山西大学数字电子技术基于硬件设计的跑马灯电路
系别：电力工程系
班级：电本1254班
姓名：所谓伊人
学号： **********
一、实验目的
1. 熟悉NE555定时器，计数器CD4017的逻辑特性。

2. 熟悉NE555构成多谐振荡器原理。

3. 设计跑马灯电路并利用Multisim软件仿真电路。

二、实验要求
1. 知道NE555、CD4017的管脚排列顺序。

2. 利用NE555构成多谐振荡器。

3. 知道电阻的主要参数及其标注方法。

（见实验指导书116页）。

4. 知道电容器的主要作用。

（见实验指导书122页）。

5. 了解有关焊接的知识。

三、实验器材
电路板1块。

电容：1μF（1个）。

集成芯片：NE555（1个）、CD4017（1个）。

电阻：22KΏ、1KΏ、500Ώ各一个。

二极管：IN4148（8个）、发光二极管（10个）。

（自行提供）电池：5V
四、电路的安装
1.555用来定时，用它产生某种方波，相当于有的时钟信号
2.4017是个十进制计数器，按照时钟信号从10个口依次输出
1. 检查集成芯片NE555，CD4017的安装位置有无错误.
2. 检查电解电容的极性有无错误；
3. 检查二极管IN4148及发光二极管的安装方向有无错误；
4. 检查各个电阻的安装是否有误。

5. 检查有无虚焊。

五、电路的调试
1. 电路焊接好后，先将电路板正负端接到直流电压5V及地线处，观察发光二极管是否变亮。

2. 适当改变电位器阻值，观察其对CD4017
循环周期（发功二极管依次循环一周）的影响。

3. 利用秒表记录CD4017一个合适循环周期的时间。

（分别测量电阻最大时、最小时、合适时的周期）
附录
1. 跑马灯电路图
分析电路输出图像
2. CD4017的相关资料
CD4017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。

其引脚排列如下
引出端功能符号
：进位脉冲输出 CP：时钟输入端
CR：清除端（CR接低电位时，开始计数。

接高电位时Q0=1， =1。

Q1~Q9为0.）
：禁止端
Q0-Q9 计数脉冲输出端 R
VDD：正电源 GND：地
CD40171C 内部逻辑电路原理图如图2 所示。

它是由十进制计数器电路和时序译码电路两部分组成。

其中的 D 触发器 Fl～F5 构成了十进制约翰逊计数器，门电路 5～14 构成了时序译码电路。

约翰逊计数器的结构比较简单．它实质上是一种串行移位寄存器。

除了第 3 个触发器是通过门电路15、16 构成的组合逻辑电路作用于 F3 的 D3 端以外，其余各级均是将前一级触发器的输出端连接到后一级触发器的输入端 D 的，计数器最后—级的端连接到第一级的 D1 端。

这种计数器具有编码可靠，工作速度快、译码简单，只需由二输入端的与门即可译码，且译码输出无过渡脉冲干扰等特点。

通常只有译码选中的那个输出端为高电平，其余输出端均为低电
平。

约翰逊计数器状态如表1所示。

由五级计数单元组成的约翰逊计数器，其输出端可以有 32 种组合状态，而构成十进制计数器只需 10 种计数状态，因此，当电路接通电源之后，有可能进入我们所不需要的 22 种伪码状态。

为了使电路能迅速进入表1所列状态，就在第三级计数单元的数据输入端上加接了两级组合逻辑门，使 Q2 不直接连接 D3，而使 D3 由下列关系决定： D3＝Q2(Ql+Q3) 这样做，当电源接通后，不管计数单元出现哪种随机组合，最多经过 8 个时钟脉冲输入之后，都会自动进入表1所列状态。

CD4017 有 3 个输入端：复位清除端CR，当在 CR 端加高电平或正脉冲时，计数器清零，在所有输出中，只有对应“0”状态的 Q0 输出高电平，其余输出均为低电平：时钟输入端 CP 和
，其中 CP 端用于上升沿计数，端用于下降沿计数，这两个输入端的内部逻辑电路如下图所示。

由图4见，CP 和还有互锁的关系，即利用 CP 计数时，端要接低电平：利用计数时，CP端要接高电平。

反之则形成互锁。

在“CR”端加上高电平或正脉冲时，计数器中各计数单元 F1～ F5 均被置零，计数器为“00000 ”状态。

（见表2）
CD4017 有 10 个译码输出端 Q0～ Q9，它仍随时钟脉冲的输入而依次出现高电平，见图 3。

此外，为了级联方便，还设有进位输出端，每输入 10 个时钟脉冲，就可得到一个进位输出脉冲，所以可作为下一级计数器的时钟信号。

从上述分析中可以看出，CD4017(它的基本功能是对“CP”端输入脉冲的个数进行十进制计数，并按照输入脉冲的个数顺序将脉冲分配在 Yo —Y9 这十个输出端，计满十个数后计数器复零，同时输出1个进位脉冲。

我们只要掌握了这些基本功能就能设计出千姿百态的应用电路来。

3、LM555 相关资料
LM555 时基电路内部由分压器、比较器、触发器、输出管和放电管等组成，是模拟电路和数字电路的混合体。

其中 6 脚为阀值端（TH），是上比较器的输入。

2 脚为触发端（TR），是下比较器的输入。

3 脚为输出端（OUT），有0 和1 两种状态，它的状态由输入端所加的电平决定。

7 脚为放电端（DIS），是内部放电管的输出，它有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定。

4 脚为复位端（R），叫上低电平（< 0.3V）时可使输出端为低电平。

5 脚为控制电压端
(CV )，可以用它来改变上下触发电平值。

8 脚为电源（VCC），1 脚为地（GND）。

一般可以把LM555 电路等效成一个大放电开关的R-S 触发器。

这个特殊的触发器有两个输入端：阀值端（TH）可看成是置零端R，要求高电平；触发端（TR）可看成是置位端S，低电平有效。

它只有一个输出端OUT，OUT 可等效成触发器的Q 端。

放电端（DIS）可看成由内部放电开关控制的一个接点，放电开关由触发器的反Q 端控制：反Q=1 时DIS 端接地；反Q=0 时DIS 端悬空。

此外这个触发器还有复位端R，控制电压端CV，电源端VCC 和接地端GND。

这个特殊的R-S 触发器有两个特点：（1）两个输入端的触发电平要求一高一低：置零端R 即阀值端TH 要求高电平，而置位端S 即触发端TR 则要求低电平。

（2）两个输入端的触发电平，也就是使它们翻转的阀值电压值也不同，当CV 端不接控制电压是，对TH （R）端来讲，> 2/3VCC 是高电平1，< 2/3VCC 是低电平0；而对TR（S）端来讲，> 1/3VCC 是高电平1，< 1/3VCC 是低电平0。

如果在控制端CV 加上控制电压VC，这时上触发电平就变成VC 值，而下触发电平则变成1/2VC。

可见改变控制端的控制电压值可以改变上下触发电平值。

六、心得体会
通过这次实验，我对数字电子电路有了更深层次的理解，也进一
步理解了课堂上关于时序逻辑电路的内容，对于555芯片、74198移位寄存器，以及JK触发器的原理及使用方法，有了更深层次的认识。

通过这次实验，我巩固了在数字袋子技术课上学习到的理论知识，加深了对理论知识的理解。