【数电课程设计】频率可调八路LED流水灯设计

EN555的内部结构可等效成23个晶体三极管、17个电阻、两个二极管组成了比较器、RS触发器等多组单元电路。特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器为上、下比较器提供基准电压，所以称之为555。其内部结构如图所示:图2-2 NE555内部结构图EN555芯片为8引脚双列直插式封装，其引脚排列如图所示。

羊村懒哥

6372人浏览 · 2024-03-02 20:06:43

羊村懒哥 · 2024-03-02 20:06:43 发布

设计要求

1、设计任务

设计实现输出频率范围为 1Hz~100Hz（允许大于 1KHz）、输出信号幅度 V≤5V 的方波信号，并输出给后续计数器/脉冲分配电路作为信号输出控制LED灯，按可调的频率进行轮流闪烁。

2、设计功能指标要求

完成整体系统设计：包含系统电源、信号发生、计数电路、LED显示电路
信号发生器要求：产生1Hz ~ 99Hz频率可调的方波，波形无明显失真(555，示波器测量）
计数计数器/脉冲分配电路（CD4017）
LED显示电路

3、设计实现手段

先根据任务要求，查找相关文献，理清设计思路和设计方案，并采用仿真软件（如用 multisim、Proteus 等 EDA 软件）进行电路设计和实验仿真调整，并测试各输出信号的波形和相关数据。整理好设计仿真文档报告，准备好制版 PCB 文档。大家可在基本要求的基础根据自身的情况进行功能、性能的扩展优化。设计过程注意采用模块化的设计方法，按功能模块进行实现，便于在电路调试中进行故障或功能分析。在4- 5周内，根据自己的仿真设计进行实际电路的制作，安装和调试，作品测试验收，完成课程设计的总体报告撰写及提交。

下面是设计方案报告撰写的全部内容：

本文介绍了采用NE555芯片和CD4017芯片完成的频率可调八路流水灯设计。本设计实现输出频率范围为 1Hz~100Hz、输出信号幅度 V≤5V 的方波信号，并输出给后续计数器电路作为信号输出控制LED灯，按可调的频率进行轮流闪烁。该设计主要分为信号发生电路、计数脉冲电路、LED显示电路，系统电源采用学生电源5V供电。通过NE555多谐振荡器产生方波，送入CD4017输入端，最终将信号按次序送给LED灯，达到LED灯一个接一个的亮起来的效果。同时振荡电路中设有可调电阻，通过可调电阻可实现输出方波频率可调，达到流水灯频率可调的效果。

关键词：NE555；CD4017；频率可调

Abstract

This paper introduces the design of frequency adjustable eight channel water lamp using NE555 chip and CD4017 chip. This design realizes the square wave signal with the frequency range of 1Hz ~ 100Hz and the output signal amplitude V ≤ 5V, and outputs it to the subsequent counter circuit as the signal output to control the LED lamp, and flickers alternately according to the adjustable frequency. The design is mainly divided into signal generating circuit, counting pulse circuit and LED display circuit. The system power supply adopts 5V power supply of students. The square wave is generated by NE555 multivibrator and sent to CD4017 input terminal. Finally, the signal is sent to LED lights in order to achieve the effect of LED lights lighting one by one. At the same time, the oscillation circuit is equipped with adjustable resistance, through which the output square wave frequency can be adjusted to achieve the effect of water lamp frequency adjustment.

Keywords：NE555; CD4017; frequency adjustable

1 引言

LED灯因其颜色种类多，形状可设计而被广泛应用于城市建筑物、街道的装饰，商业街广告牌。用数字电路控制可实现其周期性的变化，而不需要频繁的动态切换。本设计实现八位LED灯一位接一位的循环闪烁，其形状设计为心形。

2 系统设计方案

2.1 整体设计方案

通过NE555多谐振荡器产生方波来提供时钟信号，改变555的振荡频率即改变CD4017的计数快慢来达到八位流水灯闪烁快慢的变化。

图2-1 整体设计方案框图

2.2 信号发生电路

2.2.1 EN555芯片简介

2.2.1.1 555定时器

EN555的内部结构可等效成23个晶体三极管、17个电阻、两个二极管组成了比较器、RS触发器等多组单元电路。特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器为上、下比较器提供基准电压，所以称之为555。其内部结构如图所示:

图2-2 NE555内部结构图

2.2.1.2 EN555引脚介绍

EN555芯片为8引脚双列直插式封装，其引脚排列如图所示。

图2-3 NE555引脚图

引脚各功能如下所示：
●1地 GND●2触发●3输出●4复位●5控制电压●6门限(阈值）●7放电●8电源电压Vcc

2.2.2 信号发生电路设计与分析

图2-4 脉冲产生电路图

电路的振荡周期为T=t1+t2=(R9+2Rw1)C1*Ln2，选用大小合适的C1，通过改变Rw1实现频率到1HZ~100HZ的调节。

2.3 计数脉冲电路

图2-5 计数脉冲电路图

2.3.1 CD4017芯片简介

2.3.1.1 十进制计数器CD4017

CD4017是一个十进制计数器，具有10个高电平译码输出，CL0CK、RE、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。RE为高电平时，计数器清零。其主要特点如下:全静态工作；5V、10V、15V参数标准范围；标准的对称输出特性；封装形式: DIP16/SOP16/TSSOP16。

其逻辑图如图所示：

图2-6 逻辑电路图

2.3.1.2 CD4017引脚介绍

CD4017芯片为16引脚双列直插式封装，其引脚排列如图所示。

图2-7 CD4017引脚介绍

引脚各功能如下所示：

图2-8 引脚功能表

2.4 LED显示电路

图2-9 LED显示电路