目录1、设计任务及要求-----------------------------12、总体框图-----------------------------------13、选择器件-----------------------------------24、功能模块-----------------------------------115、总体电路图设计-----------------------------166、硬件实验-----------------------------------177、课设心得-----------------------------------18圣诞树的设计与制作一、 设计任务与要求圣诞树一共有七层彩灯控制电路组成。

顶层用一个五角星红色闪光灯构成；第一层由CD4017和LM555构成一个双闪或三闪式信号闪光电路；第二层有8个不同颜色的彩灯组成的控制电路，控制要求彩灯依次由暗变亮，又变暗不断重复闪烁发光；第三层由两组不同颜色的彩灯构成，形成红灯闪烁完毕绿灯接着闪烁，然后停3s 到5s 后红灯再次闪烁，然后绿灯再次闪烁，从而形成一个周期闪烁的彩灯控制电路；第四层由一只双四位串入/并出移位存储器CD4015组成形成光点逐个发光又逐个熄灭的移动闪烁效果；第五层在第四层的基础上对电路结构进行适当的变化形成一亮一暗交替闪烁发光电路；第六层双色花样流动灯，通过输出端与发光二极管的交叉连接在时钟脉冲的作用下两计数器输出的脉冲使双色发光二极管呈现出复杂的流动花样变化。

任务完成后，总体效果就是各层设计的彩灯电路在各自控制的电路下形成交替动感闪烁发光效果。

二、总体框图图（1）圣诞树的设计与制作的总体框图在闪光灯电路中，我决定用二进制计数器74LS293。

利用它的二进制功能，从而实现LED 闪光灯电路。

在双闪电路中，题目要求用LM555和CD4017组成一个双闪电路，但CD4017的芯片我们不是很熟悉，所以我决定利用十进制计数器74LS160构成三进制计数器来实现双闪电路。

在循环闪烁灯电路中，我打算将同步4位二进制加/减计数器74LS193的输出接到3-8译码器的输入端，再用四个与非门共同组成一个循环闪烁的闪光灯电路。

在移动发光式闪烁灯电路中，我用两只双四位串入/并出移位寄存器4015BD 组成LED 灯光移动闪烁电路，在脉冲的作用下，移位寄存器的输出端依次输出驱动脉冲，通过驱动二极管的发光，形成光点逐个发光又逐个熄灭的移动闪烁效果。

交替发光式LED闪光灯电路是在移动闪烁电路的基础上改变的，即改变输入数据。

在双色花样流动闪光灯电路中，我用了两个4017BD芯片，通过输出端与发光二极管的交叉连接，在时钟脉冲的作用下两计数器输出的脉冲使双色发光二极管呈现出复杂的流动花样变化。

在周期闪烁的闪光的电路中，我仍用十进制计数器74LS 160实现了红灯绿灯的循环闪烁，但不知道如何实现3-5S的停顿三、选择器件1.CD4017CD4017是5 位Johnson 计数器，具有10个译码输出端，CP、CR、INH 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。

INH 为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效。

CR 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。

CD4017 提供了16 引线多层陶瓷双列直插(D)、熔封陶瓷双列直插(J)、塑料双列直插(P)和陶瓷片状载体(C)4 种封装形式。

推荐工作条件电源电压范围：3V-15V；输入电压范围：0V-VDD工作温度范围M 类：55℃-125℃ ；E 类：40℃-85℃极限值：电源电压：-0.5V-18V；输入电压：-0.5V-VDD 十0.5V；输入电流：±10mA贮存温度：-65℃-150℃引出端功能符号CO：进位脉冲输出；CP：时钟输入端； CR：清除端； INH：禁止端； Q0-Q9 计数脉冲输出端； VDD：正电源； VSS：地CD4017引脚图：图（2）芯片CD4017的管脚图D4017引脚图的功能：CD4017内部是除10的计数器及二进制对10进制译码电路。

CD4017有16支脚，除电源脚VDD及VSS为电源接脚，输入电压范围为3–15V之外，其余接脚为：A、频率输入脚：CLOCK(Pin14)，为频率信号的输入脚。

B、数据输出脚：a、Q1-Q9(Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11)，为解码后的时进制输出接脚，被计数到的值，其输出为Hi，其余为Lo 电位。

b、CARRY OUT（Pin12），进位脚，当4017计数10个脉冲之后，CARRY OUT将输出一个脉波，代表产生进位，共串级计数器使用。

C、控制脚：a、 CLEAR(Pin15)：清除脚或称复位(Reset)脚，当此脚为Hi时，会使CD4017的Q0为“1”，其余Q1-Q9为“0”。

b、CLOCK ENABLE(Pin13)，时序允许脚，当此脚为低电位，CLOCK输入脉波在正缘时，会使CD4017计数，并改变Q1-Q9的输出状态。

2.CD4015CD4015是一个串入并出移位寄存器，从逻辑结构上看，移位寄存器有以下两个显著特征：(1)移位寄存器是由相同的寄存单元所组成。

一般说来，寄存单元的个数就是移位寄存器的位数。

为了完成不同的移位功能，每个寄存单元的输出与其相邻的下一个寄存单元的输入之间的连接方式也不同。

(2)所有寄存单元共用一个时钟。

在公共时钟的作用下，各个寄存单元的工作是同步的。

每输入一个时钟脉冲，寄存器的数据就顺序向左或向右移动一位。

通常可按数据传输方式的不同对CMOS移位寄存器进行分类。

移位寄存器的数据输入方式有串行输入和并行输入之分。

串行输入就是在时钟脉冲作用下，把要输入的数据从一个输入端依次一位一位地送入寄存器；并行输入就是把输入的数据从几个输入端同时送入寄存器。

在CMOS移位寄存器中，有的品种只具有串行或并行中的一种输入方式，但也有些品种同时兼有串行和并行两种输入方式。

串行输入的数据加到第一个寄存单元的D端，在时钟脉冲的作用下输入，数据传送速度较慢；并行输入的数据一般由寄存单元的R、S端送入，传送速度较快。

移位寄存器的移位方向有右移和左移之分。

右移是指数据由左边最低位输入，依次由右边的最高位输出；左移时，右边的第一位为最低位，最左边的则为最高位，数据由低位的右边输入，由高位的左边输出。

移位寄存器的输出也有串行和并行之分。

串行输出就是在时钟脉冲作用下，寄存器最后一位输出端依次一位一位地输出寄存器的数据；并行输出则是寄存器的每个寄存单元均有输出。

CMOS移位寄存器有些品种只有一种输出方式，但也有些品种兼具两种输出方式。

实际上，并行输出方式也必然具有串行输出功能。

CD4015是由两组独立的4位串入－并出移位寄存器组成。

每组寄存器都有一个CP输入端、一个清零端CL和一个串行数据输入端DS。

每位寄存单元都有输出端引出，因而即可作串行输出，又可实现并行输出。

加在DS端上的数据在时钟脉冲上升沿的作用下向右移位。

当在CL端加高电平时，寄存器的输出被全部清零。

下表（1）为CD4015真值表,下图（3）示出数据在CD4015中的移位过程。

该图可以看出，CD4015的初始状态为“0101”，要串行输入4位数据，就要给CP端加4个脉冲。

通过信息在CD4015中的流动过程，我们可知CD4015具有下述功能：(1)从串行输入到串行输出，数据延迟了4个时钟周期。

因此，CD4015可用作延迟电路。

(2)串行数据经过CD4015以后，转换成了并行数据，可由Q0～Q3端并行输出。

(3)可作为数据寄存器使用。

表（1）CD4015的真值表图（3）CD4015的移位过程3.74LS04N74LS04N 是一个非门，其逻辑功能表如下表所示：表（2）74LS04的逻辑功能表CPDS CL Q 0 Q 1 Q 2 Q 31 0 0 0 00 保持0 0 0 Q 0n Q 1n Q 2n 1 0 1 Q 0n Q 1n Q 2n下图是其逻辑框图：图（4） 74LS04的内部结构4.74LS16074LS160N为十进制同步加法计数器。

其逻辑功能描述如下：在CT74LS160R为异步置零中LD为预置数控制端，D0-D3为数据输入端，C为进位输出端，D端，Q0-Q3位数据输出端，EP和ET为工作状态控制端。

R=0时所有触发器将同时被置零，而且置零操作不受其他输入端状态的当DR=1、LD=0时，电路工作在预置数状态。

这时门G16-G19的输出始影响。

当DR=LD=1终是1，所以FF0-FF1输入端J、K的状态由D0-D3的状态决定。

当D而EP=0、ET=1时，由于这时门G16-G19的输出均为0，亦即FF0-FF3均处在J=K=0的状态，所以CP信号到达时它们保持原来的状态不变。

同时C的状态也得到保持。

如果ET=0、则EP不论为何状态，计数器的状态也保持不变，但这时进位输R=LD=EP=ET=1时，电路工作在计数状态。

从电路的0000状出C等于0。

当D态开始连续输入10个计数脉冲时，电路将从1111的状态返回0000的状态，C 端从高电平跳变至低电平。

利用C端输出的高电平或下降沿作为进位输出信号。

下表（3）为74LS160N的逻辑功能表：表（3）74LS160的逻辑功能表74LS160N 的逻辑符号: 74LS160的逻辑框图:图（5）74LS160 的逻辑符号 图（6）74LS160的逻辑框图: 74LS160的内部原理图:输入输出 CLRLOAD ENT ENP CLK 0异步清零 10 同步预置 11 1 1 计数 11 0 保持 1 1 0 保持图（7）74LS160的内部原理图5. IN4001IN4001是一个二极管，在主板上二极管的作用是：做指示灯、整流、稳压、钳位、开关的作用。

主板二极管的标注是在主板中二极管一般用D或VD表示。

其标注一般由5部份组成.二极管的主要参数:1、最大整流电流是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。

因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为140左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。

所以在规定散热条件下，二极管使用中不要超过二极管最大整流电流值。

例如，常用的 IN4001－4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。

2、最高反向工作电压加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。