数电课程设计-循环彩灯控制器

设计要求及思路设计

设计要求

(1)共有红、绿、黄3色彩灯各9个，要求安一定顺序和时间关系运行。

(2)动作要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5S，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。

(3)对各组灯的控制，要求有驱动电路。

(4)对跑动电路，可以每3个一组，交叉安装，分别点亮每一组，利用视觉暂停，达到跑动的效果。

设计思路

提供的元件有4017——十进制计数器，555定时器。

3个一组红、黄，绿灯依次跑动 9个一组红、黄，绿灯各持续亮5s跑动 循环电路

图

根据此框架图设的实现方案

该任务要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5S，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。根据此要求电路总体上可以分为三部分：一部分电路为控制的跑动。一部分电路为控制5s的跑动。一部分电路为实现这两种跑动的循环。因些可以选用一个555多谐振荡器（周期为秒，然后使用4017实现十分频，使周期为5秒）

用来控制跑动的速度，再选两个4017芯片，因为4017芯片在正常工作下，连续送入时钟脉冲时，其十个输出端会依次输出高电平。这样可以用一个4017芯片点亮的跑动，用一个4017芯片来点亮5s的跑动。因为在两个周期恰好为10倍关心，故5s周期的4017的Q0端口可以实现控制周期的4017的开通与关闭，选用一个9014NPN改装成非门从而来实现循环功能，即用9014来控制4017芯片的开通和关闭，最后加上复位电路即可实现实验目的。

单元电路设计与参数计算

在整个电路中，其主要的组成部分有：

555定时器和4017芯片组成的 3个一组依次跑动：

图

(由于仿真时，设置的时间跟实际理论计算的不符合，故仿真时时间可能不是 555定时器和4017芯片组成的9个一组持续亮5s的：

图

（由于仿真时，设置的时间跟实际理论计算的不符合，故仿真时时间可能不是5s） NPN组成的一个循环电路：

（本来是要用hc4060+CD4013（D触发器，用它做2分频电路）+32768Hz的晶振组成秒定时，产生秒脉冲来做循环电路的，不过由于其中的芯片没接触过也比较复杂，所以就没用此方案，改为用NPN组成的循环电路。）

设计过程中各个单元的详细原理、电路图和仿真状态如下：

第一部分电路：实现3个一组红灯，后黄灯，再绿灯，分别依次跑动一次的电路，电路如下图：

图

图

图

此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片，4017芯片有十个输出端口，而每3个一组的灯都接一个4017的输出端口，这样可控制任务中的9组灯。

电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制，555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使4017芯片的输出端（01，02，03，04，05，06，07，08，09）依次为高电平，这样就控制指灯不断的跑动！

第二部分电路：用来实现全部9个一组红灯，再黄灯，后绿灯，各亮一次。 电路如下图：

图

图

图

此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片，4017芯片有十个输出端，而每9个亿组的灯都接一个4017的输出端（共接三个），这样可控制任务中的3组灯。

电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制，555多谐振荡器不断的产

生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使4017芯片的输出端（01，02，03）依次为高电平，这样就控制3组指灯持续亮5s依次跑动循环！

第三部分电路：用来实现两种的跑动不断循环。

此部分电路主要是用一个NPN改装成的非门来实现交替循环工作！

电路完整工作过程

电路运行时第一部分的555多谐振荡器首先工作不断的给控制着9组灯（3个一组）的4017芯片送去脉冲，从而使4017的十个输出端依次为输出高电平。接到高电平的组灯就会发光。这样就实现先红灯，后黄灯，再绿灯，分别依次跑动。这时第二部分的电路开始运行。这样就使全部红灯，再黄灯，后绿灯，各亮一次。而当绿灯全部亮完后，这时第二部分的4017的第一个输出端（Q0）输出高电平，也给NPN送去一个脉冲，使NPN导通，然后第一部分的4017不在清零，使第一部分的电路工作3个一组的组灯依次点亮、依次跑动。如此实现了3个一组先红灯，后黄灯，再绿灯依次跑动，让后再9个一组，先红灯，后黄灯，再绿灯持续亮5s.如此循环下去。

总原理设计

根据上述的原理设计出总的电路图为：

R2U5U1D10D1D4D7D11R1C1R4D12D13D2D5D8C2D14D15D28Q1D16D3D6D9D17R3D18U3U2D19D22D25D20D23D26D21D24D27 图

元件清单

表

型号 4017 555定时器 二极管 发光二极管 磁片电容 电解电容 电阻 主要参数 5V 5V 103,104 10u 68k,1k,10k 数量 3 1 19 10 4,1 2 5 备注 实验步骤

PROTEL原理图设计

根据PROTUES原理图改装设计PROTEL原理图，根据实际设计，分别分配好。

000000000000000 图

PCB设计

图

电路板的制作与焊接

先按照PCB制作电路板，然后按照电路图进行接线，按照单元电路设计中的方法连接好每一块电路，然后把每一块接在一起。准备对每单元电路进行调试。

电路的调试

焊接完成后，电路并没有按照预期的设计进行工作，然后进行调试，在调试过程中，发现下几个问题。 NPN与PNP的分别

最初发现第一部分电路并不工作，起15脚始终为高电平，大致判断出是非门出现问题，然后更换电阻并无问题，认为三极管出问题，然后进行资料查询，发现失误之处，应该使用9014，却用了9013，更换后发现非门仍然没有正常工作。

基极在电路板上短路

然后检测电路方面的问题，发现基极通过电阻后电压接近于0，猜测出问题，然后验证出由于制作的失误导致电路板中NPN的基极和地线短路。 芯片管脚短路与断路

由于做完电路板后，并没有及时涂抹松香水，倒是氧化，从而倒是部分断路，在解决断路过程中，不小心导致部分短路，使用万用表测出，逐一解决。 发光二极管烧坏

当解决以上问题后，观察灯并没有按照设计的亮，总有几个不发光，然后取下测量，发现可能在调试过程中导致烧坏。

结果分析

当制作完成后，发现发光二极管按照预期的方式发亮（虽然由于仪器误差导致时间周期并没有按照预期的理想），先是按照顺序发光，然后同色的发光。其中发光顺序如表1。 表

单个灯亮时 0 0 001000000 000100000 000010000 000001000 000000100 000000010 000000001 3个灯亮时 0 0 001001001 附录

000000000000000 设计原理图

CD4017引脚图： 555定时器引脚图：