流水灯设计报告
目 录
前 言 .......................................................................... 2 第一章 多功能流水灯的设计方案 .......................... 3
1.多功能流水灯的设计方案及框图........................................................................................ 3
1.1 基本要求设计方案 ................................................................................................... 3 1.2 提高设计方案 ........................................................................................................... 3 1.3 设计框图 ................................................................................................................... 4
第二章 多功能流水灯设计方案单元模块电路设计4
2.多功能流水灯电路的设计 ................................................................................................... 4
2.1 多功能流水电路 ..................................................................................................... 4 2.2 多功能流水灯的提高电路........................................................................................ 5
第三章 试验的调试与分析 ...................................... 7 第四章 结论 .............................................................. 8 后 记 .......................................................................... 8 参考文献 ........................................................................ 9 附 录 .......................................................................... 9
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前 言
随着社会的不断发展，人民生活水平的提高，流水灯在现实生活中所起的作用越来越重要。流水灯简易轻巧，外貌美观，能呈现多彩的颜色。在现实生活中起到了广泛的应用。在繁忙的交通路段，伞烁着的流水交通灯，提醒着人民要遵纪交通规则，在繁忙的大街上，伞烁的流水灯无不吸引过路人的眼球，甚至在自动门上都装有自动流水灯，告诉人们的时间和日期。流水灯无处不在。所以说多功能流水灯电路的设计可以使我们进一步了解流水灯，感受流水灯给我们生活带来的方便。
多功能流水灯的设计要求在预定的时间到来时，会产生一个控制信号控制彩灯的流向、间歇等，彩灯流向可以随着电路的改变而改变，并具有自控、手控、流向控制功能等。主要参考数字电路中计数器的原理。NE555定时器的作用等相关知识在设计的过程中需要了解相关芯片（CD4017、NE555）的具体功能，引脚值、引脚图、真值表。认真连接设计电路，由于最后流水灯的流向十分的清晰和稳定，所以所得的结果测试十分简洁并且很成功。
经过资料的查阅，小组的讨论，以及几种方案的比较，选定方案参考如下： 整个流水灯的电路由振荡电路、译码电路和光源电路组成，振荡电路的组成包括3个电容、一个电阻器和一个继电器及NE555定时器构成。译码电路的组成包括芯片CD4017。光源电路的组成包括若干电阻个若干二极管。
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第一章 多功能流水灯的设计方案
1.多功能流水灯的设计方案及框图 1.1 基本要求设计方案
1) 设计一个多功能彩灯流水控制电路。其主要部分实现定时功能，即在预定的时间到来时，将如何产生一个控制信号控制彩灯的流向、间歇等。
2) 通过利用中规模集成电路中可逆计数器、译码器和定时器来实现正逆流水功能，并利用组合电路实现自控、手控、流向控制等功能。 1.2 提高设计方案
1) 本次设计的电路只具有单向流水的功能，即正向流水和逆向流水两个功能，可以通过改变电路来实现多向流水的功能，即流水灯的流向可以通过电路的改变而改变。
2) 本次设计的流水灯电路只使用了一个芯片CD4017，可以通过增加芯片CD4017的个数，使流水灯的流向更加美观。
3) 在考虑流水灯单向和多向流水的功能的同时，可以采用更多的CD4017芯片和发光二极管来实现流水灯的闪烁，即由流水灯组合成各种图案，在流水灯发光的同时，闪烁各种美观旋律的图案。 1.3 设计框图
基本原理设计框图如下图(1)所示
电源 定时器 十进制计数器/分频器 光源电路
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第二章 多功能流水灯设计方案单元模块电路设计
2.多功能流水灯电路的设计 2.1 多功能流水电路
原理电路图
设计的多功能流水灯原理电路图如上图所示。原理电路图由振荡电路、译码电路和光源电路三部分组成。在设计电路时，本次选用的脉冲发生器是由NE555与R2、R3及C3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RP进行调节。由于RP的阻值较打，所以有较大的速度调节范围。灯光流动控制器由一个进制计数脉冲分配
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。12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6个发光二极管按照接通回路的顺序依次发光，形
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成流动发光状态，即实现正向流水和逆向流水的功能。
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电源电路采用电容降压，二极管整流和稳定管稳压的供电方式，直流工作电压由稳压管的稳压值决定。本次设计电路所采用的电源为5V。
2.2 多功能流水灯的提高电路
在2.1中本次所讨论的多功能流水灯的电路时单向流动的，而在现实生活中，这种电路往往不能满足社会要求，所以本文对2.1中的电路进行了改进，实现了流水灯多向流动的功能。图(3)所示即为多功能流水灯的电路图。
图（3） 提高电路-1
电路的工作原理与2.1中电路的工作原理完全相同，只是流水灯的流向发生了改变。在图(3)电路中留水灯的流向为：CD4017的3，2，4，7，10，1脚的高电平使6个发光二极管依次向右发光。5，6，9脚的高电平使6个发光二极管由中心向两边散开发过。此电路仅仅考虑了流水灯的多向流动功能，且发光二极管的个数有6个，从而使得整个电路比较单调。得出的结果也只是单个二极管的发光，并没有考虑到多个二极管的同时发光。本次为了弥补这个缺陷，作了进一步的改进，采用2个CD4017芯片和多个二极管实现多个发光二极管的同步多向流动功能。设计如图(4)所示。
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图(4)电路的工作原理与2.1中的电路工作原理也完全相同，只是增加了CD4017和发光二极管的个数，在图(4)电路中流水灯的流向为：
为此实现了流水灯的多向多个同时发光的流水功能。当然，这些电路只是在现有设备中所能完成设计的。当电路设备的逐步庞大，本文还可以设计更复杂、更美观的电路。 试验的调试与分析
在完成电路设计及电路连接进行试验结果测试之前，我们还应当首先完成以下步骤：
图（4） 提高电路-2
图(4)电路的工作原理与2.1中的电路工作原理也完全相同，只是增加了CD4017和发光二极管的个数。在图(4)电路中流水灯的流向为：上下两排流水灯同时发光，上排的发光二极管先从左边依次向右边发光，再从中间依次向两边发光；下排的发光二极管先从右边依次向左边发光，再从两边依次向中间发光。整个过程都在同一时间内进行，从而实现了多功能流水灯的多向多个同时发光的流水功能。
当然，这些电路只是在现有设备中所能完成设计电路功能的。当电路设备的逐步庞大，本文还可以设计更复杂、更美观的流水电路。
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第三章 试验的调试与分析
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。当按下电源，流水灯可以正常顺畅的流动，
完成上述步骤后，接通电源，实现现象为：
在电路没有改进之前，流水灯只有正向和逆向的流水功能，在电路改进之后，流水灯具有正向和中间向两边的多向流水功能，进一步改进电路之后，流水灯具有多向多个同步流水功能， 测试并分析：
电路连接后，试验现象均正常，在控制流水灯的正个过程中，CD4017的输出端起到至关重要的作用，用CD4017的输出端Q0~Q9将输入脉冲按输入顺序依次分配，同过电阻将脉冲传送给发光二极管，使发光二极管发光。在控制流水灯的流向同时只要改变电阻与发光二极管的链接顺序即可，且各种发光方式可按自己需要进行具体组合。至此，多功能流水灯的设计，调试与试验成功。
第四章 结论
1.经过不断地检查、调试与分析。成功的完成了多功能流水灯的基本要求和部分的提高要求，得出正确的实验现象，接通电源，电路可以实现单向的正、逆流水功能。多向的，可正向以中间向两边的流水功能，多向多个同步进行的流水功能。
2.在试验的检查调试当电路出现问题，不能实现相应功能的时候，应当细心的检查电路，通过组员之间的共同讨论，分析和研究，找出电路故障的所在，从而改进电路，实现相应的功能。
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3.我认为，多功能流水灯的设计课题参考了对数字逻辑电路知识的理解和应用。如试验中的十进制脉冲分配器CD4017和NE555定时器的应用，进一步强化和巩固了理论知识的学习。理论和实践相结合，从而更好的掌握了所学的知识，达到学为所用的目的。
4.在实际的生活中，流水灯的使用十分普遍，掌握多功能流水灯的设计是当代大学生走向社会的实践基础，为以后设计更复杂更美观的流水灯作好铺垫。
后 记
数字逻辑的课程设计是一门很具有挑战性的实践课程。在一个星期的课程设计中，我学到了很多并且掌握了更多的理论知识，在没有课程设计之前，一直认为数字逻辑的课程设计会很复杂，不是很容易，但真正在一步步做的时候，就觉得不是那么的难，从初始的点滴到实验的成功，让我从中所获得的知识及实践技能的宝贵财富。
当老师布置完题目时，我和我的同伴幸运地选到了第一题，刚开始做流水灯的时候，通过图书馆即网上查找的相应资料。经过我们的互相讨论和研究，我们终于设计出了原理图，同时也让我认识到了团队的力量，没有团队的共同合作时很难完成实验。在5天的课程设计中，我们不仅提前了流水灯的设计，更扩展了电路，使流水灯的流向可以自己意愿控制，在整个过程中，我不仅巩固了理论知识，还在老师的精心指导下，实践技能也得到了很大的提高，同时也更好的培养我和组员之间的默契。通过这次的课程设计让我学到了很多，虽然这只是我人生当中的一个小小的经历，但它却让我懂得了更多在课堂上学不到的知识，相信通过这次的实践和自己以后的不断努力和探索，终究会一步步走向未来的成功。
参考文献
1. 韩广兴. 电子原器件与实现电路基础. 北京：电子工业出版社. 2005年.
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2.王毓银.数字电路逻辑设计（脉冲与数字电路 第三版）.高等教育出版社.1999
3.高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社.2002 4.孙人杰.电路数据手册TTL电路.电子工业出版社.19
5.《中国集成电路大全》编写委员会.中国集成电路大全TTL集成电路.北京国防工业出版社.1985
附 录
附录1：元件清单
序号 1 2 3 4 5 编号 CD4017 NE555 LED Rp R2 名称 十进制计数器 脉冲发生器 发光二极管 电位器 2K 数量 3 1 18 1 1 序号 6 7 8 9 10 编号 R4 ~ R15 R16 ~ R17 C2 C3 C4 名称 1K 1K 100uf 3.3uf 0.1pf 数量 12 12 1 1 1 附录2：CD4017的逻辑功能表和内部框图及引脚图 CD4017的逻辑功能表：
输入 CP INH CR H Q0 ~ Q9 Q0 输出 CO 计数脉冲为 Q0 ~ Q4时：
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L L L L L L L 计数 CO = H H L H 保持 计数脉冲为 Q5 ~ Q9时： CO = L
CD4017的内部框图及引脚图:
附录3：NE555的逻辑功能表和内部框图 NE555的逻辑功能表：
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置位 S- <=1/3 VCC >=1/3 VCC 任意 复位 R 任意 >=2/3 VCC 任意 强复位 MR- H H L 输出 Q H L L 输出 Q- OFF ON On NE555的内部框图：
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