1、 完美 WORD 格式范文.范例.指导. 参考 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。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
2、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 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）主任完美 WORD 格式范文.范例.指导. 参考 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
3、线 41.3、元器件的选择及参数计算 .61.3.1、555 参数计算 .61.3.2、 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 114.4、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
4、 心得体会 .17六、 参考文献 18完美 WORD 格式范文.范例.指导. 参考 1、总体的设计方案与选择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
5、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
6、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。本次完美 WORD 格式范文.范例.指导. 参考 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)
7、 -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) -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
8、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)。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
9、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，只有两个暂稳态。在工作时，电路完美 WORD 格式范文.范例.指导. 参考 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，
10、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=R2Cln2 振荡周期 T=(R1+2R2)Cln2 输出方波的占空比 为 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
11、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，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。完美 WORD 格式范文.范例.指导. 参考 1.2.4、CD4017 直流电气特性表 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。
12、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 5
13、55 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。 完美 WORD 格式范文.范例.指导. 参考 图 1-5 CD4017 内部结构图图 1-6 CD4017 连线图1.3、元器件的选择及参数计算1.3.1、555 参数计算由图 1-3 可知对于 555 芯片需要确定的主要参数为 R1、R2 的阻值以及电容C 的容值。在这里我们取 R1=
14、2.2K，R2=47K，C=1uF，则完美 WORD 格式范文.范例.指导. 参考 输出高电平时间 T1=(R1+R2)Cln2=（2.2+47）*1* ln2=0.034s 输出低电平时间 T2=R2Cln2 =47*1* ln2=0.033s振荡周期 T=(R1+2R2)Cln2=（2.2+2*47）*1* ln2=0.067s输出方波的占空比为D=Tph/T=(R1+R2)/(R1+2R2)=(2.2+47)/(2.2+2*47)=0.511.3.2、 CD4017 参 数 计 算由表 1-1 可知，在 VDD=5V 的情况下，CD4017 的输出电压也约为 5V。为了保护 LED 不被
15、烧毁，需要串联限流电阻，我们取电阻阻值为 300，则发光二极管导通时电压 V 2V发光二极管导通时 D1D10 的电流 Io=（5-2）/300=10mA1.4、总体电路草图图 1-7 总体电路草图2、总体电路图及印刷版图及相关说明2.1、总体电路图完美 WORD 格式范文.范例.指导. 参考 图 2-1 总体电路原理图说明：所用芯片为 NE555P 及 CD4017BMJ。R1 阻值为 2.2K，R2 阻值为47K，R3R12 阻值为 300。C1 是容值为 1uF 的瓷片电容，C2 是容值为 0.01uF的电解电容。2.2、印刷电路板图图 2-1 印刷电路板图说明：U1 为 555 芯片，
16、封装为 P008；2 为 CD4017 芯片，封装为 J16A；C1 为瓷片电容，C2 为点解电容。3、计算机仿真及相关说明3.1、计算机仿真电路图 3-1 仿真例图（1）完美 WORD 格式范文.范例.指导. 参考 图 3-2 仿真例图（2）图 3-3 仿真例图（3）说明：图 3-1、3-2、3-3 都为 multisim 软件仿真过程截图，以三盏灯点亮时的截屏代表所有灯被依次点亮。完美 WORD 格式范文.范例.指导. 参考 4、3.2 计算机仿真波形图 图 3-4 示波器的仿真波形说明：图 3-4 为仿真中的示波器的波形。通道 A 接 CD4017 的 14 号脚，通道 B 接 CD40
17、173 号脚。分别表示 CD4017 的时钟信号及 LED2 的输入信号。3.3 仿真结果开启仿真后，通过示波器显示 NE555 输出方波，正常工作。发光二极管依次点亮，通过万用表测得其导通压降 1V，导通电流为 21mA，CD4017 也正常工作。完美 WORD 格式范文.范例.指导. 参考 5、安装调试4.1、元件清单元器件 封装 参数 标识 数量Cap RAD-0.3 1uF C1 1Cap Pol2 RB5-10.5 0.01uF C2 1LED0 LED-0 D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D1010Res2 AXIAL-0.42.2K*147
18、K*1300*10R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R1212NE555P P008 U1 1CD4017BMJ J16A U2 1表 4-1 元器件清单表4.2、元件引脚识别4.2.1、芯片管脚识别对于直插式封装的芯片（在本次实验中即 555 芯片及 CD4017 芯片）来说，从芯片正面看，把芯片的半圆凹陷处当作上方，从左上角开始为一号管脚，右上角为最后一个管脚（555 为 8 号、CD4017 为 16 号）。图 1-1 和 1-2 分别为555 芯片及 CD4017 芯片引脚图。4.2.2、其他元器件的管脚识别对于其他器件来说，管
19、脚同样需要识别。对于电阻 R1R12 及瓷片电容 C1来说，它们都是无极性器件，管脚没有正负之分，可随意连接。对于点解电容C2 及发光二极管 D1D10 来说，它们都是有极性器件，其中长管脚为正极，短管脚为负极，在识别及接线时需注意。4.3、元件的检测在焊接之前，我们需要检测器件是否能正常工作，本次实验中则主要是检查电阻及 LED。通过万用表的不同点阻挡，将表笔接在电阻两端确认各个阻值的电阻是否正常；通过万用表的蜂鸣档，将红表笔接 LED 正极，黑表笔接 LED负极，确认 LED 能正常发光。完美 WORD 格式范文.范例.指导. 参考 4.4、调试步骤在焊接完成之后，用万用表蜂鸣档检测各电路
20、是否像电路图一样连接没有通断异常，检测电路中极性电容，发光二极管的极性是否连接正确。然后通电，用示波器检测充放电电容 C1 两端的波形确定其能正常充放电，并用示波器检测NE555 的输出波形是方波确定 NE555 正常工作，并通过万用表检测发光二极管两端的电压、电流确定发光二极管是否在额定的状态下工作。调试完成后上电时实验现象应该是发光二极管依次正常点亮，形成流水灯的效果。如果没有正常工作，检查元件的极性是否和电路图上的一致，若流水灯点亮的频率过快或过慢，就需要更换 NE555 连接的电阻的阻值以及充放电电容的容值来改变NE555 的输出方波的脉冲频率。如果发光二极管点亮时发的光过亮或过暗，就
21、需要更换发光二极管所连的下拉电阻的阻值来调整发光二极管的亮度。4.5、所用仪器仪表万用表 x1；示波器 x1；直流电源 x1；4.6、实物图图 4-1 电路板背面图完美 WORD 格式范文.范例.指导. 参考 图 4-2 电路板正面图（1）图 4-3 电路板正面图（2）完美 WORD 格式范文.范例.指导. 参考 图 4-4 电路板正面图（3）5、心得体会5.1、 13048119 心得体会经过这次电子课程设计，我们学到了许多知识，像 NE555 的多谐振荡器电路，十位计数器 CD4017 的使用，对于知识的积累有很大的帮助。在原理设计过程中我们提高了自己查找资料并进行设计的能力，并设计了原理
22、电路，而在之后的仿真过程中，我们学会使用 Multisim 软件来仿真，并通过仿真来调整自己的原理电路，对原本设置不合理的元件参数进行修正,还因为是用 1 个下拉电阻一条主路还是 10 个下拉电阻分别接在支路两种方案进行仿真最终选择了更稳定的后者，仿真完成后我们还使用了 Altium Designer 来制作原理图和 PCB 板图。在理论步奏完成后，我们开始焊接电路，虽然电路图比较简单，但要使发光二极管依次点亮达到流水灯的效果，因 CD4017 管脚的排布让我们动了一番脑筋才尽量减少了 CD4017 到发光二极管的跳线问题。焊接过程的时间在整个课设中花了比较长的时间才焊好，其中还因为元件的替换
23、返工了几次，不过努力总有回报，耐心的焊接过程使得我们在调试过程相对轻松一些，上电后测得得几个参完美 WORD 格式范文.范例.指导. 参考 数都基本符合理论值，NE555 能够正常输出方波，而 CD4017 所连接的发光二极管也能够正常地工作，我们心满意足地实现了预期的实验现象，达成的预定的目标，而在这过程中，我们发现理论与实践相结合的重要性：将所学习的电子知识有效的运用在实际的电路中并实现预期的目的。这对于今后的学习、实践都有很大的帮助。5.2、13048115 心得体会这是我们做的第一次课程设计，感受到了很多跟平时做实验的时候不一样的东西。之前也不是没有做过流水灯，不过都是用单片机做的，感
24、觉很简单，编一下程序烧录进去然后接下线就搞定了。这次是第一次用其他芯片来做。刚开始的时候感觉无从下手，不知道该怎么做，后来到网上查了资料才知道其实并不会很难并且确定了方案。方案确定后就是做做仿真及设计板子。在这过程中使用了 Altium designer 画图，Protues 作仿真。出于节省器材的想法，我开始把 10 个 LED 的限流电阻都公用一个 300 欧的。在 Protues 上没出现什么问题，但在换了 Mlutisim 仿真时则出现了灯在切换的时候会全部亮的问题，在十盏灯都加上限流电阻的时候这个问题就消失了。可能是 Protues 的仿真精度不高的原因，所以之前并没有发现什么问题。
25、在焊电路板的时候，虽然图上比较简单，但是布线还是很麻烦的，如果不好好布置的话，需要跳很多根线，在这里着实费了一番功夫，最后的成品上跳线的根数还是不多的。虽然焊板子花了完美 WORD 格式范文.范例.指导. 参考 不少功夫，但是结果还是很好的，我们的板子一次成功，并没有什么错误，当时就觉得很开心，总算没白费功夫。经过这次课设，我能够明显的感受到自己在各方面都有了一定的提升，同时也体会到了课设对于我们的重要性。通过课设，我们能够把平时学到的理论知识运用到实际，为我们以后走向社会做好准备。6、参考文献1、电子技术课程设计指导 彭介华 主编 北京：高等教育出版社 1997；2、国产集成电路应用 500 例 周 仲 主编 北京：电子工业出版社 1992；3、555 时基电路原理、设计与应用 陈有卿、叶桂娟 主编 北京：电子工业出版社 2007；4、常用电子元件简明手册 于洪珍 主编；
