2024年4月26日发(作者：ie网页浏览器)

目录

摘 要...............................................................1

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第一章 绪论.........................................................2

1.1 流水灯背景...................................................2

1.2 流水灯的目的及意义...........................................2

第二章 基础芯片介绍..................................................2

2.1 555振荡电路原理 .............................................2

2.2 CD4017译码电路原理 ..........................................3

2.3章节小结 .....................................................4

第三章 设计方案.....................................................5

3.1 总体设计方案.................................................5

3.2 章节小结.....................................................6

第四章 系统软件设计..................................................6

4.1 用proteus绘制仿真图.........................................6

4.2 用DXP画原理和PCB图.........................................6

4.3 实物PCB电路板制作...........................................7

4.4 整理制作过程视频.............................................8

4.5 章节小结.....................................................8

第五章 系统调试与测试................................................9

5.1 系统调试.....................................................9

5.2注意事项 .....................................................9

5.3测试结果 .....................................................9

5.4章节小结 ....................................................10

第六章 总结与展望...................................................11

第七章 谢辞......................................... 错误!未定义书签。

附件................................................................12

555流水灯原理图 ............................................12

555流水灯PCB图 ............................................12

摘 要

该创新实验是完成流水灯的制作，通过结合NE555芯片以及CD4017芯片，制

作出简易流水灯的过程，并将整个制作流程录制下来。

利用会声会影软件完成制作录像的剪辑，形成视频讲解整个制作流程，本次

制作使的是覆铜板，即设计好原理图后用DXP画图软件绘制好电路图。结合CD4017

芯片的功能，将其与555芯片联合使用，从而实现流水灯的效果。利用dxp软件，

进行pcb画图，经过一系列操作完成作品。

本次设计，我充分了解了CD4017和NE555芯片的使用，对于如何实际、制作

电路也有了理性上的认识，对于今后的对于新知识的学习以及各种芯片的运用有

了提高。

关键字：

555芯片 CD4017芯片 DXP画图软件 会声会影X5

Abstract

The innovative experiment is finished running lights, through a combination of

NE555 chip and CD4017 chip, made simple water lights and the

process recorded video clips, completed by Ulead Video Studio software, forming a

video to explain the production process, the production that is the CCL, namelygood

design principle diagram after using DXP drawing the circuit diagram drawing

software. Combined with the CD4017 chip's function, the combined with 555 chips, so

as to achieve water lamp effect. Using DXP software, PCB drawing, after a series

of operations to complete works.

This design, I fully understand the use of CD4017 and NE555 chips, to

actually,making circuit also have a rational understanding, for the future to learn new

knowledge and various chips use has increased.

Keywords:

555 chip CD4017 DXP drawing software, video

studio X5 .

1

第一章 绪论

1.1 流水灯背景

当今的社会是一个新技术层出不穷的时代，科技迅速发展，在电子领域的发

展更是迅速，同时也在影响着我们的生活。随着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。例如：在人流拥挤繁忙的交通路段，闪烁着

的流水交通灯，提醒着我们要遵纪交通规则，在霓虹闪烁的繁华大街上，闪烁的

流水灯无不吸引过路人的眼球，甚至在一些大型商场大厦的自动门上都装有自动

流水灯，告诉人们的时间和日期。基于这些，我们此次进行了流水灯的制作。

1.2 流水灯的目的及意义

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LED灯的

流向、间歇等，LED灯流向可以随着电路的改变而改变，并具有自控、手控功能

等。主要参考数字电路中计数器的原理。利用555芯片以及计时器cd4017实现流

水灯功能。

其目的是让我们熟悉了解各芯片的功能作用，学会使用dxp，利用其进行pcb

画图，学会使用会声会影软件，进行视频制作和剪辑，进一步加强大家的动手实

践能力。

第二章 基础芯片介绍

2.1 555振荡电路原理

NE555时基电路组成振荡电路，如图1所示：电源VCC通过电阻R1、RV2向电容

C2充电，当充电到一定程度后，2、6脚电压升高，当2、6脚电压升高到2/3VCC后，

3脚输出为低电平，7脚对地呈低阻态，电容C1通过电位器和7脚对地放电，当放电

至使2、6脚电压低于1/3VCC时，3脚输出为高电平，7脚对地呈高阻态，VCC通过RV2

又开始对电容C2充电，周而复始。通过调节RV2的阻值，可以改变电容充放电的时

间常数从而改变3脚输出脉冲的频率。

2

图1 NE555芯片引脚图

2.2 CD4017译码电路原理

译码电路由一块CD4017芯片组成。如图2所示：该芯片有3个输入端（2个时钟

输入端CP的14脚和EN的13脚与复位端Cr的15脚）。有10个输出端Q0～Q9（依次

为3脚、2脚、4脚、7脚、10脚、1脚、5脚、6脚、9脚、11脚）。还有一个进位端CO，

其功能是：当复位端Cr加上高电平和正脉冲时，输出端Q0为高电平，其余9个输出

端Q0～Q9均为低电平。时钟输出端CP对输入时钟脉冲的上升沿计数，EN则对时钟

脉冲的下降沿计数。Q0～Q9这10个输出端的输出状态分别与输入的时钟个数相对

应。如从0开始计数，则输入到第1个时钟脉冲时，Q1就变成高电平，输入第2个时

钟脉冲时，Q2变成高电平……直到输入第10个时钟脉冲，Q0变为高电平。同时，进

位端C0就输出一个进位脉冲，作为下一级计数的时钟信号。Cr为复位端，也为清

零端。当Cr输入高电平时，电路复位，即输出端Q0为高电平，Q1～Q9为低电平。

如此反复，只要NE555芯片的3脚送来的二进制信号不消失，CD4017芯片将二进制信

号转换为十进制信号的计码工作就会反复进行下去。调节可变电阻RV2便可改变振

荡电路的频率，反映在CD4017芯片输出端则是流动的速率。

3

图2 CD4017芯片引脚图

2.3章节小结

在本章节，我认识并且学习了CD4017这款芯片，同时温习了上学期所学习的

NE555，将两者结合起来，构成了一个流水灯,在接触一款新的芯片时，要学会如何

检索资料，如何运用该款芯片，最终形成电路图。

4

第三章 设计方案

3.1 总体设计方案

此次设计流水灯的思路如下图3所示：

调节点位器旋钮

，控制其流水速

度

555振荡电路及CD40

17译码 电路结合

控制开关，调控

流水灯的关和灭

将灯摆出一定的形

状，达到更美观的

效果

图3 总设计流程图

根据该思路，结合两个基本电路的原理绘制出图4的原理图：

图4 流水灯原理图

通过555振荡电路以及译码电路实现流水灯效果，通过调节RV2，进而调节流

5

水灯的流速。开关则是复位作用，通过开关的开和关，控制流水灯的关和灭。在

图形设计下，采用的是心形流水灯。

3.2 章节小结

本章主要涉及的是电路图的设计，通过对两款芯片的巧妙结合，利用

循环形成流水的效果。

NE555

芯片的震荡电平变化以及CD4017的逐个电平输出，来实现依次点亮每个灯，往复

第四章 系统软件设计

4.1 用proteus绘制仿真图

打开软件，新建一个New Design，选左边工具栏第二个图标，点P，选元件，

放置元件，连接起来。连接好电路图后，进行仿真操作。

4.2 用DXP画原理和PCB图

1、新建工程

打开protel软件后，点击file，选择new，完成Protel工程的新建。

2、原理图环境设置

打开后缀名为sch的原理图文件后，单击右键，分别选择Document Options

和Preferences，进行环境设置。

在Protel绘图中，为了使电路图看起来更加整洁、美观，常常会要求使用统

一的线型、线色。因此，我们在绘图之前便应该对绘图（如自行绘制的元器件所

用的线）和电气连线（元件间的连线）进行统一设置。步骤如下：选择Preferences

中的Default Primitives，双击红圈中的Bus，将Bus Width（线宽）设置为small，

Color（线色）设置为黑色。同理，对其它相关选项进行设置。注：Junction的

线宽设置为Smallest。

3、元件库环境设置

6

打开后缀名为Lib的文件，单击右键.然后选择Document Options，进行元件

库的环境设置。

4、电气检查和网络链表的生成

（1）选择Tools——Annotate，再点击OK，可完成对元器件的自动编号；

（2）选择Tools——ERC，再点击OK，即可完成电气检查，看电路中是否存在

电气错误；

（3）选择Design——Create Netlist，再点击OK，创建网络链表。

5、添加封装

双击原理图中的元件，在Footprint中为所选元件添加封装，在没有实物的

前提下，一般选择较为常用的封装。而这种逐个添加封装的方式是极其麻烦的，

故最好在绘制元器件的时候，便为其添加封装。即在元件库左侧的Description

中为其添加相应的Foot print，这样便只需在绘图完成后对部分封装进行修改了。

6、PCB 绘图

在所有的封装都添加完成之后，便要开始绘制PCB板。首先在如图1.5示的

对话框中选择新建一个PCB Document，即PCB原理图文件。然后进行环境设置。

注意：只能在Keep outlayer绘制边界，而连线则需在Top Layer和Bottom Layer

这两层中。在原理图中生成的网络表是PCB板与原理图之间的桥梁。所以，原理

图中的封装要与PCB相符合。首先导入网络表，点击Design中的Load NETS.导

入时会弹出对话框，单击BROWSE找到相应的网络表。如果出现错误则返回原理图，

查看所有元件是否封装、元件的引脚与PCB中封装的引脚号是否一致以及确认各

处是否连接正确。若无错误，导入网络表后软件就会将PCB元件自动导入，然后

再进行布局。布局的时候，注意各个元件之间的连接关系，不可随意摆布，应尽

量将有连接关系的元件靠近，相同的原器件尽量保持对称，从而保证整个布局的

美观与合理性。 布局完了之后，可以通过软件进行自动连线。点击AUTO ROUTE

中的ALL，出现对话框，点击ROUTE ALL即可。当然自动布线存在的缺陷很多，

为了使布线更加美观且符合实际要求，最好是手动布线，即便是自动布线了，也

一定要在导入网络链表布线后进行手动调整。

注意：连线不能出现90度的拐角，一般是45度和135度，电源线和地线要比信

号线粗。

4.3 实物PCB电路板制作

1、打印电路板。将绘制好的电路板用转印纸打印出来，注意滑的一面面向

自己，一般打印两张电路板，即一张纸上打印两张电路板。在其中选择打印效果

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最好的制作线路板。

2、裁剪覆铜板,用感光板制作电路板全程图解 。覆铜板，也就是两面都覆有

铜膜的线路板，将覆铜板裁成电路板的大小，不要过大，以节约材料。

3、预处理覆铜板。用细砂纸把覆铜板表面的氧化层打磨掉，以保证在转印电

路板时，热转印纸上的碳粉能牢固的印在覆铜板上，打磨好的标准是板面光亮，

没有明显污渍。

4、转印电路板。将打印好的电路板裁剪成合适大小，把印有电路板的一面贴

在覆铜板上，对齐好后把覆铜板放入热转印机，放入时一定要保证转印纸没有错

位。一般来说经过2-3次转印，电路板就能很牢固的转印在覆铜板上。热转印机

事先就已经预热，温度设定在160-200摄氏度，由于温度很高，操作时注意安全。

5检查是否存在断线，如有断线，则可用油性笔修复电路。

6、腐蚀线路板,回流焊机。先检查一下电路板是否转印完整，若有少数没有

转印好的地方可以用黑色油性笔修补。然后就可以腐蚀了，等线路板上暴露的铜

膜完全被腐蚀掉时，将线路板从腐蚀液中取出清洗干净，这样一块线路板就腐蚀

好了。腐蚀液一般为三氯化铁，具有强腐蚀性，操作时一定注意安全。

7、线路板钻孔。线路板上是要插入电子元件的，所以就要对线路板钻孔了。

依据电子元件管脚的粗细选择不同的钻针，在使用钻机钻孔时，线路板一定要按

稳，钻机速度不能开的过慢，请仔细看操作人员操作。

8、线路板预处理。钻孔完后，用细砂纸把覆在线路板上的墨粉打磨掉，用清

水把线路板清洗干净。水干后，用松香水涂在有线路的一面，为加快松香凝固，

我们用热风机加热线路板，只需2-3分钟松香就能凝固。

9、焊接电子元件。焊接完板上的电子元件，通电。

4.4 整理制作过程视频

制作过程中组员分工合作，一人制作，一人拍摄，一人讲解，记录制作过程

完整的步骤，最后用会声会影X5软件整合与加工视频。

4.5 章节小结

通过本章的学习，加强了对绘制原理图、PCB图的理解与运用，将原理图形

成现实中的覆铜板电路图，这才是学习的重点，为以后电路的制作打下了坚实的

基础。

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第五章 系统调试与测试

5.1 系统调试

问题一： 灯闪了几次就灭了

由于线的半径小了，在转印的时候没有完全转印，导致有路线断了，通过焊

锡丝连接电路，解决问题一。

问题二： 频率闪烁太快

由于电阻，电容设计不合理，导致闪烁频率太快，通过更换电阻，电容，调

节滑动变阻器，使频率闪烁合理。

问题三 ：灯亮不稳定

由于接地不合理，导致灯不稳定。

5.2注意事项

1.布线的时候，线规格的选择要合理，太细了，会导致腐蚀的不成功。

2.线与线之间的距离设置的要合理。

3.布局要合理，避免线重叠。

4.覆铜时，面积覆铜要大。

5.转印和腐蚀要完全，否则pcb板铜线会有残缺，达不到预期中的效果。

6.打孔时，对准孔。

5.3测试结果

1.连接电源，灯亮，呈现流水效果，如图5所示：

9

图5 流水灯实物图

2.调节电位器旋钮，流水速度加快，最快时几乎全亮，如图6所示：

图6 流水灯加速图

5.4章节小结

电路的调试往往是完成一次任务最困难的环节，这个调试过程中，需要仔细

检查自己的原理图是否有误，制作出的电路板的线路是否有问题，可能有线断了，

也可能有线短路了，芯片插反了，元器件烧了等各种原因。

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第六章 总结与展望

总结本次创新实践环节1，自己收获到的真的很多。

首先学会了当我们遇到一款没接触过的芯片时，该如何查找资料熟练掌握它

的特性，每个管脚的功能，以及如何将不同的芯片结合起来形成电路图。

其次，我还学会了使用Protel、DXP和会声会影软件的使用，这些在以后的

学习生活中都是非常有用的。

最后便是如何将电脑上的电路图变成现实中的电路图，这就是覆铜板的制作

过程啦。

当然，我还发现了许多不足之处，包括创新点的实现，我在流水灯中加入了

一个电位器，可以通过旋转电位器旋钮来改变555的电平输入快慢，进而可以达

到对流水灯流水速度的变化。

从最开始的学习到实践这个过程是困难的，但是之后会发现，不仅能力得到

了提高，自己明白了团队合作的意义同时更意识到书本上学到的只是理论上的，

能够将理论运用于实践才是重要的，也是我大学真正要学习的。

这次的实习同时也表明，任何的实践活动，都不可能闭门造车，是必须去吸

取前人的实践经验，这就要求在课程设计的过程中，从网络上，从图书馆，借寻

相关资料书籍等，有力地指导课程设计。通过这次创新作业，我拓宽了知识面，

锻炼了能力，综合素质得到较大提高。在未来的学习生活中，我也相信我能够做

的更好，每天进步一点点，和昨天的自己比较一下，认真总结，迟早有一天会变

得优秀。

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附件

555流水灯原理图

图8 555流水灯原理图

555流水灯PCB图

图9 555流水灯PCB图

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555流水灯工作流程图

开始

接通5V电源

电位器是否

调节

是

NE555输出

电平变化

LED灯流水

速度不变

LED灯流水

速度加快

结束

图10 555流水灯工作流程图

参考文献

[1].吉雷主编. Protel99 从入门到精通. 西安电子科技大学出版社，2000.10

[2].康华光主编. 电子技术基础（模拟部分第五版）.高等教育出版社, 1999.6

[3].康华光主编. 电子技术基础（数字部分第五版）.高等教育出版社, 2005.7

[4].孙余凯等编著.电子元件检测.选用.代换手册.电子工业出版社，2007.5

[5]杨刚，周群.《电子系统设计与实践》[M]. 北京：电子工业出版社，2004.1，

7-5053-9593-9.

[6]唐程山.《电子技术基础》[M]. 高等教育出版社, 2004.4，978-7-04-014657-8

[7]赵保经等. 《中国集成电路大全TTL集成电路分册》[M].北京：国防出版社，

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[8]王松武,于鑫，武思君.《电子创新设计与实践》[M]. 国防工业出版

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