设计十七：三色跑灯循环控制电路设计与制作

设计十七：三色跑灯循环控制电路设计与制作

( 姓名：张 萍   学号：20061042134   姓名：康钊毅  学号：20051050542)

摘　要：现代生活中，彩灯越来越成为人们的装饰品，它不仅能美化环境，渲染气氛，还可用于娱乐场所和电子玩具。在家庭装饰或商业区的灯光布置中经常需要完成彩灯循环点亮或数字计数等动态灯光效果,给生活增添光彩，实现彩灯功能，并能自由控制彩灯循环点亮的快慢。在数字电路中，把记忆输入CP脉冲个数的操作叫做计数，能实现计数操作的电子电路称为计数器。计数器是用以实现计数功能的时序逻辑部件，计数器不仅可用来脉冲计数，还可用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。因此在某些场合下, 可以利用计数器实现在灯光装饰中的彩灯循环点亮，数字计数以及频率调节等功能的设计。

关键词：跑灯 循环 控制电路 计数器

实验器材：

芯片NE555(1片) 、芯片CD4017(2片) 、电阻47K(1个) 、电位器100K(1个)、电容1微法 (1个) 、电容0.01微法(1个) 、红色发光二极管 (10个)、黄色发光二极管(10个)、电烙铁(1个)、焊接电路常用材料焊锡、导线、松香等若干

实验设计：

1、电路设计方案框图:

 2、原理电路

 (1)、555功能描述和结构框图：

555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器G1的反相输入端的电压为2VCC /3，G2的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端TR的电压小于VCC /3，则比较器 G2的输出为1，可使 RS 触发器置1，使输出端输出为1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC /3，则G1的输出为1，G2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为低电平。

（2）、CD4017功能和引脚图：

十进制计数／分频器CD4017，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O0、O1、O2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。

CD4017有10个输出端（Q0～Q9）和1个进位输出端C0。每输入10个计数脉冲， CO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。CD4017有3个输（CR、CP和INH），MR为清零端，当在C端上加高电平或正脉冲时其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1～Q9）均为低电平。CP是时钟输入端，设置时钟输入端，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，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。

（3）三色跑灯循环控制电路原理图：

电路图如下图所示：

（4）系统功能描述：

三色跑灯控制电路如图109所示。ICl为555时基电路，它组成多谐振荡器。IC2及 IC3为十进制计数／分配器CD4017。当IC1产生的脉冲振荡信号输出给IC2、IC3的CLK端时，IC2及IC3便开始同步计数输出。IC2的Q0—Q9输出端分别连接10只黄色发光二极管LED1—LEDl0的负极，IC3的Q0—Q9输出端分别连接红色发光二极管LED11—LED20的负极，各发光二极管的正极连接在一起接电源正极。当IC2—IC3计数时，其输出端Q0—Q9便会依次出现高电平，使所接对应的发光二极管熄灭，而其余处于低电平输出端的相应连接的发光二极管被点亮。

    由于IC2的Q0—Q9输出端分别与IC3的Ql—Q9—Q0端一一对应相连，这样使得每两个相对应的输出端上的红黄色发光二极管组成了一个变色管，当该变色管中的红、黄发光二极管同时被点亮时，变色管便会呈现橙色。在IC2、IC3的各输出端中，在任意时刻，它们总会有一个输出端输出高电平，而其余输出端均为低电平，所以在IC2、IC3的每两个对应输出端同为低电平时，该两个对应输出端上所连接的黄色发光二极管成为变色管，发出橙色光。当每两个对应输出端的一个为高电平，另一个为低电平时，该高电平使两发光二极管中的某色发光二极管熄灭，而使黄色的变色管呈现出低电平,而输出端所连接的发光二极管则显示出的相应颜色的光来。因为IC2、IC3的高电平输出端不同时处于同一只变色管中,因此每一只变色管均不会因其中两只红、黄色发光二极管同时熄灭,而无颜色显示。当IC2、IC3的高电平处于两个二极管的相应端时，使两个二极管分别显示出红色、黄色，并随着两个高电平的依次跃进，该红、黄两色跑灯也随之跑动显示，而其余的黄变色管均呈现橙色，因此电路将呈现出红、黄两色跑灯在橙色背景下显示跑动的情景。

  　调节RP1，可改变IC1振荡电路的频率，使它在1~5Hz内变化,使跑灯因跑动速度不同而呈现出各种不同的效果。

3、系统功能调试：

调试过程应按照先局部后整机的原则，根据信号的流向逐块调试，使各功能块都要达到各自技术指标的要求，然后把它们连接起来进行统调和系统测试。调整主要是调节电路中可变元器件或更换器件，使之达到性能的改善。在理论上可行的电路在调试中未必能显示出来，这就需要不断地尝试才能得出正确的答案。调试时最为关键的地方就是看555芯片是否有脉冲输出, 当555芯片产生的脉冲振荡信号输出给IC2(CD4017)、IC3(CD4017)的CLK端时，IC2及IC3便开始同步计数输出,此时CD4017才可驱动输出端的相应二极管发光。

4、设计心得体会：

整个过程花了我们不少时间，可当做完时才发现做这个这个三色跑灯循环控制电路并不是一件很困难的事，主要是在调试时花了不少时间，其间换了不少器件，有的器件在理论上可行，但在实际运行中就无法看到效果，需要更换器件重新接线以使电路正常运行。在实际的操作过程中，使我们能把理论中所学的知识灵活地运用起来,解决调试中会遇到各种各样的问题从而提高了我们解决问题的能力，学会了在设计中独立解决问题，也包括怎样去查找问题。这个数字系统设计与制作锻炼我们的动手能力，也了解了不少器件的功能的应用，也加深了对数字电路认识和理解。课程设计结束。两周，学到的，想到的，远远不止是在课堂上能做到的。

参考文献：　

[1]康华光，邹寿彬，秦臻．电子技术基础数字部分(第五版) ．华中科技大学电子技术课程组编                                    系统作品图

[2]阎石．数字电子技术基础[M ] ．北京：高等教育出版社, 1997

[3]黄继昌，郭继忠，张海贵．数字集成电路应用300例． 北京：人民邮电出版社,2002

[4]李世雄，皇甫正贤，郑虎申．数字集成电路基础[M ]．北京：高等教育出版，1986.