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摘要：这一个是运用NE555构成的多谐振荡器及CD4017分频器实现彩灯循环控制电路的典型案例。NE555是一种常用的集成定时器，由它加上外围电路可以产生脉宽可调的脉冲，这个脉冲作为CD4017的触发信号。分频计数器CD4017通过管脚的设置，它的输出端依次产生高电平，从而顺序点亮发光二极管，产生流水效果。
关键词：集成电路；多谐振荡器；循环控制
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）23-0265-02
一、设计内容、任务与目的
本设计用NE555构成的多谐振荡器的输出脉冲作为分频器CD4017的输入信号，产生彩灯（发光二极管）循环点亮的流水效果，完成彩灯循环控制电路的设计。通过设计来诱发学生的学习兴趣，锻炼学生的动手能力，使学生能够综合运用所学知识，解決实际问题。设计目的如下：（1）掌握NE555集成定时器的工作原理，学习用NE555集成定时器组成多谐振荡器。（2）加深了解十进制计数分频器CD4017的逻辑功能及使用方法。（3）掌握实验方法与技能，学会综合运用知识解决实际问题，并能给出正确解决方法。（4）培养学生实际动手能力以及分析解决问题能力。
二、教学与指导
本设计是锻炼学生能够独立应用所学的NE555集成定时器来构成输出脉宽可调的多谐振荡器，与计数/分频器CD4017一起组成彩灯循环控制电路。既有所学到知识，又有扩展的内容；既结合了理论知识又锻炼了动手能力，是理论与实际相结合的典型案例。指导学生注意以下问题：
1.先组接多谐振荡器。在接线过程中要注意电源的记性以及极性电容的极性不要接反，直到NE555的输出端3脚接的发光二极管闪亮为止，说明振荡电路能输出方波脉冲。之后可以用示波器观察输出脉冲的波形，通过改变可调电位器来改变占空比。
2.在多谐振荡器电路完成后，在组接计数分频器电路来驱动发光二极管电路。注意发光管的排列顺序要按照CD4017依次输出高电平的顺序，否则，发光管的闪动就没有规律，不能形成依次点亮的流水效果。
3.注意所用直流稳压电源、测量仪表以及示波器的正确使用。
三、电路原理及方案
（一）芯片引脚及功能
芯片NE555的引脚如图1所示。
芯片CD4017的引脚如图2所示。
CD4017引脚功能：
CD4017内部是计数器及二—十进制译码电路。
CD4017有16支脚，除VCC（Pin16）及GND（Pin8）为电源接脚（输入电压范围为3–15V），其余接脚为：
A、频率输入脚：CLK（Pin14），为频率信号的输入脚。
B、数据输出脚：
a、Q0-Q9（Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11），为解码后的十进制输出接脚，被计数到的值，其输出为Hi，其余为Lo电位。
b、CO（Pin12），进位脚，当4017计数10个脉冲之后，CO将输出一个脉波，代表产生进位，共串级计数器使用。
C、控制脚：
a、RST（Pin15）：清除脚或称复位脚，当此脚为Hi时，会使CD4017的Q0为”1”，其余Q1-Q9为”0”。
b、/ENA（Pin13），时序允许脚，当此脚为低电位，CLK输入脉波在上升沿时，会使CD4017计数，并改变Q0-Q9的输出状态。
（二）电路原理
电路原理图如图3所示。
多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。由555定时器和外接元件构成多谐振荡器，腳2和脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路不需要外接触发信号，电源通过电阻向电容充电，以及电容通过电阻向放电端6脚放电，使电路产生振荡。电容在■U■和■U■之间充电和放电，从而在输出端产生一系列的矩形波。
接通电源后，输出假定是高电平，则T截止，电容C充电。充电回路是VCC—R1—R2—C—地，按指数规律上升，当上升到2Vcc/3时（TH、端电平大于Vc），输出翻转为低电平。Vo是低电平，T导通，C放电，放电回路为C—R2—T—地，按指数规律下降，当下降到Vcc/3时（TH、端电平小于Vc），输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡。
十进制计数器/分频器CD4017，其内部由计数器和译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是Q1、Q2、…、Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。
由此可见，当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。输出高电平的顺序分别是引脚：3、2、4、7、10、1、5、6、9、11，这样使发光二极管依次发光，形成流水效果。若要改变彩灯的闪光速度，可调节电位器。
四、设计报告及考核要求
设计报告书写要求：（1）画出集成定时器NE555和计数分频器CD4017的引脚图，并注明各个引脚的功能。（2）画出彩灯循环控制电路的原理图，叙述其工作原理。（3）对在实验过程中遇到的问题及解决方法做以总结，并分析产生问题的原因。（4）实验心得体会及其他。
主要考核三方面：实验前是否认真预习，是否写出了满足要求的预习报告，是否回答出指导教师的提问。实验中是否独立完成了实验内容，是否独立分析出故障原因和解决了实验中所遇到的问题。实验后是否按时提交了规范的实验报告。
五、项目特色或创新 本設計特色是以学生为主体、探究性教学为重点：引导学生在自主学习、研究发现、掌握实验知识方法与技能，综合运用知识：开展探索研究，要求学生理论联系实际解决电路问题的典型案例，通过典型芯片组成的典型电路，让学生用所学理论独立分析故障原因和解决实验中遇到的问题，锻炼、提高了学生的动手能力，激发了学习电子的热情。
参考文献：
[1]秦曾煌.电工学（下）电子技术[M].第五版.北京：高等教育出版社，2003：300-309.
[2]邱关源.电路[M].第四版.北京：高等教育出版社，2003：32-75.
Lantern Circulated Controlling Circuit Based on Integrated Timer 555
—The Curriculum Design Case on Electronic Technology
HU Jun-hai，QI Ji，WANG Ying-nan，ZHU Feng-wu
（The College of Engineering and Technology，Jilin Agricultural University，Changchun，Jilin 130118，China）
Abstract：This is the use of NE555 composed of multivibrator and CD4017 divider to achieve a typical case of Lantern cycle control circuit.NE555 is a commonly used integrated timer，which can be generated by the external circuit pulse width adjustable pulse，this pulse as the trigger signal CD4017.Frequency counter CD4017 through the pin settings，its output in turn to produce high levels，thus sequentially lit led，resulting in water effect.
Key words：integrated circuit；multivibrator；loop control
关键词：集成电路；多谐振荡器；循环控制
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）23-0265-02
一、设计内容、任务与目的
本设计用NE555构成的多谐振荡器的输出脉冲作为分频器CD4017的输入信号，产生彩灯（发光二极管）循环点亮的流水效果，完成彩灯循环控制电路的设计。通过设计来诱发学生的学习兴趣，锻炼学生的动手能力，使学生能够综合运用所学知识，解決实际问题。设计目的如下：（1）掌握NE555集成定时器的工作原理，学习用NE555集成定时器组成多谐振荡器。（2）加深了解十进制计数分频器CD4017的逻辑功能及使用方法。（3）掌握实验方法与技能，学会综合运用知识解决实际问题，并能给出正确解决方法。（4）培养学生实际动手能力以及分析解决问题能力。
二、教学与指导
本设计是锻炼学生能够独立应用所学的NE555集成定时器来构成输出脉宽可调的多谐振荡器，与计数/分频器CD4017一起组成彩灯循环控制电路。既有所学到知识，又有扩展的内容；既结合了理论知识又锻炼了动手能力，是理论与实际相结合的典型案例。指导学生注意以下问题：
1.先组接多谐振荡器。在接线过程中要注意电源的记性以及极性电容的极性不要接反，直到NE555的输出端3脚接的发光二极管闪亮为止，说明振荡电路能输出方波脉冲。之后可以用示波器观察输出脉冲的波形，通过改变可调电位器来改变占空比。
2.在多谐振荡器电路完成后，在组接计数分频器电路来驱动发光二极管电路。注意发光管的排列顺序要按照CD4017依次输出高电平的顺序，否则，发光管的闪动就没有规律，不能形成依次点亮的流水效果。
3.注意所用直流稳压电源、测量仪表以及示波器的正确使用。
三、电路原理及方案
（一）芯片引脚及功能
芯片NE555的引脚如图1所示。
芯片CD4017的引脚如图2所示。
CD4017引脚功能：
CD4017内部是计数器及二—十进制译码电路。
CD4017有16支脚，除VCC（Pin16）及GND（Pin8）为电源接脚（输入电压范围为3–15V），其余接脚为：
A、频率输入脚：CLK（Pin14），为频率信号的输入脚。
B、数据输出脚：
a、Q0-Q9（Pin3，2，4，7，10，1，5，6，9，11），为解码后的十进制输出接脚，被计数到的值，其输出为Hi，其余为Lo电位。
b、CO（Pin12），进位脚，当4017计数10个脉冲之后，CO将输出一个脉波，代表产生进位，共串级计数器使用。
C、控制脚：
a、RST（Pin15）：清除脚或称复位脚，当此脚为Hi时，会使CD4017的Q0为”1”，其余Q1-Q9为”0”。
b、/ENA（Pin13），时序允许脚，当此脚为低电位，CLK输入脉波在上升沿时，会使CD4017计数，并改变Q0-Q9的输出状态。
（二）电路原理
电路原理图如图3所示。
多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。由555定时器和外接元件构成多谐振荡器，腳2和脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路不需要外接触发信号，电源通过电阻向电容充电，以及电容通过电阻向放电端6脚放电，使电路产生振荡。电容在■U■和■U■之间充电和放电，从而在输出端产生一系列的矩形波。
接通电源后，输出假定是高电平，则T截止，电容C充电。充电回路是VCC—R1—R2—C—地，按指数规律上升，当上升到2Vcc/3时（TH、端电平大于Vc），输出翻转为低电平。Vo是低电平，T导通，C放电，放电回路为C—R2—T—地，按指数规律下降，当下降到Vcc/3时（TH、端电平小于Vc），输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡。
十进制计数器/分频器CD4017，其内部由计数器和译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是Q1、Q2、…、Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。
由此可见，当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。输出高电平的顺序分别是引脚：3、2、4、7、10、1、5、6、9、11，这样使发光二极管依次发光，形成流水效果。若要改变彩灯的闪光速度，可调节电位器。
四、设计报告及考核要求
设计报告书写要求：（1）画出集成定时器NE555和计数分频器CD4017的引脚图，并注明各个引脚的功能。（2）画出彩灯循环控制电路的原理图，叙述其工作原理。（3）对在实验过程中遇到的问题及解决方法做以总结，并分析产生问题的原因。（4）实验心得体会及其他。
主要考核三方面：实验前是否认真预习，是否写出了满足要求的预习报告，是否回答出指导教师的提问。实验中是否独立完成了实验内容，是否独立分析出故障原因和解决了实验中所遇到的问题。实验后是否按时提交了规范的实验报告。
五、项目特色或创新 本設計特色是以学生为主体、探究性教学为重点：引导学生在自主学习、研究发现、掌握实验知识方法与技能，综合运用知识：开展探索研究，要求学生理论联系实际解决电路问题的典型案例，通过典型芯片组成的典型电路，让学生用所学理论独立分析故障原因和解决实验中遇到的问题，锻炼、提高了学生的动手能力，激发了学习电子的热情。
参考文献：
[1]秦曾煌.电工学（下）电子技术[M].第五版.北京：高等教育出版社，2003：300-309.
[2]邱关源.电路[M].第四版.北京：高等教育出版社，2003：32-75.
Lantern Circulated Controlling Circuit Based on Integrated Timer 555
—The Curriculum Design Case on Electronic Technology
HU Jun-hai，QI Ji，WANG Ying-nan，ZHU Feng-wu
（The College of Engineering and Technology，Jilin Agricultural University，Changchun，Jilin 130118，China）
Abstract：This is the use of NE555 composed of multivibrator and CD4017 divider to achieve a typical case of Lantern cycle control circuit.NE555 is a commonly used integrated timer，which can be generated by the external circuit pulse width adjustable pulse，this pulse as the trigger signal CD4017.Frequency counter CD4017 through the pin settings，its output in turn to produce high levels，thus sequentially lit led，resulting in water effect.
Key words：integrated circuit；multivibrator；loop control