流水燈電路的組裝與調試

賀桂霞

摘要：隨著電子技術的快速發展尤其是數字技術的突飛猛進，多功能流水燈憑著簡易，高效，穩定等特點得到普遍的應用。在各種娛樂場所、店鋪門面裝飾、家居裝潢、城市墻壁更是隨處可見，與此同時，還有一些城市采用不同的流水燈打造屬于自己的城市文明，塑造自己的城市魅力。目前，多功能流水燈的種類已有數十種，如家居裝飾燈、店鋪招牌燈等等。所以，多功能流水燈的設計具有相當的代表性。

本文介紹《流水燈電路的組裝與調試》項目的由來、設計思路、電路原理圖、工作原理、組裝所需的元器件清單、實際組裝和調試的過程等。展現了一個完整的一體化教學項目，適用于有一定理論知識與技能操作基礎的學生。

關鍵詞：流水燈；NE555；CD4017；組裝與調試

【分類號】TP368.1

前言

我們學校歷來非常重視教學模式的改革和創新。我們教研組的老師也經常進行集體備課，教學模式的探索和教學資源的優化。我們這次的教學任務《流水燈電路的組裝與調試》就進行了新的探索和嘗試。首先，我介紹一下這次任務的由來，我們在進行疏散演習的時候，同學就會發現樓道里的指示燈并不很明顯，處在中間的同學不容易找到出口，同學就提出了一個想法，我們能不能自己設計一個動態的流水燈，輔助這個疏散燈，這樣使同學更容易找到安全出口。于是，我們就有了這次的項目。一般的一體化教學任務是由企業的生產實踐中的典型工作任務提煉而來的。雖然他有針對性和實踐性，但是缺少了學生的參與在里面。而我們這次，就進行了二者有機的集合，廣泛征求了學生的意見和想法，由教研組老師進行討論，最后確定了基本方案，由老師帶領學生進行了電路的設計。我們將這次任務設計成引導型，開發型的。在電路的設計當中我們預留了許多可以改進的地方，給同學一個發揮的空間，讓他們對電路進行改進。這樣讓他們覺得設計電路并不難，引發他們對電路設計的興趣，從而，引起他們對專業課深入學習的興趣。

一、設計思路

1. 十個LED燈相繼被點亮，形成流水燈。

2. 要做雙面印制電路板，電路元件要兼顧貼片式的和通孔的。（為了增加一定的組裝難度，也為了讓學生發現它的不完美，從而進行改進）

3.可以一塊電路板單獨使用，也可以級聯起來多個一起使用。

4.不需要程序設計，只用硬件電路實現。（適用于職校二年級的學生，還沒有學到程序設計，也為后面的繼續學習打下伏筆）

二、電路原理圖

由NE555、CD4017和三極管控制的流水燈電路原理圖如下圖所示，該電路圖由專業老師帶領興趣小組的同學進行設計，用Protel DXP 2004 軟件畫出來的。

三、電路工作原理

1.CD4017的用途和引腳功能

1）CD4017的用途

CD4017集成電路是十進制計數/時序譯碼器，又稱十進制計數/脈沖分頻器。它是4000系列CMOS數字集成電路中應用最廣泛的電路之一，其結構簡單，造價低廉，性能穩定可靠，工藝成熟，使用方便。目前世界各大通用數字集成電路廠家都生產4017，在國外的.產品典型型號為CD4017，在我國，早期產品的型號為C217、C187、CC4017等。

2）CD4017C管腳功能

CMOS CD4017采用標準的雙列直插式16腳塑封，如下圖。

其引腳功能如下：①腳（Y5）：第5輸出端；②腳（Y1）：第1輸出端，③腳（Y0）：第0輸出端，電路清零時，該端為高電平；④腳（Y2）：第2輸出端；⑤腳（Y6）：第6輸出端；⑥腳（Y7）：第7輸出瑞；⑦腳（Y3）：第3輸出端；⑧腳（Vss）：電源負端；⑨腳（Y8）：第8輸出端，⑩腳（Y4）：第4輸出端； 11腳（Y9）：第9輸出端，12腳（Qco）：級聯進位輸出瑞，每輸入10個時鐘脈沖，就可得一個進位輸出脈沖。因此，進位輸出信號可作為下一級計數器的時鐘信號，13腳（EN）：時鐘輸入端，脈沖下降沿有效；l4腳（CP）：時鐘輸入端，脈沖上升沿有效；（15）腳：清零輸入端，在“R”端加高電平或正脈沖時，CD407計數器中各計數單元輸出低電平“0”，在譯碼器中只有對應“0”狀態的輸出端YO為高電平，16腳（VDD）：電源正端，3—18V直流電壓。

CP端在輸入時鐘脈沖的上升沿計數，時鐘允許端EN為0時允許時鐘脈沖輸入，為“1”時，禁止時鐘脈沖輸入。在輸入時鐘脈沖的作用下，Q0—Q9的十個輸出端依次為高電平。 R為復位端， 當R=1時， 計數器清零，Q0為1，其余Q1—Q9均為0。CO為進位輸出端，CD4017計滿10個數后，C0端輸出一個正的進位脈沖。

2.NE555引腳功能

NE555是一種應用特別廣泛作用很大的集成電路，屬于小規模集成電路，在很多電子產品中都有應用。NE555的作用是用內部的定時器來構成時基電路，給其他的電路提供時序脈沖。NE555時基電路有兩種封裝形式有，一是DIP雙列直插8腳封裝，另一種是sop-8小型（smd）封裝形式。

Pin 1 （接地） -地線（或共同接地） ，通常被連接到電路共同接地點。

Pin 2 （觸發點） -這個腳位是觸發NE555使其啟動它的時間周期。觸發信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。

Pin 3 （輸出） -當時間周期開始555的輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA 。

Pin 4 （重置） - 一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。

Pin 5 （控制） -這個接腳準許由外部電壓改變觸發和閘限電壓。當計時器經營在穩定或振蕩的運作方式下，這輸入能用來改變或調整輸出頻率。

Pin 6 （重置鎖定） - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態。當這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。

Pin 7 （放電） -這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。

Pin 8 （VDD） -這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應電壓的范圍是+4.5伏特（最小值）至+16伏特（最大值）。

3.電路工作原理

本流水燈電路由振蕩電路、譯碼電路和光源電路三部分組成。本文選用的脈沖發生器是由NE555與R21、R22、W1及電容器C2組成的多諧振蕩器組成。主要是為燈光流動控制器提供流動控制的脈沖，燈光的流動速度可以通過電位器W1進行調節。由于W1的阻值較大，所以有較大的速度調節范圍。

燈光流動控制器由一個十進制計數脈沖分配器CD4017和若干電阻組成。CD4017的CP端受脈沖發生器輸出脈沖的控制，其輸出端（Q0～Q9）將輸入脈沖按輸入順序依次分配。輸出控制的脈沖，其輸出控制脈沖的速度由脈沖發生器輸出的脈沖頻率決定。10個電阻與CD4017的10個輸出端Q0～Q9相連，當Q0～Q9依次輸出控制脈沖時10個發光二極管按照接通回路的順序依次發光，形成流動發光狀態，即實現正向流水和逆向流水的功能。電源電路所采用的電源為6V。

四、PCB板圖

用Protel DXP 2004 軟件設計的雙面PCB板圖，正面是十個發光二極管，其余元器件都在反面。發光二極管、電容器、電位器采用通孔的，其余元器件都采用貼片式的。

五、元器件清單

六、電路的組裝與調試

1.電路的組裝方法和步驟

1）按照電路圖明細表的型號及規格對所有的元器件進行編號，將所有元器件按先小后大、先低后高、先一般后特殊的順序依據圖示方向裝接到件1（印制板）對應位置上，靜電敏感器件最后要在防靜電工作臺上進行操作裝接（圖中IC1、IC2為靜電敏感器件）。

2）貼焊電阻器R1--R22。

3）貼焊貼片三極管VT1-VT10。

4）將電容器C1-C2、電位器W1、插座J1、發光二極管VD1-VD10元器件的引線浸錫。

5）電容器C1、C2引線腿成型。

6）插焊電容C1-C2、電位器W1、插座J1元器件，插裝時應注意電位器中心頭方向，并將電位器W1、插座J1緊貼印制板放正、放平。

7）在防靜電工作區臺上貼焊IC1、IC2靜電敏感器件，按圖示方向貼裝后，采取對角焊接原則，即先焊接一個引腳，調整器件使之所有的引腳與印制板上所對應焊盤對齊后，再焊接另一個引腳，然后再逐個焊接，

8）將VD1-VD10發光二極管插焊在印制板的背面，插裝時將二極管短引線腿插入印制板標志圓缺的一側，并確保發光二極管高度一致。

9）嚴格按照圖紙技術要求施工。

10）所有元器件焊接位置應確保正確，焊點光滑、平整、牢固。

2.電路調試與故障排除

本電路無需多少調試，只要檢查電路有無插錯元器件，檢查元器件的極性有無接錯，電路連接是否正確，焊接是否良好，無虛焊等缺陷，然后接通電源+6V， 觀察燈閃是否按照從第1組到第10組燈順序依次點亮成流水狀即可。如有問題，先用萬用表電壓檔測量IC （CD4017）的（14）腳的時鐘信號是否正常。如正常，則是CD4017及其后面的電路問題，需檢查元器件是否插錯，電路連接是否正確，焊接是否到位等。如不正常，則是該振蕩器沒有產生振蕩，說明IC（555）及其外圍電路有問題，需檢查相應元器件及其電路。

七、成品圖片展示

這是學生完成的作品，95%以上的學生都能一次性組裝調試成功，有個別學生的有點小問題，經過修復，最后也都調試成功，同學們對這次實訓項目都很滿意。

八、總結

通過這次教學項目，鍛煉了學生綜合運用所學知識，發現，提出，分析和解決實際問題的能力。這次課設在老師的指導下以及各個小組人員的共同努力下，順利地完成，這次項目，不僅提高了學生的動手能力，更培養了團隊精神，讓學生在獨立思考解決問題的同時，又相互配合，順利完成項目。

同時很多同學也提出了改進意見：

（1）所有元器件都用貼片式的

（2）用不同顏色的發光二極管

（3）用5伏電壓，帶USB接口

（4）印制板的尺寸和形狀進行改變

經過同學們的實驗，有些方面已經實現。

參考文獻：

[1] 康華光主編. 電子技術基礎（模擬部分第五版）.高等教育出版社， 1999.6

[2] 康華光主編. 電子技術基礎（數字部分第五版）.高等教育出版社， 2005.7

[3] 張毅剛，單片機原理及應用[M]，北京：北京高等教育出版社，2003年