流水灯电路的组装与调试

贺桂霞

摘要：隨着电子技术的快速发展尤其是数字技术的突飞猛进，多功能流水灯凭着简易，高效，稳定等特点得到普遍的应用。在各种娱乐场所、店铺门面装饰、家居装潢、城市墙壁更是随处可见，与此同时，还有一些城市采用不同的流水灯打造属于自己的城市文明，塑造自己的城市魅力。目前，多功能流水灯的种类已有数十种，如家居装饰灯、店铺招牌灯等等。所以，多功能流水灯的设计具有相当的代表性。

本文介绍《流水灯电路的组装与调试》项目的由来、设计思路、电路原理图、工作原理、组装所需的元器件清单、实际组装和调试的过程等。展现了一个完整的一体化教学项目，适用于有一定理论知识与技能操作基础的学生。

关键词：流水灯；NE555；CD4017；组装与调试

【分类号】TP368.1

前言

我们学校历来非常重视教学模式的改革和创新。我们教研组的老师也经常进行集体备课，教学模式的探索和教学资源的优化。我们这次的教学任务《流水灯电路的组装与调试》就进行了新的探索和尝试。首先，我介绍一下这次任务的由来，我们在进行疏散演习的时候，同学就会发现楼道里的指示灯并不很明显，处在中间的同学不容易找到出口，同学就提出了一个想法，我们能不能自己设计一个动态的流水灯，辅助这个疏散灯，这样使同学更容易找到安全出口。于是，我们就有了这次的项目。一般的一体化教学任务是由企业的生产实践中的典型工作任务提炼而来的。虽然他有针对性和实践性，但是缺少了学生的参与在里面。而我们这次，就进行了二者有机的集合，广泛征求了学生的意见和想法，由教研组老师进行讨论，最后确定了基本方案，由老师带领学生进行了电路的设计。我们将这次任务设计成引导型，开发型的。在电路的设计当中我们预留了许多可以改进的地方，给同学一个发挥的空间，让他们对电路进行改进。这样让他们觉得设计电路并不难，引发他们对电路设计的兴趣，从而，引起他们对专业课深入学习的兴趣。

一、设计思路

1. 十个LED灯相继被点亮，形成流水灯。

2. 要做双面印制电路板，电路元件要兼顾贴片式的和通孔的。（为了增加一定的组装难度，也为了让学生发现它的不完美，从而进行改进）

3.可以一块电路板单独使用，也可以级联起来多个一起使用。

4.不需要程序设计，只用硬件电路实现。（适用于职校二年级的学生，还没有学到程序设计，也为后面的继续学习打下伏笔）

二、电路原理图

由NE555、CD4017和三极管控制的流水灯电路原理图如下图所示，该电路图由专业老师带领兴趣小组的同学进行设计，用Protel DXP 2004 软件画出来的。

三、电路工作原理

1.CD4017的用途和引脚功能

1）CD4017的用途

CD4017集成电路是十进制计数/时序译码器，又称十进制计数/脉冲分频器。它是4000系列CMOS数字集成电路中应用最广泛的电路之一，其结构简单，造价低廉，性能稳定可靠，工艺成熟，使用方便。目前世界各大通用数字集成电路厂家都生产4017，在国外的.产品典型型号为CD4017，在我国，早期产品的型号为C217、C187、CC4017等。

2）CD4017C管脚功能

CMOS CD4017采用标准的双列直插式16脚塑封，如下图。

其引脚功能如下：①脚（Y5）：第5输出端；②脚（Y1）：第1输出端，③脚（Y0）：第0输出端，电路清零时，该端为高电平；④脚（Y2）：第2输出端；⑤脚（Y6）：第6输出端；⑥脚（Y7）：第7输出瑞；⑦脚（Y3）：第3输出端；⑧脚（Vss）：电源负端；⑨脚（Y8）：第8输出端，⑩脚（Y4）：第4输出端； 11脚（Y9）：第9输出端，12脚（Qco）：级联进位输出瑞，每输入10个时钟脉冲，就可得一个进位输出脉冲。因此，进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号，13脚（EN）：时钟输入端，脉冲下降沿有效；l4脚（CP）：时钟输入端，脉冲上升沿有效；（15）脚：清零输入端，在“R”端加高电平或正脉冲时，CD407计数器中各计数单元输出低电平“0”，在译码器中只有对应“0”状态的输出端YO为高电平，16脚（VDD）：电源正端，3—18V直流电压。

CP端在输入时钟脉冲的上升沿计数，时钟允许端EN为0时允许时钟脉冲输入，为“1”时，禁止时钟脉冲输入。在输入时钟脉冲的作用下，Q0—Q9的十个输出端依次为高电平。 R为复位端， 当R=1时， 计数器清零，Q0为1，其余Q1—Q9均为0。CO为进位输出端，CD4017计满10个数后，C0端输出一个正的进位脉冲。

2.NE555引脚功能

NE555是一种应用特别广泛作用很大的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。NE555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。NE555时基电路有两种封装形式有，一是DIP双列直插8脚封装，另一种是sop-8小型（smd）封装形式。

Pin 1 （接地） -地线（或共同接地） ，通常被连接到电路共同接地点。

Pin 2 （触发点） -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。

Pin 3 （输出） -当时间周期开始555的输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。

Pin 4 （重置） - 一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。

Pin 5 （控制） -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下，这输入能用来改变或调整输出频率。

Pin 6 （重置鎖定） - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。

Pin 7 （放电） -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。

Pin 8 （VDD） -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特（最小值）至+16伏特（最大值）。

3.电路工作原理

本流水灯电路由振荡电路、译码电路和光源电路三部分组成。本文选用的脉冲发生器是由NE555与R21、R22、W1及电容器C2组成的多谐振荡器组成。主要是为灯光流动控制器提供流动控制的脉冲，灯光的流动速度可以通过电位器W1进行调节。由于W1的阻值较大，所以有较大的速度调节范围。

灯光流动控制器由一个十进制计数脉冲分配器CD4017和若干电阻组成。CD4017的CP端受脉冲发生器输出脉冲的控制，其输出端（Q0～Q9）将输入脉冲按输入顺序依次分配。输出控制的脉冲，其输出控制脉冲的速度由脉冲发生器输出的脉冲频率决定。10个电阻与CD4017的10个输出端Q0～Q9相连，当Q0～Q9依次输出控制脉冲时10个发光二极管按照接通回路的顺序依次发光，形成流动发光状态，即实现正向流水和逆向流水的功能。电源电路所采用的电源为6V。

四、PCB板图

用Protel DXP 2004 软件设计的双面PCB板图，正面是十个发光二极管，其余元器件都在反面。发光二极管、电容器、电位器采用通孔的，其余元器件都采用贴片式的。

五、元器件清单

六、电路的组装与调试

1.电路的组装方法和步骤

1）按照电路图明细表的型号及规格对所有的元器件进行编号，将所有元器件按先小后大、先低后高、先一般后特殊的顺序依据图示方向装接到件1（印制板）对应位置上，静电敏感器件最后要在防静电工作台上进行操作装接（图中IC1、IC2为静电敏感器件）。

2）贴焊电阻器R1--R22。

3）贴焊贴片三极管VT1-VT10。

4）将电容器C1-C2、电位器W1、插座J1、发光二极管VD1-VD10元器件的引线浸锡。

5）电容器C1、C2引线腿成型。

6）插焊电容C1-C2、电位器W1、插座J1元器件，插装时应注意电位器中心头方向，并将电位器W1、插座J1紧贴印制板放正、放平。

7）在防静电工作区台上贴焊IC1、IC2静电敏感器件，按图示方向贴装后，采取对角焊接原则，即先焊接一个引脚，调整器件使之所有的引脚与印制板上所对应焊盘对齐后，再焊接另一个引脚，然后再逐个焊接，

8）将VD1-VD10发光二极管插焊在印制板的背面，插装时将二极管短引线腿插入印制板标志圆缺的一侧，并确保发光二极管高度一致。

9）严格按照图纸技术要求施工。

10）所有元器件焊接位置应确保正确，焊点光滑、平整、牢固。

2.电路调试与故障排除

本电路无需多少调试，只要检查电路有无插错元器件，检查元器件的极性有无接错，电路连接是否正确，焊接是否良好，无虚焊等缺陷，然后接通电源+6V， 观察灯闪是否按照从第1组到第10组灯顺序依次点亮成流水状即可。如有问题，先用万用表电压档测量IC （CD4017）的（14）脚的时钟信号是否正常。如正常，则是CD4017及其后面的电路问题，需检查元器件是否插错，电路连接是否正确，焊接是否到位等。如不正常，则是该振荡器没有产生振荡，说明IC（555）及其外围电路有问题，需检查相应元器件及其电路。

七、成品图片展示

这是学生完成的作品，95%以上的学生都能一次性组装调试成功，有个别学生的有点小问题，经过修复，最后也都调试成功，同学们对这次实训项目都很满意。

八、总结

通过这次教学项目，锻炼了学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题的能力。这次课设在老师的指导下以及各个小组人员的共同努力下，顺利地完成，这次项目，不仅提高了学生的动手能力，更培养了团队精神，让学生在独立思考解决问题的同时，又相互配合，顺利完成项目。

同时很多同学也提出了改进意见：

（1）所有元器件都用贴片式的

（2）用不同颜色的发光二极管

（3）用5伏电压，带USB接口

（4）印制板的尺寸和形状进行改变

经过同学们的实验，有些方面已经实现。

参考文献：

[1] 康华光主编. 电子技术基础（模拟部分第五版）.高等教育出版社， 1999.6

[2] 康华光主编. 电子技术基础（数字部分第五版）.高等教育出版社， 2005.7

[3] 张毅刚，单片机原理及应用[M]，北京：北京高等教育出版社，2003年