CD4017流水灯电路设计摘要：随着LED技术的不断发展以及LED在低功耗、长寿命、环保等方面的优势，LED应用领域逐渐增多。

同时，许多国家在看到LED巨大的市场潜力后，纷纷出台各项鼓励措施大力推动LED在各领域中的应用。

目前，LED的应用已经从最初的指示灯应用转向更具发展潜力的显示屏，景观照明、背光源、汽车车灯、交通灯、照明等领域，LED应用正呈现出多样化发展趋势。

本次毕业设计就是用小功率LED作为发光体替代实验室中价格昂贵的钠光灯或白炽灯。

并利用555定时器、可变电阻普通电阻、电解电容以及普通电容构成可调驱动电路，驱动CD4017计数器构成的译码电路，使LED依次循环发光，从而组成循环流水灯。

关键词： CD4017 555定时器 LED目录设计任务和要求 (3)1.引言 (4)2.总体设计方案选择与说明 (5)2.1 方案选择 (5)2.2 电路工作原理： (5)3.单元硬件设计说明 (5)3.1 555定时器 (6)3.2 自激多谐振荡器 (10)3.3 十进制计数／分频器CD4017 (11)3.3.1 CD4017内容说明： (11)3.3.2 CD4017十进制计数器内部电路图： (12)3.3.3 CD4017时序波形图： (13)3.3.4 CD4017引脚图如下： (14)3.3.5 CD4017引脚功能： (14)3.4 发光二极管（LED） (15)3.4.1 LED 特点 (13)3.4.2 LED光源的特点 (16)3.5 元件明细表 (17)4.软件说明 (18)4.1 Protel99简介 (18)4.2 Proteus简介 (19)5.安装调试方法 (19)5.1 安装方法 (19)5.2 调试方法 (20)6.总结 (20)7.致谢 (21)8.参考文献 (22)附录一 (22)附录二 (24)附录三 (25)附录四 (26)设计任务和要求设计任务:以CD4017计数器为基础设计一灯组流动速度和亮度均可调的循环流水灯。

要求：（1）独立完成设计任务，通过课程设计，锻炼自己综合运用所学知识的能力，并初步掌握电子技术设计的方法和步骤。

（2）熟悉电子线路Protel99软件及电子线路仿真Proteus软件的使用方法。

（3）学会查阅资料和手册，学会选用各种电子元器件。

（4）掌握安装电子线路的基本技能和调试方法。

（5）设计时尽量使用廉价环保元件。

（6）设计产品必须是灯组流动速度和亮度均可调的。

1.引言随着电子科学技术的飞跃发展以及生活水平的提高，娱乐场所越来越多，如酒吧、舞厅、KTV等。

我们在这些地方看到的循环彩灯就是最原始的循环流水灯演变而来的，而这些灯几乎用的都是低功耗、长寿命、环保等特征的LED。

在新兴应用市场不断出现的带动下，近些年LED市场规模快速提升。

2005年中国LED的产量已经达到262.1亿只，市场规模更是突破百亿元大关达到114.9亿元。

LED的应用领域已经从最初简单的电器指示灯、LED显示屏发展到LCD背光源、景观照明、室内装饰灯等其他领域。

而由于LED具有的长寿命、无污染、低功耗的特性，未来LED还将逐步替代荧光灯、白炽灯成为下一代绿色照明光源。

为此，美国、韩国、欧盟、中国台湾都制定了适合各国国情的半导体照明计划，大力推进LED灯进入普通照明灯具市场。

室内照明将是LED最具市场规模和发展潜力的应用。

从数量上看，凭借着国内强大的制造能力，指示灯依旧是LED的使用大户，其用量占据LED市场消耗量的半壁江山。

但由于指示灯多为普通亮度LED，经过多年的发展产量很大早已形成买方市场，供过于求的市场现状导致价格持续下跌，严重影响了指示灯领域的LED市场规模增长。

LED指示灯市场规模只保持了一位数增长，但是随着价格的进一步滑落，LED指示灯市场规模很难在维持正增长，预计从2006年起，该市场将呈现出负增长。

对于进入通用照明市场而言，功率白光LED除面临着诸如发光效率低、散热不好、成本过高等问题外，还将面临到光学、机构与电控等的整合以及LED照明产品通用标准的制定。

解决上述问题需要很长的一段时间，赛迪顾问预计LED 在2010年前还不能进入通用照明市场。

由于酒店、商务会馆、高档商用写字楼等商用场所相对于价格的敏感度低。

同时这些高档场所更注重于彰显品味与尊贵的地位，对于新兴产品抱有更大的兴趣度。

这些都降低了LED照明进入的门槛。

赛迪顾问预计LED照明将率先进入商用市场，逐步向民用市场扩展。

2.总体设计方案选择与说明2.1 方案选择根据课程设计的要求：用4017芯片设计一流水灯。

我的总体设计方案如下：由于4017芯片本身是一十进制计数器（分配器），所以只需在CLK端口（15脚）接入一时钟信号且Q0至Q9端（1至7脚和9、10、11脚）接十只发光体就可得到一组流水灯。

其时钟信号可用时钟信号发生器产生，也可用简单的芯片和元件组合成一多谐振荡电路产生，发光体可用钠光灯、白炽灯、发光二极管等。

但从功耗高低、寿命长短、价格、环保等方面考虑，其时钟信号我采用由555定时器组成的多谐振荡器输出的周期性矩形波，发光体采用发光二极管（LED）。

4017芯片会以输入信号的高电平为1低电平为0组成以二进制数再转化成十进制数分配给Q0至Q9端，从而使各发光二极管依次发光，若输入信号不间断，发光二极管循环发光。

2.2 电路工作原理：流水灯由555组成的多谐振荡器和CD4017十进制计数器电路组成。

当第一个脉冲到来时Q0输出高电平，LED1亮，第二个脉冲到来时，Q1输出高电平，LED2亮，…,直到Q9输出高电平，LED10亮，接着进行下一轮输出。

改变多谐振荡器的振荡周期就可以改变灯组的流动速度，改变电流的大小可改变灯光的亮暗程度，所以本次课程设计以4017芯片为前提设计的流水灯其速度和亮度都是可调的。

电路原理图见附页。

3.单元硬件设计说明在进行单元硬件设计时，必须对所选的器件了解清楚后。

下面是对所有选择的器件进行简单的说明和分析：3.1 555定时器555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。

只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。

它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。

集成555定时器有双极性型和CMOS 型两种产品。

一般双极性型产品型号的最后三位数都是555，CMOS 型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。

器件电源电压推荐为4．5～12V ，最大输出电流200mA 以内，并能与TTL 、CMOS 逻辑电平相兼容。

其主要参数见表3.1。

表3.1 (a)双极性型5G555的主要性能参数参数名称 符号 单位 参数 电源电压 V CC V 5~16 电源电流 I CC mA 10阈值电压V TH V 32V CC触发电压 V TR V 31V CC 输出低电平 V OL V 1 输出高电平 V OH V 13.3 最大输出电流 I OMAX mA ≤200 最高振荡频率 f MAX KHz ≤300 时间误差△tnS≤5① V TH 即V i1 ,V TR 即V i2 。

(b) CMOS 型7555的主要性能参数 参数名称 符号 单位 参数 电源电压 V CC V 3~18 电源电流 I CC μA 60阈值电压V TH V 32V DD触发电压 V TR V 31V DD 输出低电平 V V 0.1 输出高电平 V V 14.8 最大输出电流 I OMAX mA ≤200 最高振荡频率 f MAX KHz ≥500 时间误差△tnS555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图3.1和图3.2。

引脚功能：V i1（TH ）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH 。

V i2（TR ）：低电平触发端，简称低触发端，标志为TR 。

V CO ：控制电压端。

V O ：输出端。

TH6TR 2Dis7V C C8R d 4Q3G N D1Vc o555512345678GNDTRVoR dVc oTH Dis VC C555..(a ) 555的逻辑符号(b ) 555的引脚排列图3.2 555定时器逻辑符号和引脚图3.1 555定时器内部结构R5KR5KR5KC 1C 2G1G2G3R dVi1(TH)Vi2(TR )VC CTVc oR 1VoVo 'Dis QQSR..Dis：放电端。

Rd：复位端。

555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络，产生1V CC3和2V CC两个基准电压；两个电压比较器C1、C2；一个由与非门G1、G2组成的3基本RS触发器（低电平触发）；放电三极管T和输出反相缓冲器G3。

Rd是复位端，低电平有效。

复位后, 基本RS触发器的Q端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。

分析图8.1的电路：在555定时器的V CC端和地之间加上电压，并让V CO悬空，则比较器C1的同相输入端接参考电压2V CC，比较器C2反相输入端3接参考电压1V CC，为了学习方便，我们规定：3当TH端的电压>2V CC时，写为V TH=1，当TH端的电压<32V CC时，写为3V TH=0。

当TR端的电压>1V CC时，写为V TR=1，当TR端的电压<31V CC时，写为3V TR=0。

①低触发：当输入电压V i2<1V CC且V i1<32V CC时，V TR=0，V TH=0，3比较器C2输出为低电平，C1输出为高电平，基本RS触发器的输入端S=0、R=1，使Q＝1，Q＝0，经输出反相缓冲器后，V O＝1，T截止。

这时称555定时器“低触发”；②保持：若V i2>1V CC且V i1<32V CC，则V TR=1，V TH=0，S=R=1，基本3RS触发器保持，V O和T状态不变，这时称555定时器“保持”。

③高触发：若V i1>2V CC，则V TH=1，比较器C1输出为低电平，无论C23输出何种电平，基本RS触发器因R=0，使Q＝1，经输出反相缓冲器后，V O＝0；T 导通。

这时称555定时器“高触发”。

555定时器的“低触发”、“高触发”和“保持”三种基本状态和进入状态的条件（即V TH 、V TR 的“0”、“1”）必须牢牢掌握。

V CO 为控制电压端，在V CO 端加入电压，可改变两比较器C 1、C 2的参考电压。

正常工作时，要在V CO 和地之间接0．01μF （电容量标记为103）电容。

放电管T l 的输出端Dis 为集电极开路输出。