NE555和CD4017集成电路在流水灯电路中的应用

金 灵 金 明(宁夏工商职业技术学院电气与控制工程学院 75000;宁夏灵武市人民检察院 75400)

伴随高职院校的蓬勃发展，对学生的技能水平也提出了更高的要求。但目前的状况是学生对学习失去兴趣。那么如何调动学生学习积极性，改变学生学习态度呢?如何激发学生的学习热情?如何提升他们的实操能力?这是高职院校教师应该考虑的问题。假如能在学生进行实训课程的学习时，增加一些实用而有趣的实训项目，让学生在好奇心的驱动下积极探索未知知识，必定能激发学习兴趣，进而产生动手操作的欲望，让学生边做边学，将有利于提升学生的技能操作水平。本文介绍的内容为:利用NE555和CD4017集成电路制作教学用流水灯电路。该实训项目涉及的数字电路知识包括:编码译码、计数器原理、电路设计等等。其中，时基电路采用了NE555定时器，它能为其他的电路提供时序脉冲。另外涉及的知识还包括:NE555和CD4017芯片的功能、引脚图、真值表等等，尤其是在焊接电路与调试电路系统时，需要倍加细心。

在电子技术课程的教学中，NE555集成电路的通用教学方法是对振荡电路单独进行实验，并用示波器观察实验结果。由于这种验证电路的方式比较单一枯燥，因此，很容易导致学生失去学习兴趣和影响教学效果。所以，有必要设计一些有趣的装饰电路。而利用NE555和CD4017集成电路设计流水灯电路，观赏性较强，学生能够直观的看到实验结果，因此，有利于增强学生的学习兴趣，并使学生主动地参与到实验教学中来，从而提高实验教学效果，使学生能够更好地理解NE555和CD4017集成电路在日常生活中的应用。

本次实验采用了NE555和CD4017集成电路制作流水灯电路。其中的多谐振荡器电路由NE555集成电路U1、电位器RV1，电容C1和C2组成，该多谐振荡器电路输出的振荡方波由4017集成电路组成的十进制移位计数器负责接收，以实现控制10路灯光演示电路的目的。接通电源后，电路系统会依次点亮10个LED灯(D1－D10)，并循环此操作，从而呈现流水灯的效果。

1 总体电路设计

1．1设计要点。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。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O0O2…．O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。显示电路主要由发光二极管组成，当CD4017的输出依次输出高电平时，驱动发光二极管也依次点亮，产生一种流动变化的效果。

1．2方案总体电路图及其原理。流水灯由555组成的多谐振荡器和CD4017十进制计数器电路组成。当第一个脉冲到来时Q0输出高电平，D1亮，第二个脉冲到来时，Q1输出高电平，D2亮，…，直到Q9输出高电平，D10亮，接着进行下一轮输出。改变多谐振荡器的振荡周期就可以改变灯组的流动速度，改变电流的大小可改变灯光的亮暗程度，所以本次实验设计以CD4017芯片为前提设计的流水灯其速度和亮度都是可调的。所以本次实验在其基础上加以创新一下，把依次闪烁的流光灯电路创新成间隔两个一闪烁。

由于CD4017芯片本身是一十进制计数器(分配器)，所以只需在CLK端口接入一时钟信号且Q0至Q9端(1至7脚和9、10、11脚)接十只发光体就可得到一组流水灯。其时钟信号可用时钟信号发生器产生，也可用简单的芯片和元件组合成一多谐振荡电路产生，发光体可用钠光灯、白炽灯、发光二极管等。但从功耗高低、寿命长短、价格、环保等方面考虑，其时钟信号我采用由555定时器组成的多谐振荡器输出的周期性矩形波，发光体采用发光二极管(LED)。CD4017芯片会以输入信号的高电平为1低电平为0组成以二进制数再转化成十进制数分配给Q0至Q9端，从而使各发光二极管依次发光，若输入信号不间断，发光二极管循环发光。

CD4017具有10个译码输出端，CLK为脉冲信号输入端，时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟上升和下降时间无限制，随着脉冲的输入CD401710个输出引脚依次输出高电平，当完成10个输出时CD4017自动复位，CO(进位输出)在前五个脉冲为高电平，后五．个脉冲时为低电平。运用555时基电路构成多谐震荡器以提供时钟脉冲。

2 流水灯电路工作原理

该流水灯电路由时钟发生电路和功能显示电路两部分组成。以集成电路NE555为核心器件构成自激多谐振荡器。

当电源开关S闭合时，电源通过电阻R1和R2向电容器C1充电。当C1刚充电时，由于555的②脚处于低电平，故输出端③脚呈高电平;当电源经R1、R2向C1充电到2/3电源电压时，输出端③脚电平由高变低，555内部放电管导通，电容C1经R2向555的⑦脚放电，直至C1两端电压低于1/3电源电压时，555的③脚又由低电平变为高电平，C1又再次充电，如此循环工作，形成振荡。

555的频率可以通过改变电阻R2的阻止而改变，其时钟输出直接进入4017的14脚，这样来驱动10个LED负载，使其循环点亮。也可以做成心型等其它形状。

3 制作与调试电路

学生在制作与调试流水灯电路时，教师需要向学生说明制作与调试电路的要求，即需熟知《电子装配工艺》中的相关操作规范与操作要求，主要是指装配与焊接电路的工艺要求。当安装与焊接好电路元件之后，再对电路进行测试与调试。在连通电源之前，需要完成下述检查流程:

3．1电路板调试。

(1)检查电路设计的原理图即导线的链接，并确定导线的链接与电路原理图一致。

(2)检查导线的链接，并检查导线是否断路，根据电路原理图，用数字万用表打到合适的档位，测试各导线对应的按点是否导通。

(3)检查试验仪器和器材是否完好，电源5V直流电压输出正常。发光二极管全部可以正常发光，电阻和电容全部正常，电位器可以正常调节。芯片CD4017和定位器NE555工作正常。当接通电源，流水灯可以正常顺畅的流动。

3．2可能问题的预处理。

(1)若流水灯没有正常流动，首先检查电路板是否有虚焊或短路，检查之后重新测试;若仍有问题，检查原件是否有错误焊接，并进行修正。

(2)若流水灯只有部分闪烁，使用万用表检查没有闪烁LED灯管是否正确安装或是毁坏，如果反接则重新连接如果毁坏则替换灯管，检查相关电路连接部分的焊接以及所连接电阻是否存在问题。

(3)若只有一个灯光被点亮且不闪烁，检查NE555相连电解电容是否反接或毁坏，反接则调换引脚，毁坏则更换电容;若不是电容问题，考虑是否为NE555的连接上存在问题或NE555本身出现问题，若是连接上的问题进行调整，若是元件问题向老师索要新元件进行替换。

(4)若通电时电路板出现冒烟或元件爆裂，及时切断电源连接，检查电路板状况，检查出现问题的原因看是否可以继续使用。

4 结语

本次实验使用的NE555及CD4017两个芯片，属于数字电路中应用范围比较广、并且非常重要的两个芯片。涉及的知识包括这两个芯片的工作原理及应用，还有电路的制作、焊接与调试。因此，此次实验综合性较强、实用性较强。故能够充分调动学生的学习积极性，能够激发学生的好奇心，进而大大提升了学生的学习兴趣，有利于提升学生的实操能力及培养学生的创造力，同时，也学生在实验中收获了成功的喜悦，可谓是一举几得!