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责任编辑:刘昆山

4017十路流水灯电路设计与制作

设计:刘昆山

  我们主张电子技术初学者最好用万能板焊接电子制作产品,因为这种电子制作的方法,不仅能练习焊接技术,同时还能提高识别电路图和分析原理图的能力,为日后维修、设计电子产品打下坚实的基础。

   因此我们开发的入门型电子制作均采用万能板+元器件的设计模式,我们保证所有产品我们都制作过,并且成功。

   一、电路设计功能介绍

   该电路主要由555构成的多谐振荡器产生脉冲提供给由4017组成的十进制移位计数器,进而控制十路LED灯,通电后,LED灯从上往下逐个点亮,直到第十个LED灯,循环往复,且移动的速度可以调节。该设计依据来源于闹市中的店铺LED广告牌,具有一定的实用价值。

   二、原理图


图1 4017十路流水灯电路原理图

  三、工作原理

  1、十进制计数器/脉冲分配器CD4017

  十进制计数器/脉冲分配器CD4017是5位Johnson计数器,具有10 个译码输出端,CP0、CP1、RST输入端。时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能,对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制。RST 为低电平时,计数器在时钟上升沿计数;反之,计数功能无效。RST 为高电平时,计数器清零。

  Johnson 计数器,提供了快速操作、2 输入译码选通和无毛刺译码输出。防锁选通,保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平,只有在对应时钟周期内保持高电平。在每10 个时钟输入周期CO 信号完成一次进位,并用作多级计数链的下级脉动时钟。

真值表(功能表)

  2、集成时基555电路

    集成时基电路又称为集成定时器或555电路,是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路,应用十分广泛。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路,由于内部电压标准使用了三个5K电阻,故取名555电路。

  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。

   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。

  555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。

  在电源与地之间加上电压,当 5 脚悬空时,则电压比较器 C1 的反相输入端的电压为 2VCC /3,C2 的同相输入端的电压为VCC /3。

  若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3,则比较器 C2 的输出为 0,可使 RS 触发器置 1,使输出端 OUT=1。

  如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3,同时 TR 端的电压大于VCC /3,则 C1 的输出为 0,C2 的输出为 1,可将 RS 触发器置 0,使输出为 0 电平。

  它的各个引脚功能如下:

   1脚:外接电源负端VSS或接地,一般情况下接地。
  2脚:低触发端TR。
  3脚:输出端Vo
  4脚:是直接清零端。当此端接低电平,则时基电路不工作,此时不论TR、TH处于何电平,时基电路输出为“0”,该端不用时应接高电平。
  5脚:VC为控制电压端。若此端外接电压,则可改变内部两个比较器的基准电压,当该端不用时,应将该端串入一只0.01μF电容接地,以防引入干扰。
  6脚:高触发端TH。
  7脚:放电端。该端与放电管集电极相连,用做定时器时电容的放电。
  8脚:外接电源VCC,双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V,CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。一般用5V。

   在1脚接地,5脚未外接电压,两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下,555时基电路的功能表如下:

   555定时器的功能表


  本电路主要由多谐振荡器和移位计数器构成,由R1,R2,C1,C2,555定时器集成电路组成多谐振荡器产生脉冲,脉冲的频率有可变电阻R2(电位器)控制,产生的脉冲送到4017的CP0端(14脚),以便产生上升沿,提供计数脉冲。

   以4017为核心元件构成的计数分配电路,每接收一个上升沿,Q0-Q9移位一次。

  四、元件清单及实物图



4017十路流水灯电路元件清单实物图

  五、调试技巧及成品图

   4017十路流水灯制作完成后,接上5V直流电压,可以看到LED灯从上往下逐个点亮,直到第10个LED点亮后,循环往复。
如果制作没有成功,请从下面几个方面进行检修与调试:

   1、电子初学者,往往因为焊接能力不行,否则心浮气燥,焊接的线路多有虚焊、漏焊、假焊等情况,否则因为电路搭建错误,所以首先检查每条线路是否焊接好,也就是电气性能是否保证。

   2、如果焊接线路的连接良好,那么就开始查以555为核心元件的多谐振荡器电路,比如用万用表检测555集成电路的4脚和8脚是不是高电平(5V电压),1脚电压是否是0V。

   3、用万用表检测555集成电路的2脚或者6脚的电压是否会变化。

   4、用万用表检测555集成电路的3脚电压是否一高一低,如果是,则表示以555为核心元件的多谐振荡器电路正确。那就要考虑后面的电路了。

   5、用万用表检测4017为核心元件的计数分配电路,着重检测4017的16脚是否是高电平(5V电压),8脚、13脚、15脚是否是低电平,如个以上电路都正确,再检查输出引脚(Q0-Q9)是否有短路现象,发光二极管是否装反。

   经过以上步骤的检查、检测后,基本上可以排除故障。成功安装后,通5V电压时的4017十路流水灯电路产品如下图所示:


4017十路流水灯产品图正面

4017十路流水灯产品图反面

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