可調(diào)控流水燈

LED技術(shù)的不斷發(fā)展以及LED在低功耗、長壽命、環(huán)保等方面的優(yōu)勢，應(yīng)用領(lǐng)域逐漸增多。同時(shí)，在看到LED巨大的市場潛力后，紛紛出LED在各領(lǐng)域中的應(yīng)用。目前，LED的應(yīng)用已經(jīng)從最初LED應(yīng)用正呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展趨勢。

當(dāng)今的社會是一個(gè)新技術(shù)層出不窮的時(shí)代， 科技迅速發(fā)展， 在電子領(lǐng)域的發(fā)展更是迅速， 同時(shí)也在影響著我們的生活。 隨著人民生活水平的提高， 流水燈在現(xiàn)實(shí)生活中所起的作用越來越重要。

例如： 在人流擁擠繁忙的交通路段， 閃爍著的流水交通燈， 提醒著我們要遵紀(jì)交通規(guī)則， 在霓虹閃爍的繁華大街上， 閃爍的流水燈無不吸引過路人的眼球， 甚至在一些大型商場大廈的自動門上都裝有自動流水燈， 告訴人們的時(shí)間和日期。

通常的流水燈是應(yīng)用單片機(jī)設(shè)計(jì)的， 而單片機(jī)的設(shè)計(jì)成本較高， 對編程的要求也比較高， 由于我們學(xué)習(xí)了數(shù)字電路， 所以采用了小型集成電路設(shè)計(jì)流水燈。
   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�表性。多功能流水燈，就是要具有一定的變化各種圖案的功能，主要考察了數(shù)字電路中一些編碼譯碼、計(jì)數(shù)器原理， 555 定時(shí)器構(gòu)成時(shí)基電路，給其他的電路提供時(shí)序脈沖，設(shè)計(jì)過程中需要了解相關(guān)芯片（ NE555、 CD4017）的具體功能，引腳圖，真值表，認(rèn)真布局，在連接過程中更要細(xì)致耐心。

本設(shè)計(jì)為可調(diào)控流水燈，主要電路設(shè)計(jì)由NE555與CD4017組成。NE555為一個(gè)脈沖產(chǎn)生芯片可以控制電阻R1來改變流水頻率，也可以通過選擇電容的大小來改變流水的頻率。

555定時(shí)器由一塊時(shí)基集成電路 NE555和 C1、 C2、 R1、 R2等組成（其中 C1為延時(shí)充電電容， C2為抗干擾隔離電容， R1、 R2為延時(shí)充電電阻，而 R2又為放電電阻）。通電后，因電容 C1 兩端電壓不能突變， 2 腳的電壓為低電平，集成塊 NE555的內(nèi)部觸發(fā)器被置位， 3 腳輸出高電平。同時(shí)，由于電源經(jīng)電阻 R1和R2向 C2充電，使 6 腳和 2 腳的電壓不斷提高，當(dāng)電位上升到 VCC的 2/3 時(shí)，集成塊 NE555的內(nèi)部觸發(fā)器被復(fù)位， 3 腳的輸出電壓翻轉(zhuǎn)為低電平。同時(shí)集成塊NE555內(nèi)部的放電管導(dǎo)通， 即 7 腳通過內(nèi)部的放電管和 1 腳相通， C2上儲存的電荷就通過 R2、 7 腳放電，使 6 腳和 2 腳的電壓不斷下降，當(dāng)電位降低到 VCC的1/3 時(shí)，集成塊 NE555的內(nèi)部觸發(fā)器被置位。同時(shí)集成塊 NE555內(nèi)部的放電管截止， 7 腳被懸空， 電源又通過 R1、 R2向 C2充電， 使 6 腳和 2 腳的電壓不斷提高……如此，周而復(fù)始，形成振 蕩。輸出端的高電平維持時(shí)間取決于電容 C2的充電時(shí)間常數(shù)，輸出端的低電平維持時(shí)間取決于電容 C2的放電時(shí)間常數(shù)。由于 R2≥R1，故可以認(rèn)為 f 放≈ f 充，目的是減小彩燈熄亮交替的時(shí)間間隔的差異。如用作其他情況，需要調(diào)整 R1、 R2、 C2 的參數(shù)。綜上分析， 3 腳始終處于高電平和低電平的二進(jìn)制變化狀態(tài)，故此電路又稱為無穩(wěn)電路。

555 定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插 8 腳結(jié)構(gòu)，體積很小，使用起來方便。只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰�件，就可以�?gòu)成史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號產(chǎn)生與變換電路。它在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、定時(shí)電路、家用電器、電子玩具、電子樂器等方面有廣泛的應(yīng)用。

555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖及邏輯符號和管腳排列分別如圖 3.1 和圖 3.2 。引腳功能：Vi1（TH）：高電平觸發(fā)端，簡稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標(biāo)志為 TH。

Vi2 （ TR ）：低電平觸發(fā)端，簡稱低觸發(fā)端，標(biāo)志為 TR 。

VCO：控制電壓端

555 定時(shí)器內(nèi)含一個(gè)由三個(gè)阻值相同的電阻 R 組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生 1/ 3 VCC和2/3 VCC兩個(gè)基準(zhǔn)電壓；兩個(gè)電壓比較器 C1、 C2；一個(gè)由與非門 G1、 G2組成的基本RS觸發(fā)器（低電平觸發(fā)）；放電三極管 T 和輸出反相緩沖器 G3。Rd 是復(fù)位端，低電平有效。 復(fù)位后 , 基本 RS觸發(fā)器的 Q 端為 1（高電平），經(jīng)反相緩沖器后，輸出為 0（低電平）。分析圖 8.1 的電路：在 555定時(shí)器的 VCC端和地之間加上電壓，并讓 VCO懸空，則比較器 C1的同相輸入端接參考電壓 23 VCC，比較器 C2反相輸入端接參考電壓 13 VCC ，為了學(xué)習(xí)方便，我們規(guī)定：當(dāng) TH端的電壓 >2 3 VCC時(shí)，寫為 VTH=1，當(dāng) TH端的電壓 < 23 VCC時(shí)，寫為 VTH=0。當(dāng) TR 端的電壓 > 1 3 VCC時(shí)，寫為 VTR=1，當(dāng) TR 端的電壓 < 13 VCC時(shí)，寫為 VTR=0。① 低觸發(fā)：當(dāng)輸入電壓 Vi2 < 1/3 VCC 且 Vi1 < 2/3 VCC時(shí)， VTR=0， VTH=0，比較器C2輸出為低電平， C1 輸出為高電平，基本 RS觸發(fā)器的輸入端 S =0、 R =1，使 Q＝1， Q ＝ 0， 經(jīng)輸出反相緩沖器后， VO＝ 1， T截止。 這時(shí)稱 555 定時(shí)器“低觸發(fā)”；② 保持：若 Vi2 > 13 VCC 且 Vi1 < 23 VCC，則 VTR=1， VTH=0， S =R =1，基本 RS觸發(fā)器保持， VO和 T 狀態(tài)不變，這時(shí)稱 555 定時(shí)器“保持”。③ 高觸發(fā)：若 Vi1 > 23 VCC，則 VTH=1，比較器 C1 輸出為低電平，無論 C2 輸出何種電平， 基本 RS觸發(fā)器因 R =0， 使 Q ＝ 1， 經(jīng)輸出反相緩沖器后， VO＝ 0； T 導(dǎo)通。這時(shí)稱 555 定時(shí)器“高觸發(fā)”。555定時(shí)器的“低觸發(fā)”、“高觸發(fā)”和“保持”三種基本狀態(tài)和進(jìn)入狀態(tài)的條件（即 VTH、 VTR的“ 0”、“ 1”）必須牢牢掌握。VCO為控制電壓端，在 VCO端加入電壓，可改變兩比較器 C1、 C2 的參考電壓。正常工作時(shí)，要在 VCO和地之間接 0． 01μ F（電容量標(biāo)記為 103）電容。 放電管 Tl 的輸出端 Dis 為集電極開路輸出。 555 定時(shí)器的控制功能說明見表 3.2。根據(jù) 555 定時(shí)器的控制功能， 可以制成各種不同的脈沖信號產(chǎn)生與處理電路電路，例如 , 史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、自激多諧振蕩器等。

3.2.2 脈沖分配器 4017 及其簡單應(yīng)用

CD4017 是 5 位 Johnson 計(jì)數(shù)器， 具有 10 個(gè)譯碼輸出端， CP、 CR、 INH輸入端。 時(shí)鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能， 對輸入時(shí)鐘脈沖上升和下降時(shí)間無限制。 INH 為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)；反之，計(jì)數(shù)功能無效。 CR 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。Johnson 計(jì)數(shù)器， 提供了快速操作、 2 輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出。 防鎖選通， 保證了正確的計(jì)數(shù)順序。 譯碼輸出一般為低電平， 只有在對應(yīng)時(shí)鐘周期內(nèi)保持高電平。在每 10 個(gè)時(shí)鐘輸入周期 CO信號完成一次進(jìn)位，并用作多級計(jì)數(shù)鏈的下級脈動時(shí)鐘。 CD4017提供了 16 引線多層陶瓷雙列直插 (D) 、熔封陶瓷雙列直插 (J) 、塑料雙列直插 (P) 和陶瓷片狀載體 (C)4 種封裝形式。其功能是：當(dāng)復(fù)位端 Cr 加上高電平和正脈沖時(shí)，輸出端 Q0為高電平，其余 9 個(gè)輸出端 Q0～Q9均為低電平。 時(shí)鐘輸出端 CP對輸入時(shí)鐘脈沖的上升沿計(jì)數(shù)，EN則對時(shí)鐘脈沖的下降沿計(jì)數(shù)。 Q0～Q9這 10 個(gè)輸出端的輸出狀態(tài)分別與輸入的時(shí)鐘個(gè)數(shù)相對應(yīng)。如從 0 開始計(jì)數(shù)，則輸入到第 1 個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)， Q1就變成高電平，輸入第 2 個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)， Q2變成高電平……直到輸入第 10 個(gè)時(shí)鐘脈沖，Q0變?yōu)楦唠娖�。同時(shí)，進(jìn)位端 C0就輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖，作為下一級計(jì)數(shù)的時(shí)鐘信號。 Cr 為復(fù)位端，也為清零端。當(dāng) Cr 輸入高電平時(shí)，電路復(fù)位，即輸出端 Q0為高電平， Q1～ Q9為低電平。如此反復(fù)，只要集成塊 NE555的 3 腳送來的二進(jìn)制信號不消失， CD4017將二進(jìn)制信號轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制信號的計(jì)碼工作就會反復(fù)進(jìn)行下去。由此可見，當(dāng) CD4017有連續(xù)脈沖輸入時(shí)，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。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下：

引出端功能符號說明：
TC：進(jìn)位脈沖輸淵
CP：時(shí)鐘輸入端
MR：清除端
CE：禁止端
Q0-Q9 計(jì)數(shù)脈沖輸出端
VCC：正電源
GND ：地

CD4017引腳功能：
CD4017內(nèi)部是除 10 的計(jì)數(shù)器及二進(jìn)制對 10 進(jìn)制譯碼電路。 CD4017有 16 支腳，除電源腳 VCC及 GND為電源接腳，輸入電壓范圍為 3– 15V之外，其余接腳為：
  (1) 、 頻率輸入腳： CLOCK(Pin14)，為頻率信號的輸入腳。

(2)、數(shù)據(jù)輸出腳：
1） 、 Q1-Q9(Pin3， 2， 4， 7， 10，1， 5， 6， 9， 11) ，為解碼后的時(shí)進(jìn)制輸出接腳，被計(jì)數(shù)到的值，其輸出為 Hi，其余為 Lo 電位。
2）、 CARRYOUT（ Pin12），進(jìn)位腳， 當(dāng) 4017計(jì)數(shù) 10 個(gè)脈沖之后，CARRYOUT將輸出一個(gè)脈波， 代表產(chǎn)生進(jìn)位，共串級計(jì)數(shù)器使用。
  (3)、控制腳：
1) 、 CLEAR(Pin15)：清除腳或稱復(fù)位 (Reset) 腳，當(dāng)此腳為 Hi 時(shí)，會使 CD4017的 Q0為” 1”，其余 Q1-Q9為” 0”。
2）、 CLOCKENABLE(Pin13)，時(shí)序允許腳，當(dāng)此腳為低電位， CLOCK輸入脈波在正緣時(shí)，會使 CD4017計(jì)數(shù)，并改變 Q1-Q9的輸出狀態(tài)。

下圖所示所示為自激多諧振蕩器電路和波形圖。 自激多諧振蕩器用于產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號 。 電路采用電阻、電容組成 RC 定時(shí)電路，用于設(shè)定脈沖的周期和寬度。調(diào)節(jié) RW 或電容 C，可得到不同的時(shí)間常數(shù)；還可產(chǎn)生周期和脈寬可變的方波輸出。

脈沖寬度計(jì)算公式： Tw≈ 0. 7 (R1+RW+R2) C
振蕩周期計(jì)算公式： T≈ 0.7 (R1+RW+2R2) C

用1uf電容，LED流水較快，人眼無法看清流水，燈會閃爍

用100uf電容，流水較慢，可清晰感覺到流水效果。

問題：焊盤太小，沒有等元器件到了才畫圖

解決方案：重新裝板畫封裝

問題：LED燈不會流水

猜測：可能是CD4017壞了，或者沒有產(chǎn)生脈沖信號

解決方案：C1的電容從原來的100uf換成了100nf

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2021-5-24 17:53 上傳

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