基于集成定時(shí)器555的彩燈循環(huán)控制電路

胡俊海+齊跡+王英男+朱鳳武

摘要：這一個(gè)是運(yùn)用NE555構(gòu)成的多諧振蕩器及CD4017分頻器實(shí)現(xiàn)彩燈循環(huán)控制電路的典型案例。NE555是一種常用的集成定時(shí)器，由它加上外圍電路可以產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖，這個(gè)脈沖作為CD4017的觸發(fā)信號(hào)。分頻計(jì)數(shù)器CD4017通過管腳的設(shè)置，它的輸出端依次產(chǎn)生高電平，從而順序點(diǎn)亮發(fā)光二極管，產(chǎn)生流水效果。

關(guān)鍵詞：集成電路；多諧振蕩器；循環(huán)控制

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）23-0265-02

一、設(shè)計(jì)內(nèi)容、任務(wù)與目的

本設(shè)計(jì)用NE555構(gòu)成的多諧振蕩器的輸出脈沖作為分頻器CD4017的輸入信號(hào)，產(chǎn)生彩燈（發(fā)光二極管）循環(huán)點(diǎn)亮的流水效果，完成彩燈循環(huán)控制電路的設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)來誘發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，使學(xué)生能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決實(shí)際問題。設(shè)計(jì)目的如下：（1）掌握NE555集成定時(shí)器的工作原理，學(xué)習(xí)用NE555集成定時(shí)器組成多諧振蕩器。（2）加深了解十進(jìn)制計(jì)數(shù)分頻器CD4017的邏輯功能及使用方法。（3）掌握實(shí)驗(yàn)方法與技能，學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題，并能給出正確解決方法。（4）培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力以及分析解決問題能力。

二、教學(xué)與指導(dǎo)

本設(shè)計(jì)是鍛煉學(xué)生能夠獨(dú)立應(yīng)用所學(xué)的NE555集成定時(shí)器來構(gòu)成輸出脈寬可調(diào)的多諧振蕩器，與計(jì)數(shù)/分頻器CD4017一起組成彩燈循環(huán)控制電路。既有所學(xué)到知識(shí)，又有擴(kuò)展的內(nèi)容；既結(jié)合了理論知識(shí)又鍛煉了動(dòng)手能力，是理論與實(shí)際相結(jié)合的典型案例。指導(dǎo)學(xué)生注意以下問題：

1.先組接多諧振蕩器。在接線過程中要注意電源的記性以及極性電容的極性不要接反，直到NE555的輸出端3腳接的發(fā)光二極管閃亮為止，說明振蕩電路能輸出方波脈沖。之后可以用示波器觀察輸出脈沖的波形，通過改變可調(diào)電位器來改變占空比。

2.在多諧振蕩器電路完成后，在組接計(jì)數(shù)分頻器電路來驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管電路。注意發(fā)光管的排列順序要按照CD4017依次輸出高電平的順序，否則，發(fā)光管的閃動(dòng)就沒有規(guī)律，不能形成依次點(diǎn)亮的流水效果。

3.注意所用直流穩(wěn)壓電源、測(cè)量?jī)x表以及示波器的正確使用。

三、電路原理及方案

（一）芯片引腳及功能

芯片NE555的引腳如圖1所示。

芯片CD4017的引腳如圖2所示。

CD4017引腳功能：

CD4017內(nèi)部是計(jì)數(shù)器及二—十進(jìn)制譯碼電路。

CD4017有16支腳，除VCC（Pin16）及GND（Pin8）為電源接腳（輸入電壓范圍為3–15V），其余接腳為：

A、頻率輸入腳：CLK（Pin14），為頻率信號(hào)的輸入腳。

B、數(shù)據(jù)輸出腳：

a、Q0-Q9（Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11），為解碼后的十進(jìn)制輸出接腳，被計(jì)數(shù)到的值，其輸出為Hi，其余為L(zhǎng)o電位。

b、CO（Pin12），進(jìn)位腳，當(dāng)4017計(jì)數(shù)10個(gè)脈沖之后，CO將輸出一個(gè)脈波，代表產(chǎn)生進(jìn)位，共串級(jí)計(jì)數(shù)器使用。

C、控制腳：

a、RST（Pin15）：清除腳或稱復(fù)位腳，當(dāng)此腳為Hi時(shí)，會(huì)使CD4017的Q0為”1”，其余Q1-Q9為”0”。

b、/ENA（Pin13），時(shí)序允許腳，當(dāng)此腳為低電位，CLK輸入脈波在上升沿時(shí)，會(huì)使CD4017計(jì)數(shù)，并改變Q0-Q9的輸出狀態(tài)。

（二）電路原理

電路原理圖如圖3所示。

多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時(shí)間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。由555定時(shí)器和外接元件構(gòu)成多諧振蕩器，腳2和腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路不需要外接觸發(fā)信號(hào)，電源通過電阻向電容充電，以及電容通過電阻向放電端6腳放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容在■U■和■U■之間充電和放電，從而在輸出端產(chǎn)生一系列的矩形波。

接通電源后，輸出假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是VCC—R1—R2—C—地，按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)上升到2Vcc/3時(shí)（TH、端電平大于Vc），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。Vo是低電平，T導(dǎo)通，C放電，放電回路為C—R2—T—地，按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)下降到Vcc/3時(shí)（TH、端電平小于Vc），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。

十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/分頻器CD4017，其內(nèi)部由計(jì)數(shù)器和譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)的分配，整個(gè)輸出時(shí)序就是Q1、Q2、…、Q9依次出現(xiàn)與時(shí)鐘同步的高電平，寬度等于時(shí)鐘周期。

由此可見，當(dāng)有連續(xù)脈沖輸入時(shí)其對(duì)應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。輸出高電平的順序分別是引腳：3、2、4、7、10、1、5、6、9、11，這樣使發(fā)光二極管依次發(fā)光，形成流水效果。若要改變彩燈的閃光速度，可調(diào)節(jié)電位器。

四、設(shè)計(jì)報(bào)告及考核要求

設(shè)計(jì)報(bào)告書寫要求：（1）畫出集成定時(shí)器NE555和計(jì)數(shù)分頻器CD4017的引腳圖，并注明各個(gè)引腳的功能。（2）畫出彩燈循環(huán)控制電路的原理圖，敘述其工作原理。（3）對(duì)在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題及解決方法做以總結(jié)，并分析產(chǎn)生問題的原因。（4）實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)及其他。

主要考核三方面：實(shí)驗(yàn)前是否認(rèn)真預(yù)習(xí)，是否寫出了滿足要求的預(yù)習(xí)報(bào)告，是否回答出指導(dǎo)教師的提問。實(shí)驗(yàn)中是否獨(dú)立完成了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，是否獨(dú)立分析出故障原因和解決了實(shí)驗(yàn)中所遇到的問題。實(shí)驗(yàn)后是否按時(shí)提交了規(guī)范的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

五、項(xiàng)目特色或創(chuàng)新

本設(shè)計(jì)特色是以學(xué)生為主體、探究性教學(xué)為重點(diǎn)：引導(dǎo)學(xué)生在自主學(xué)習(xí)、研究發(fā)現(xiàn)、掌握實(shí)驗(yàn)知識(shí)方法與技能，綜合運(yùn)用知識(shí)：開展探索研究，要求學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際解決電路問題的典型案例，通過典型芯片組成的典型電路，讓學(xué)生用所學(xué)理論獨(dú)立分析故障原因和解決實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，鍛煉、提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)了學(xué)習(xí)電子的熱情。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦曾煌.電工學(xué)（下）電子技術(shù)[M].第五版.北京：高等教育出版社，2003：300-309.

[2]邱關(guān)源.電路[M].第四版.北京：高等教育出版社，2003：32-75.

Lantern Circulated Controlling Circuit Based on Integrated Timer 555

—The Curriculum Design Case on Electronic Technology

HU Jun-hai，QI Ji，WANG Ying-nan，ZHU Feng-wu

（The College of Engineering and Technology，Jilin Agricultural University，Changchun，Jilin 130118，China）

Abstract：This is the use of NE555 composed of multivibrator and CD4017 divider to achieve a typical case of Lantern cycle control circuit.NE555 is a commonly used integrated timer，which can be generated by the external circuit pulse width adjustable pulse，this pulse as the trigger signal CD4017.Frequency counter CD4017 through the pin settings，its output in turn to produce high levels，thus sequentially lit led，resulting in water effect.

Key words：integrated circuit；multivibrator；loop control