NE555和CD4017集成電路在流水燈電路中的應(yīng)用

金 靈 金 明(寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣與控制工程學(xué)院 75000;寧夏靈武市人民檢察院 75400)

伴隨高職院校的蓬勃發(fā)展，對(duì)學(xué)生的技能水平也提出了更高的要求。但目前的狀況是學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)失去興趣。那么如何調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，改變學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度呢?如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情?如何提升他們的實(shí)操能力?這是高職院校教師應(yīng)該考慮的問(wèn)題。假如能在學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)課程的學(xué)習(xí)時(shí)，增加一些實(shí)用而有趣的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，讓學(xué)生在好奇心的驅(qū)動(dòng)下積極探索未知知識(shí)，必定能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而產(chǎn)生動(dòng)手操作的欲望，讓學(xué)生邊做邊學(xué)，將有利于提升學(xué)生的技能操作水平。本文介紹的內(nèi)容為:利用NE555和CD4017集成電路制作教學(xué)用流水燈電路。該實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目涉及的數(shù)字電路知識(shí)包括:編碼譯碼、計(jì)數(shù)器原理、電路設(shè)計(jì)等等。其中，時(shí)基電路采用了NE555定時(shí)器，它能為其他的電路提供時(shí)序脈沖。另外涉及的知識(shí)還包括:NE555和CD4017芯片的功能、引腳圖、真值表等等，尤其是在焊接電路與調(diào)試電路系統(tǒng)時(shí)，需要倍加細(xì)心。

在電子技術(shù)課程的教學(xué)中，NE555集成電路的通用教學(xué)方法是對(duì)振蕩電路單獨(dú)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并用示波器觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于這種驗(yàn)證電路的方式比較單一枯燥，因此，很容易導(dǎo)致學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣和影響教學(xué)效果。所以，有必要設(shè)計(jì)一些有趣的裝飾電路。而利用NE555和CD4017集成電路設(shè)計(jì)流水燈電路，觀賞性較強(qiáng)，學(xué)生能夠直觀的看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此，有利于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并使學(xué)生主動(dòng)地參與到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來(lái)，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，使學(xué)生能夠更好地理解NE555和CD4017集成電路在日常生活中的應(yīng)用。

本次實(shí)驗(yàn)采用了NE555和CD4017集成電路制作流水燈電路。其中的多諧振蕩器電路由NE555集成電路U1、電位器RV1，電容C1和C2組成，該多諧振蕩器電路輸出的振蕩方波由4017集成電路組成的十進(jìn)制移位計(jì)數(shù)器負(fù)責(zé)接收，以實(shí)現(xiàn)控制10路燈光演示電路的目的。接通電源后，電路系統(tǒng)會(huì)依次點(diǎn)亮10個(gè)LED燈(D1－D10)，并循環(huán)此操作，從而呈現(xiàn)流水燈的效果。

1 總體電路設(shè)計(jì)

1．1設(shè)計(jì)要點(diǎn)。因?yàn)檠h(huán)彩燈對(duì)頻率的要求不高，只要能產(chǎn)生高低電平就可以了，且脈沖信號(hào)的頻率可調(diào)，所以采用555定時(shí)器組成的振蕩器其輸出的脈沖作為下一級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)。計(jì)數(shù)器是用來(lái)累計(jì)和寄存輸入脈沖個(gè)數(shù)的時(shí)序邏輯部件。在此電路中采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)分頻器CD4017它是一種用途非常廣泛的電路。其內(nèi)部由計(jì)數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)的分配，整個(gè)輸出時(shí)序就是O0O2…．O9依次出現(xiàn)與時(shí)鐘同步的高電平，寬度等于時(shí)鐘周期。顯示電路主要由發(fā)光二極管組成，當(dāng)CD4017的輸出依次輸出高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管也依次點(diǎn)亮，產(chǎn)生一種流動(dòng)變化的效果。

1．2方案總體電路圖及其原理。流水燈由555組成的多諧振蕩器和CD4017十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路組成。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖到來(lái)時(shí)Q0輸出高電平，D1亮，第二個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)，Q1輸出高電平，D2亮，…，直到Q9輸出高電平，D10亮，接著進(jìn)行下一輪輸出。改變多諧振蕩器的振蕩周期就可以改變燈組的流動(dòng)速度，改變電流的大小可改變燈光的亮暗程度，所以本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以CD4017芯片為前提設(shè)計(jì)的流水燈其速度和亮度都是可調(diào)的。所以本次實(shí)驗(yàn)在其基礎(chǔ)上加以創(chuàng)新一下，把依次閃爍的流光燈電路創(chuàng)新成間隔兩個(gè)一閃爍。

由于CD4017芯片本身是一十進(jìn)制計(jì)數(shù)器(分配器)，所以只需在CLK端口接入一時(shí)鐘信號(hào)且Q0至Q9端(1至7腳和9、10、11腳)接十只發(fā)光體就可得到一組流水燈。其時(shí)鐘信號(hào)可用時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，也可用簡(jiǎn)單的芯片和元件組合成一多諧振蕩電路產(chǎn)生，發(fā)光體可用鈉光燈、白熾燈、發(fā)光二極管等。但從功耗高低、壽命長(zhǎng)短、價(jià)格、環(huán)保等方面考慮，其時(shí)鐘信號(hào)我采用由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器輸出的周期性矩形波，發(fā)光體采用發(fā)光二極管(LED)。CD4017芯片會(huì)以輸入信號(hào)的高電平為1低電平為0組成以二進(jìn)制數(shù)再轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制數(shù)分配給Q0至Q9端，從而使各發(fā)光二極管依次發(fā)光，若輸入信號(hào)不間斷，發(fā)光二極管循環(huán)發(fā)光。

CD4017具有10個(gè)譯碼輸出端，CLK為脈沖信號(hào)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(duì)輸入時(shí)鐘上升和下降時(shí)間無(wú)限制，隨著脈沖的輸入CD401710個(gè)輸出引腳依次輸出高電平，當(dāng)完成10個(gè)輸出時(shí)CD4017自動(dòng)復(fù)位，CO(進(jìn)位輸出)在前五個(gè)脈沖為高電平，后五．個(gè)脈沖時(shí)為低電平。運(yùn)用555時(shí)基電路構(gòu)成多諧震蕩器以提供時(shí)鐘脈沖。

2 流水燈電路工作原理

該流水燈電路由時(shí)鐘發(fā)生電路和功能顯示電路兩部分組成。以集成電路NE555為核心器件構(gòu)成自激多諧振蕩器。

當(dāng)電源開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，電源通過(guò)電阻R1和R2向電容器C1充電。當(dāng)C1剛充電時(shí)，由于555的②腳處于低電平，故輸出端③腳呈高電平;當(dāng)電源經(jīng)R1、R2向C1充電到2/3電源電壓時(shí)，輸出端③腳電平由高變低，555內(nèi)部放電管導(dǎo)通，電容C1經(jīng)R2向555的⑦腳放電，直至C1兩端電壓低于1/3電源電壓時(shí)，555的③腳又由低電平變?yōu)楦唠娖?，C1又再次充電，如此循環(huán)工作，形成振蕩。

555的頻率可以通過(guò)改變電阻R2的阻止而改變，其時(shí)鐘輸出直接進(jìn)入4017的14腳，這樣來(lái)驅(qū)動(dòng)10個(gè)LED負(fù)載，使其循環(huán)點(diǎn)亮。也可以做成心型等其它形狀。

3 制作與調(diào)試電路

學(xué)生在制作與調(diào)試流水燈電路時(shí)，教師需要向?qū)W生說(shuō)明制作與調(diào)試電路的要求，即需熟知《電子裝配工藝》中的相關(guān)操作規(guī)范與操作要求，主要是指裝配與焊接電路的工藝要求。當(dāng)安裝與焊接好電路元件之后，再對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試與調(diào)試。在連通電源之前，需要完成下述檢查流程:

3．1電路板調(diào)試。

(1)檢查電路設(shè)計(jì)的原理圖即導(dǎo)線的鏈接，并確定導(dǎo)線的鏈接與電路原理圖一致。

(2)檢查導(dǎo)線的鏈接，并檢查導(dǎo)線是否斷路，根據(jù)電路原理圖，用數(shù)字萬(wàn)用表打到合適的檔位，測(cè)試各導(dǎo)線對(duì)應(yīng)的按點(diǎn)是否導(dǎo)通。

(3)檢查試驗(yàn)儀器和器材是否完好，電源5V直流電壓輸出正常。發(fā)光二極管全部可以正常發(fā)光，電阻和電容全部正常，電位器可以正常調(diào)節(jié)。芯片CD4017和定位器NE555工作正常。當(dāng)接通電源，流水燈可以正常順暢的流動(dòng)。

3．2可能問(wèn)題的預(yù)處理。

(1)若流水燈沒(méi)有正常流動(dòng)，首先檢查電路板是否有虛焊或短路，檢查之后重新測(cè)試;若仍有問(wèn)題，檢查原件是否有錯(cuò)誤焊接，并進(jìn)行修正。

(2)若流水燈只有部分閃爍，使用萬(wàn)用表檢查沒(méi)有閃爍LED燈管是否正確安裝或是毀壞，如果反接則重新連接如果毀壞則替換燈管，檢查相關(guān)電路連接部分的焊接以及所連接電阻是否存在問(wèn)題。

(3)若只有一個(gè)燈光被點(diǎn)亮且不閃爍，檢查NE555相連電解電容是否反接或毀壞，反接則調(diào)換引腳，毀壞則更換電容;若不是電容問(wèn)題，考慮是否為NE555的連接上存在問(wèn)題或NE555本身出現(xiàn)問(wèn)題，若是連接上的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整，若是元件問(wèn)題向老師索要新元件進(jìn)行替換。

(4)若通電時(shí)電路板出現(xiàn)冒煙或元件爆裂，及時(shí)切斷電源連接，檢查電路板狀況，檢查出現(xiàn)問(wèn)題的原因看是否可以繼續(xù)使用。

4 結(jié)語(yǔ)

本次實(shí)驗(yàn)使用的NE555及CD4017兩個(gè)芯片，屬于數(shù)字電路中應(yīng)用范圍比較廣、并且非常重要的兩個(gè)芯片。涉及的知識(shí)包括這兩個(gè)芯片的工作原理及應(yīng)用，還有電路的制作、焊接與調(diào)試。因此，此次實(shí)驗(yàn)綜合性較強(qiáng)、實(shí)用性較強(qiáng)。故能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心，進(jìn)而大大提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于提升學(xué)生的實(shí)操能力及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，同時(shí)，也學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中收獲了成功的喜悅，可謂是一舉幾得!