基于集成定時器555的彩燈循環(huán)控制電路

胡俊海+齊跡+王英男+朱鳳武

摘要：這一個是運用NE555構(gòu)成的多諧振蕩器及CD4017分頻器實現(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器，由它加上外圍電路可以產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖，這個脈沖作為CD4017的觸發(fā)信號。分頻計數(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：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）23-0265-02

一、設(shè)計內(nèi)容、任務(wù)與目的

本設(shè)計用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，產(chǎn)生彩燈（發(fā)光二極管）循環(huán)點亮的流水效果，完成彩燈循環(huán)控制電路的設(shè)計。通過設(shè)計來誘發(fā)學生的學習興趣，鍛煉學生的動手能力，使學生能夠綜合運用所學知識，解決實際問題。設(shè)計目的如下：（1）掌握NE555集成定時器的工作原理，學習用NE555集成定時器組成多諧振蕩器。（2）加深了解十進制計數(shù)分頻器CD4017的邏輯功能及使用方法。（3）掌握實驗方法與技能，學會綜合運用知識解決實際問題，并能給出正確解決方法。（4）培養(yǎng)學生實際動手能力以及分析解決問題能力。

二、教學與指導

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

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，在組接計數(shù)分頻器電路來驅(qū)動發(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)光管的閃動就沒有規(guī)律，不能形成依次點亮的流水效果。

3.注意所用直流穩(wěn)壓電源、測量儀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)部是計數(shù)器及二—十進制譯碼電路。

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），為解碼后的十進制輸出接腳，被計數(shù)到的值，其輸出為Hi，其余為Lo電位。

b、CO（Pin12），進位腳，當4017計數(shù)10個脈沖之后，CO將輸出一個脈波，代表產(chǎn)生進位，共串級計數(shù)器使用。

C、控制腳：

a、RST（Pin15）：清除腳或稱復位腳，當此腳為Hi時，會使CD4017的Q0為”1”，其余Q1-Q9為”0”。

b、/ENA（Pin13），時序允許腳，當此腳為低電位，CLK輸入脈波在上升沿時，會使CD4017計數(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)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(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)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路不需要外接觸發(fā)信號，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，當上升到2Vcc/3時（TH、端電平大于Vc），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。Vo是低電平，T導通，C放電，放電回路為C—R2—T—地，按指數(shù)規(guī)律下降，當下降到Vcc/3時（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，如此周而復始，產(chǎn)生振蕩。

十進制計數(shù)器/分頻器CD4017，其內(nèi)部由計數(shù)器和譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是Q1、Q2、…、Q9依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平，寬度等于時鐘周期。

由此可見，當有連續(xù)脈沖輸入時其對應(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)計報告及考核要求

設(shè)計報告書寫要求：（1）畫出集成定時器NE555和計數(shù)分頻器CD4017的引腳圖，并注明各個引腳的功能。（2）畫出彩燈循環(huán)控制電路的原理圖，敘述其工作原理。（3）對在實驗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）實驗心得體會及其他。

主要考核三方面：實驗前是否認真預習，是否寫出了滿足要求的預習報告，是否回答出指導教師的提問。實驗中是否獨立完成了實驗內(nèi)容，是否獨立分析出故障原因和解決了實驗中所遇到的問題。實驗后是否按時提交了規(guī)范的實驗報告。

五、項目特色或創(chuàng)新

本設(shè)計特色是以學生為主體、探究性教學為重點：引導學生在自主學習、研究發(fā)現(xiàn)、掌握實驗知識方法與技能，綜合運用知識：開展探索研究，要求學生理論聯(lián)系實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，讓學生用所學理論獨立分析故障原因和解決實驗中遇到的問題，鍛煉、提高了學生的動手能力，激發(fā)了學習電子的熱情。

參考文獻：

[1]秦曾煌.電工學（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