提示照明标记电路设计.doc

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课程设计任务书
2011—2012学年第二学期
专业： 电子信息工程 学号： 姓名：
课程设计名称： 电子技术课程设计
设计题目： 提示标记照明电路设计
完成期限：自 2012 年 5 月 20 日至 2012 年 6 月 2 日共 2 周
一、设计依据
提示标记被广泛用于各种场合，如交通领域——正确行车线的标志、泊车处方向标志、临时行车路线的方向标志等，建筑领域——安全出口指示标志、楼层指示标志等。设计一个标记照明电路，便于人们的观看，将会给人们的生活带来很多方便。通过本设计，要求学生整合电子电路相关知识，提高对知识的实际应用和转化能力，同时写出合格的课程设计说明书。
二、要求及主要内容
通过对本课题的设计，掌握数字电路常用芯片如NE555、CD4017等应用方法，学会结合实际需求设计实用的电子电路。
设计一个提示标记照明电路，用于晚上对各类提示标记进行照明，要求该电路能通过开关或按钮的控制防止输入信号的抖动，电路具备清零功能，用发光二极管作为光源，对1~10个提示标记进行照明。
要求最终正确无误地完成整体电路设计，并具有一定先进性，给出进一步提高性能的深入分析，对电路设计也应提出建设性意见并写出合格的课程设计说明书，圆满完成各项任务。
三、途径和方法
综合运用数字电路和模拟电路相关知识，实现本次设计。进行电路设计时先整体结构框图再进行电路设计。
1．整体电路设计
整理设计思路，给出电路设计框图，写出单元电路名称。
2．芯片选择及芯片功能介绍。
3．电路连接及工作过程介绍。
四、时间安排
1．课题讲解：2小时。
2．阅读资料：10小时。
3．撰写设计说明书：12小时。
4．修订设计说明书：6小时。
五、主要参考资料
[1] 臧春华等，电子线路设计与应用[M].北京：高等教育出版社，2006。
[2] 朱正伟，何宝祥，刘训非.数字电路逻辑设计[M].北京：清华大学出版社，2006。 [3] 安兵菊等，电子技术基础实验及课程设计[M].北京：机械工业出版社，2007。
[4] 李辉，张国香，电子电路问答(第二版)[M].北京：机械工业出版社，2003。
[5] 孙俊人，新编电子电路大全(合订本)[M].北京：中国计量出版社，2001。
[6] 薛文，华慧明，新编实用电子技术快速入门[M].福州：福建科学技术出版社， 2003。
[7] 郝波，数字电子技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007。
[8] 赵文博，新型常用集成电路速查手册[M].北京：人民邮政出版社，2006。
[9] 丁英丽，交流型微小电容测量电路的设计[M].北京：电工技术杂志，2003。
[10] 王毓银，数字电路逻辑设计[M].北京：高等教育出版社，1999。
[11] 何希才，常用电子电路应用365例[M] . 北京：电子工业出版社，2007。

指导教师（签字）： 教研室主任（签字）：
批准日期： 年 月 日

目 录
摘 要 2
1 选题背景 2
2 方案设计 4
2.1 元器件选择 4
2.2 主要元件介绍 4
2.3 整体设计原理图 8
2.4电路工作原理 8
总 结 10
致 谢 11
参考文献 12

提示标记照明电路设计
摘 要
本电路的设计利用555定时器构成多谐振荡器和CD4017计数器/分频器采用5V直流电源供电设计出的一个简单的提示标记电路。555定时器构成多谐振荡器为整个电路提供脉冲信号。本电路低功耗，环保，美观的特点可以满足一些需要采取提示照明的场合，如交通领域——正确行车线的标志、泊车处方向标志、临时行车路线的方向标志等，建筑领域——安全出口指示标志、楼层指示标志等。本次设计综合运用了数字电路的相关知识，对模拟电路也有相关的涉及。
关键词：CD4017, NE555, LED，

1 选题背景
如今科技发展迅速，很多场合都会采取各种各样的提示装置，因此性能优越的标记灯是人们的首选。提示标记被广泛用于各种场合，如交通领域——正确行车线的标志、泊车处方向标志、临时行车路线的方向标志等，建筑领域——安全出口指示标志、楼层指示标志等。对于众多的需求和其应用的特点设计一个满足人们需要和给人们生活增添一点乐趣的标记灯是人们迫切需求的。采用定时器和分频器和可以制作简单的照明提示装置。它拆装方便，易于收藏，安全环保，消耗低，具有较大的开发潜力；构造简单，所用原理也较简单，有较大的市场需求量，若批量生产，可获较大利益，具有很好的商业潜力。同时此标记照明电路，便于人们的观看，将会给人们的生活带来很多方便[2]。

2 方案设计
2.1设计思路
本标记照明设计采用+5V直流电源供电；采用555定时器构成多谐振荡器提供脉冲信号，利用CD4017计数器/分频器对脉冲进行计数然后直接驱动LED[1]。本设计方框图如图1。

图1 设计原理框图
2.2 元器件选择
1、时钟脉冲发生器 NE555×1
2、计数器 CD4017
3、电阻 、
4、电容 、电解电容
5、发光二极管（LED小）×8
2.3 主要元件介绍
2.3.1 555定时器[2]
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。
555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器外引脚排列图如图2示和功能表如表2.1所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3。

图 2 555定时器引脚图
表2.1 555定时器功能表
输 入
输 出
复位
U11
U12
输出U0
晶体管T
0
×
×
0
导通
1
＞2／3Ucc
＞1／3Ucc
0
导通
1
＜2／3Ucc
＜1／3Ucc
1
截止
1
＜2／3Ucc
＞1／3Ucc
保持
保持

555定时器主要引脚介绍
1引脚：GND接地；
2和6引脚：UTH 和UTR电压都低于其各自的参考电压时Uo输出高电平放电管被截止，都高于各自参考电压时放电管导通；
3引脚：UO输出；
4引脚：输出；
5引脚：UCO端为参考电压控制端，不用时可以用一个0.01uF的电容接地；
7引脚：D是放电管放电端；
有555定时器构成的多谐振荡器如图3

图3 NE555定时器构成的多谐振荡电路

2.3.2 CD4017芯片介绍[5]
CD4017它是由十进制计数器电路和时序译码电路两部分组成。其中的 D 触发器构成了十进制约翰逊计数器，门电路构成时序译码电路。约翰逊计数器的结构比较简单．它实质上是一种串行移位寄存器。其内部构成的计数器具有编码可靠、工作速度快、译码简单，只需由二输入瑞的与门即可译码，且译码输出无过渡脉冲干扰等特点。通常只有译码选中的那个输出端为高电平，其余输出端均为低电平。十进制计数/分频器CD4017有10个输出端（Q0～Q9）和1个进位输出端CO。每输入10个计数脉冲，CO就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。CD4017有3个输R、CP和EN有时也叫~CP1），R为清零端，当在R端上加高电平或正脉冲时其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1～Q9）均为低电平。CP和EN是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP端输入；若要用下降沿来计数，则信号由EN端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。
由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。下图4 是CD4017引脚图。

图4 CD4017引脚图

CD4017引脚功能介绍
Q0~Q9端为输出端其中电路清零时，Q0端为高电平；
8 脚：VSS电源负端；
12　脚CO：级联进位输出端，每输入 10 个时钟脉冲，就可得一个进位输出脉冲，因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号；
13　脚EN，时钟输入端，脉冲下降沿有效；
14　脚CP，时钟输入端．脉冲上升沿有效；
15 脚R，清零输入端，在“R”端加高电平或正脉冲时，CD40171C 计数器中各计数单元输出低电平“0”，在译码器中只有对应“0”状态的输出端 Y0 为高电平；16　脚VDD，电源正端．3～18V 直流电压。
2.4 整体设计原理图

图 5 标记照明电路原理图
2.5电路工作原理
首先要说明的是再设计电路时没有具体给出发光二极管的限流电阻的具体数值，其一般也就几十欧姆，此电阻的确定可以在进行安装调适时进行判断自认为是最好的。
此电路是由时钟发生电路和功能显示电路两部分组成。以 NE555 为核心器件构成自激多谐振荡器。
　　当电源开关 S1闭合时，电源通过电阻 R1 和电位器 R2 向电容器 C1 充电。当 C1 刚充电时，由于NE555的②脚处于低电平，故输出端③脚呈高电平；当电源经 R1、R2向C1充电到 2/3 电源电压时，输出端③脚电平由高变低，NE555内部放电管导通，电容　C1 经 R2 和 NE555的⑦脚放电，直至 C1 两端的电压低于 1/3电源电压时，NE555 的③脚又由低电平变为高电平，C1 又再次充电，如此循环工作，形成振荡[6]。
充电时间为: 0.7(R1+R2)×C1；
放电时间为: 0.7R2×C1；
总振荡周期为：0.7(R1+2×R2)×C1；
　　改变电容C1的大小，可以控制振荡器的频率。其时钟脉冲直接输送到 CD4017 的“CP”端或“EN”端。 CD4017输出高电平的顺序分别是③、②、④、⑦、⑩、①、⑤、⑥、⑨、脚在 CD4017 的 11 个输出端(其中包括进位输出端 QCO)本设计只利用了它的8个输出端（Q1—Q8），当该引脚为高电平时，相应引脚的发光二极管 LED 就会点亮，在 NE555芯片输出脉冲的不断作用下，被测CD4017 的输出端 LED不断点亮或熄灭，周而复始。在完成一个周期时，进位端 CO上也会有电平在这里没有利用它的此端，如在该端接一个LED 者会被点亮其脉宽约等于其它引出端脉宽的 5 倍。调节电容值或R1和R2的值可以控制循环周期[7]。
按动一个清零按键 S2,相当于在CD4017 的“ RST”端加上—个高电平脉冲,CD4017内部清零,只有与 Q0 有高电平，在此设计中没利用，其余的 LED 均熄灭[7]。

总 结
以上是一个较简单的设计，因此还有很多可以改进的地方，比如可以将555定时器改接为占空比可调的多谐振荡器，在实际应用中会更加的方便。其次在555定时器的输出端和4017的输入端可以加一个电容进行耦合也可以让其性能有一些提升[10]。
对于电路的改进就简单的提这两点通过本次课程设计我对555定时器和CD4017芯片的原理及应用都有了一个很好的掌握，同时也提高了自己应用资料的能力、创造能力。在方案设计过程中，通过查找资料，对电路进行分析总结，最终确定电路图及所用元器件。在运用软件绘制电路图的过程中，我初步了解并基本掌握了绘图方法及注意事项。

致 谢
这次课程设计让我把以前学习到的知识得到巩固和进一步的提高认识，并运用结合在一起。另外，我在课程设计中碰到了很多的问题，通过查阅相关书籍、资料，自己分析研究，最终克服困难，完成此次课程设计。我在图书馆和网络上查阅了大量的资料,同时也认识到了图书馆和网络的重要作用。在今后的学习过程中,应该多到图书馆和网络上看一些专业方面的资料，以丰富自己的知识。 当然，通过这次课程设计，我也发现了自身的很多不足之处，在以后的学习中，我会不断的完善自我，不断进取，能使自己在这方面有一个大的发展。
由于是第一次课程设计，由于没有太多的经验可谈，难免有许多考虑不全的地方，在老师的督促指导和同学们的帮助，我才能在这么短时间内完成这个设计。在此谨向李姿景老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意，感谢李老师的细心教导，给予了我很大的帮助，同时感谢乐老师对数字电路这门课程的讲解。通过这次的课程设计使我思路开阔，让我认识到了自己对以前所学知识的不足方面及需要提高的方面。在此向您深深鞠躬：老师，您辛苦了！

参考文献
[1] 郝波，数字电子技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007。
[2] 何希才，常用电子电路应用365例[M] . 北京：电子工业出版社，2007。
[3] 朱正伟，何宝祥，刘训非.数字电路逻辑设计[M].北京：清华大学出版社，2006。
[4] 李辉，张国香，电子电路问答(第二版)[M].北京：机械工业出版社，2003。
[5] 孙俊人，新编电子电路大全(合订本)[M].北京：中国计量出版社，2001。
[6] 薛文，华慧明，新编实用电子技术快速入门[M].福州：福建科学技术出版社，2003。
[7] 臧春华等，电子线路设计与应用[M].北京：高等教育出版社，2006。
[8] 赵文博，新型常用集成电路速查手册[M].北京：人民邮政出版社，2006。
[9] 丁英丽，交流型微小电容测量电路的设计[M].北京：电工技术杂志，2003。
[10] 安兵菊等，电子技术基础实验及课程设计[M].北京：机械工业出版社，2007。