数字电子技术综合训练实例
第一节 彩灯循环控制器的设计与制作
现代生活中，彩灯越来越成为人们的装饰品，它不仅能美化环境，渲染气氛，还可用于娱乐场所和电子玩具中，现以该课题为例进行分析与设计。
一、设计举例
（一）设计任务书
1．题目
彩灯循环控制电路的设计与制作。
2．技术指标
（1）彩灯能够自动循环点亮。
（2）彩灯循环显示且频率快慢可调。
（3）该控制电路具有8路以上输出。
（二）设计过程举例
在实际工作中，能够实现上述设计任务要求的电路形式或方案很多，现给出几种与数字电路内容结合紧密且容易实现的电路方案，以期开阔思路，学习数字电路的设计与制作方法。
方案一
1．课题分析
此电路主要由三部分组成，其整体框图如图5-1所示。
图5-1彩灯循环控制器电路框图 图5-2 555定时器组成的振荡器
2．方案论证与实现
（1）振荡电路
主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高
低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号，电路如图5-2所示。
（2）计数器／译码分配器
计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。在此电路中采用十进制计数／分频器CD4017，它是一种用途非常广泛的电路。其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。
CD4017有3个输（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1～O9）均为低电平。CP0和～CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。
CD4017有10个输出端（O0～O9）和1个进位输出端～O5-9。每输入10个计数脉冲，～O5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。
由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。
CD4017的管脚分布图如图5-3所示。
图5-3 CD4017的管脚分布图 图5-4 CD4017与发光二极管组成的显示电路图
（3）显示电路
主要由发光二极管组成，如图5-4所示。当CD4017的输出端依次输出高电平时,驱动发光二极管也依次点亮，产生一种流动变化的效果。发光二极管要求驱动电压小一点，一般在1.66 v左右，电流在5 mA左右。彩灯的循环速度由脉冲源频率决定。R、C构成微分电路，用于上电复位。如有兴趣也可以把发光二极管换成各种颜色的彩灯，这样循环起来就更加好看了。
整机电路如图5-5所示。
图5-5 方案一整机电路图
3．PCB图设计与生成
（1）由整机电路图直接生成网络表。
（2）调用Protel PCB，并进行元器件合理布局。
（3）调用网络表，并自动布线。
（4）PCB图的人工调整及打印输出。
设计完成的PCB图如图5-6所示, 如图5-7所示整机电路PCB 3D效果图。
图5-6 整机电路PCB图 图5-7整机电路PCB 3D效果图
彩灯循环控制器设计与制作(例1)元器件清单
|
元件 |
特征 |
数量 |
位置 |
|
0.01uF |
独石电容 |
1 |
C2 |
|
10KΩ |
3329 |
1 |
R3 |
|
10uF |
25V |
1 |
C1 |
|
1KΩ |
1/4W |
2 |
R1、R2 |
|
1uF |
25V |
1 |
C3 |
|
300Ω |
1/4W |
1 |
R4 |
|
CD4017 |
DIP16 |
1 |
U2 |
|
NE555 |
DIP8 |
1 |
U1 |
|
CON2 |
SIP2 |
1 |
J1 |
|
LED |
Φ5发光二极管 |
10 |
LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、 LED6、LED7、LED8、LED9、LED10 |
|
IC管座 |
DIP16 |
1 |
U2 |
|
|