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1、循环彩灯设计要求及思路设计1.1 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0.5S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。1.2 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0.5s跑动循环电路9个一组红、黄，绿灯各持续亮5s跑动图1.1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0.5S的速度跑动一
2、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0.5s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0.5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0.5s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0.5s周期的4017的开通与关闭，选用
3、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。1.3 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0.5s依次跑动：图1.2(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0.5s)555定时器和4017芯片组成的9个一组持续亮5s的：图1.3（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，
4、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1.4图1.5图1.6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，
5、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1.7图1.8图1.9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
6、要是用一个NPN改装成的非门来实现交替循环工作！1.4 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0.5s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
7、灯，再绿灯0.5s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。1.5 总原理设计根据上述的原理设计出总的电路图为：图1.101.6 元件清单表1.1型号主要参数数量备注40175V3555定时器5V1二极管19发光二极管2.V10磁片电容103,1044,1电解电容10u2电阻68k,1k,10k5实验步骤2.1 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。图2.12.2 PCB设计图2.22.3 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
8、把每一块接在一起。准备对每单元电路进行调试。2.4 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。2.4.1 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。2.4.2 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。2.4.3 芯片管脚短路与断路由于做完电路
9、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。2.4.4 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3.1单个灯亮时3个灯亮时100000000100100100010000000010010010001000000001001001000100000000010000000001000000000100000000010000000001附录设计原理图 CD4017引脚图： 555定时器引脚图：