器电容充、放电及输出波形1.2.3、CD4017 管脚参数CP (Pin14)，为频率信号的输入脚。 Q1-Q9 (Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，为*后的时进制输出接脚，被计数到的值，其输出为 Hi，其余为 Lo 电位。 CO（Pin12），进位脚，当 4017 计数 10 个脉冲之后，CARRY OUT 将输出一个脉波，代表产生进位，共串级计数器使用。 D、 控制脚： CR (Pin15)：清除脚或称复位(Reset)脚，当此脚为 Hi 时
11、，会使 CD4017 的Q0 为”1”，其余 Q1-Q9 为”0”。 INH (Pin13)，时序允许脚，当此脚为低电位，CLOCK 输入脉波在正缘时，会使 CD4017 计数，并改变 Q1-Q9 的输出状态。1.2.4、CD4017 直流电气特性5表 1-1 CD4017 直流电气特性表1.2.5、CD4017 工作方式与接线CD4017 的内部结构如图 1-5 所示。当复位端 CR 加上高电平和正脉冲时，输出端 Q0 为高电平，其余 9 个输出端 Q0Q9 均为低电平。时钟输出端 CP 对输入时钟脉冲的上升沿计数，INH 则对时钟脉冲的下降沿计数。Q0Q9 这 10 个输出端的输出状态分别
12、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，Q1Q9 为低电平。如此反复，只要 555 芯片的 3 脚送来的二进制信号不消失，CD4017 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。 由此可知，CD4017 的接线方式如图 1-6 所示：14 脚接 555 芯片的 3 脚，13、15、16 脚接地，1、2、3、4、5、6、7、9、10、11 脚接 LED 灯正极，12脚悬空。 6图 1-5 CD4017 内部结构图图 1-6 CD4017 连线图
