流水燈電路的組裝與調(diào)試

賀桂霞

摘要：隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展尤其是數(shù)字技術(shù)的突飛猛進(jìn)，多功能流水燈憑著簡易，高效，穩(wěn)定等特點(diǎn)得到普遍的應(yīng)用。在各種娛樂場所、店鋪門面裝飾、家居裝潢、城市墻壁更是隨處可見，與此同時(shí)，還有一些城市采用不同的流水燈打造屬于自己的城市文明，塑造自己的城市魅力。目前，多功能流水燈的種類已有數(shù)十種，如家居裝飾燈、店鋪招牌燈等等。所以，多功能流水燈的設(shè)計(jì)具有相當(dāng)?shù)拇硇浴?/p>

本文介紹《流水燈電路的組裝與調(diào)試》項(xiàng)目的由來、設(shè)計(jì)思路、電路原理圖、工作原理、組裝所需的元器件清單、實(shí)際組裝和調(diào)試的過程等。展現(xiàn)了一個完整的一體化教學(xué)項(xiàng)目，適用于有一定理論知識與技能操作基礎(chǔ)的學(xué)生。

關(guān)鍵詞：流水燈；NE555；CD4017；組裝與調(diào)試

【分類號】TP368.1

前言

我們學(xué)校歷來非常重視教學(xué)模式的改革和創(chuàng)新。我們教研組的老師也經(jīng)常進(jìn)行集體備課，教學(xué)模式的探索和教學(xué)資源的優(yōu)化。我們這次的教學(xué)任務(wù)《流水燈電路的組裝與調(diào)試》就進(jìn)行了新的探索和嘗試。首先，我介紹一下這次任務(wù)的由來，我們在進(jìn)行疏散演習(xí)的時(shí)候，同學(xué)就會發(fā)現(xiàn)樓道里的指示燈并不很明顯，處在中間的同學(xué)不容易找到出口，同學(xué)就提出了一個想法，我們能不能自己設(shè)計(jì)一個動態(tài)的流水燈，輔助這個疏散燈，這樣使同學(xué)更容易找到安全出口。于是，我們就有了這次的項(xiàng)目。一般的一體化教學(xué)任務(wù)是由企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐中的典型工作任務(wù)提煉而來的。雖然他有針對性和實(shí)踐性，但是缺少了學(xué)生的參與在里面。而我們這次，就進(jìn)行了二者有機(jī)的集合，廣泛征求了學(xué)生的意見和想法，由教研組老師進(jìn)行討論，最后確定了基本方案，由老師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行了電路的設(shè)計(jì)。我們將這次任務(wù)設(shè)計(jì)成引導(dǎo)型，開發(fā)型的。在電路的設(shè)計(jì)當(dāng)中我們預(yù)留了許多可以改進(jìn)的地方，給同學(xué)一個發(fā)揮的空間，讓他們對電路進(jìn)行改進(jìn)。這樣讓他們覺得設(shè)計(jì)電路并不難，引發(fā)他們對電路設(shè)計(jì)的興趣，從而，引起他們對專業(yè)課深入學(xué)習(xí)的興趣。

一、設(shè)計(jì)思路

1. 十個LED燈相繼被點(diǎn)亮，形成流水燈。

2. 要做雙面印制電路板，電路元件要兼顧貼片式的和通孔的。（為了增加一定的組裝難度，也為了讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)它的不完美，從而進(jìn)行改進(jìn)）

3.可以一塊電路板單獨(dú)使用，也可以級聯(lián)起來多個一起使用。

4.不需要程序設(shè)計(jì)，只用硬件電路實(shí)現(xiàn)。（適用于職校二年級的學(xué)生，還沒有學(xué)到程序設(shè)計(jì)，也為后面的繼續(xù)學(xué)習(xí)打下伏筆）

二、電路原理圖

由NE555、CD4017和三極管控制的流水燈電路原理圖如下圖所示，該電路圖由專業(yè)老師帶領(lǐng)興趣小組的同學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)，用Protel DXP 2004 軟件畫出來的。

三、電路工作原理

1.CD4017的用途和引腳功能

1）CD4017的用途

CD4017集成電路是十進(jìn)制計(jì)數(shù)/時(shí)序譯碼器，又稱十進(jìn)制計(jì)數(shù)/脈沖分頻器。它是4000系列CMOS數(shù)字集成電路中應(yīng)用最廣泛的電路之一，其結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，性能穩(wěn)定可靠，工藝成熟，使用方便。目前世界各大通用數(shù)字集成電路廠家都生產(chǎn)4017，在國外的.產(chǎn)品典型型號為CD4017，在我國，早期產(chǎn)品的型號為C217、C187、CC4017等。

2）CD4017C管腳功能

CMOS CD4017采用標(biāo)準(zhǔn)的雙列直插式16腳塑封，如下圖。

其引腳功能如下：①腳（Y5）：第5輸出端；②腳（Y1）：第1輸出端，③腳（Y0）：第0輸出端，電路清零時(shí)，該端為高電平；④腳（Y2）：第2輸出端；⑤腳（Y6）：第6輸出端；⑥腳（Y7）：第7輸出瑞；⑦腳（Y3）：第3輸出端；⑧腳（Vss）：電源負(fù)端；⑨腳（Y8）：第8輸出端，⑩腳（Y4）：第4輸出端； 11腳（Y9）：第9輸出端，12腳（Qco）：級聯(lián)進(jìn)位輸出瑞，每輸入10個時(shí)鐘脈沖，就可得一個進(jìn)位輸出脈沖。因此，進(jìn)位輸出信號可作為下一級計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號，13腳（EN）：時(shí)鐘輸入端，脈沖下降沿有效；l4腳（CP）：時(shí)鐘輸入端，脈沖上升沿有效；（15）腳：清零輸入端，在“R”端加高電平或正脈沖時(shí)，CD407計(jì)數(shù)器中各計(jì)數(shù)單元輸出低電平“0”，在譯碼器中只有對應(yīng)“0”狀態(tài)的輸出端YO為高電平，16腳（VDD）：電源正端，3—18V直流電壓。

CP端在輸入時(shí)鐘脈沖的上升沿計(jì)數(shù)，時(shí)鐘允許端EN為0時(shí)允許時(shí)鐘脈沖輸入，為“1”時(shí)，禁止時(shí)鐘脈沖輸入。在輸入時(shí)鐘脈沖的作用下，Q0—Q9的十個輸出端依次為高電平。 R為復(fù)位端， 當(dāng)R=1時(shí)， 計(jì)數(shù)器清零，Q0為1，其余Q1—Q9均為0。CO為進(jìn)位輸出端，CD4017計(jì)滿10個數(shù)后，C0端輸出一個正的進(jìn)位脈沖。

2.NE555引腳功能

NE555是一種應(yīng)用特別廣泛作用很大的集成電路，屬于小規(guī)模集成電路，在很多電子產(chǎn)品中都有應(yīng)用。NE555的作用是用內(nèi)部的定時(shí)器來構(gòu)成時(shí)基電路，給其他的電路提供時(shí)序脈沖。NE555時(shí)基電路有兩種封裝形式有，一是DIP雙列直插8腳封裝，另一種是sop-8小型（smd）封裝形式。

Pin 1 （接地） -地線（或共同接地） ，通常被連接到電路共同接地點(diǎn)。

Pin 2 （觸發(fā)點(diǎn)） -這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。

Pin 3 （輸出） -當(dāng)時(shí)間周期開始555的輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200 mA 。

Pin 4 （重置） - 一個低邏輯電位送至這個腳位時(shí)會重置定時(shí)器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。

Pin 5 （控制） -這個接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下，這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。

Pin 6 （重置鎖定） - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時(shí)啟動這個動作。

Pin 7 （放電） -這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為ON時(shí)為LOW，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時(shí)為HIGH，對地為高阻抗。

Pin 8 （VDD） -這是555個計(jì)時(shí)器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特（最小值）至+16伏特（最大值）。

3.電路工作原理

本流水燈電路由振蕩電路、譯碼電路和光源電路三部分組成。本文選用的脈沖發(fā)生器是由NE555與R21、R22、W1及電容器C2組成的多諧振蕩器組成。主要是為燈光流動控制器提供流動控制的脈沖，燈光的流動速度可以通過電位器W1進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于W1的阻值較大，所以有較大的速度調(diào)節(jié)范圍。

燈光流動控制器由一個十進(jìn)制計(jì)數(shù)脈沖分配器CD4017和若干電阻組成。CD4017的CP端受脈沖發(fā)生器輸出脈沖的控制，其輸出端（Q0～Q9）將輸入脈沖按輸入順序依次分配。輸出控制的脈沖，其輸出控制脈沖的速度由脈沖發(fā)生器輸出的脈沖頻率決定。10個電阻與CD4017的10個輸出端Q0～Q9相連，當(dāng)Q0～Q9依次輸出控制脈沖時(shí)10個發(fā)光二極管按照接通回路的順序依次發(fā)光，形成流動發(fā)光狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)正向流水和逆向流水的功能。電源電路所采用的電源為6V。

四、PCB板圖

用Protel DXP 2004 軟件設(shè)計(jì)的雙面PCB板圖，正面是十個發(fā)光二極管，其余元器件都在反面。發(fā)光二極管、電容器、電位器采用通孔的，其余元器件都采用貼片式的。

五、元器件清單

六、電路的組裝與調(diào)試

1.電路的組裝方法和步驟

1）按照電路圖明細(xì)表的型號及規(guī)格對所有的元器件進(jìn)行編號，將所有元器件按先小后大、先低后高、先一般后特殊的順序依據(jù)圖示方向裝接到件1（印制板）對應(yīng)位置上，靜電敏感器件最后要在防靜電工作臺上進(jìn)行操作裝接（圖中IC1、IC2為靜電敏感器件）。

2）貼焊電阻器R1--R22。

3）貼焊貼片三極管VT1-VT10。

4）將電容器C1-C2、電位器W1、插座J1、發(fā)光二極管VD1-VD10元器件的引線浸錫。

5）電容器C1、C2引線腿成型。

6）插焊電容C1-C2、電位器W1、插座J1元器件，插裝時(shí)應(yīng)注意電位器中心頭方向，并將電位器W1、插座J1緊貼印制板放正、放平。

7）在防靜電工作區(qū)臺上貼焊IC1、IC2靜電敏感器件，按圖示方向貼裝后，采取對角焊接原則，即先焊接一個引腳，調(diào)整器件使之所有的引腳與印制板上所對應(yīng)焊盤對齊后，再焊接另一個引腳，然后再逐個焊接，

8）將VD1-VD10發(fā)光二極管插焊在印制板的背面，插裝時(shí)將二極管短引線腿插入印制板標(biāo)志圓缺的一側(cè)，并確保發(fā)光二極管高度一致。

9）嚴(yán)格按照圖紙技術(shù)要求施工。

10）所有元器件焊接位置應(yīng)確保正確，焊點(diǎn)光滑、平整、牢固。

2.電路調(diào)試與故障排除

本電路無需多少調(diào)試，只要檢查電路有無插錯元器件，檢查元器件的極性有無接錯，電路連接是否正確，焊接是否良好，無虛焊等缺陷，然后接通電源+6V， 觀察燈閃是否按照從第1組到第10組燈順序依次點(diǎn)亮成流水狀即可。如有問題，先用萬用表電壓檔測量IC （CD4017）的（14）腳的時(shí)鐘信號是否正常。如正常，則是CD4017及其后面的電路問題，需檢查元器件是否插錯，電路連接是否正確，焊接是否到位等。如不正常，則是該振蕩器沒有產(chǎn)生振蕩，說明IC（555）及其外圍電路有問題，需檢查相應(yīng)元器件及其電路。

七、成品圖片展示

這是學(xué)生完成的作品，95%以上的學(xué)生都能一次性組裝調(diào)試成功，有個別學(xué)生的有點(diǎn)小問題，經(jīng)過修復(fù)，最后也都調(diào)試成功，同學(xué)們對這次實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目都很滿意。

八、總結(jié)

通過這次教學(xué)項(xiàng)目，鍛煉了學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實(shí)際問題的能力。這次課設(shè)在老師的指導(dǎo)下以及各個小組人員的共同努力下，順利地完成，這次項(xiàng)目，不僅提高了學(xué)生的動手能力，更培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)精神，讓學(xué)生在獨(dú)立思考解決問題的同時(shí)，又相互配合，順利完成項(xiàng)目。

同時(shí)很多同學(xué)也提出了改進(jìn)意見：

（1）所有元器件都用貼片式的

（2）用不同顏色的發(fā)光二極管

（3）用5伏電壓，帶USB接口

（4）印制板的尺寸和形狀進(jìn)行改變

經(jīng)過同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)，有些方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 康華光主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分第五版）.高等教育出版社， 1999.6

[2] 康華光主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分第五版）.高等教育出版社， 2005.7

[3] 張毅剛，單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]，北京：北京高等教育出版社，2003年