方案一
1．课题分析
此电路主要由三部分组成，其整体框图如图5-1所示。
图5-1彩灯循环控制器电路框图 图5-2 555定时器组成的振荡器
2．方案论证与实现
（1）振荡电路
主要用来产生时间基准信号（脉冲信号）。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，电路如图5-2所示。
（2）计数器／译码分配器
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O0、O1、O2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。
CD4017有3个输（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1～O9）均为低电平。CP0和～CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。
CD4017有10个输出端（O0～O9）和1个进位输出端～O5-9。每输入10个计数脉冲，～O5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。
由此可见，当CD4017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。
CD4017的管脚分布图如图5-3所示。
图5-3 CD4017的管脚分布图 图5-4 CD4017与发光二极管组成的显示电路图
（3）显示电路
主要由发光二极管组成，如图5-4所示。当CD4017的输出端依次输出高电平时,驱动发光二极管也依次点亮，产生一种流动变化的效果。发光二极管要求驱动电压小一点，一般在1.66 v左右，电流在5 mA左右。彩灯的循环速度由脉冲源频率决定。R、C构成微分电路，用于上电复位。如有兴趣也可以把发光二极管换成各种颜色的彩灯，这样循环起来就更加好看了。
整机电路如图5-5所示。
图5-5 方案一整机电路图
3．PCB图设计与生成
（1）由整机电路图直接生成网络表。
（2）调用Protel PCB，并进行元器件合理布局。
（3）调用网络表，并自动布线。
（4）PCB图的人工调整及打印输出。
设计完成的PCB图如图5-6所示, 如图5-7所示整机电路PCB 3D效果图。
图5-6 整机电路PCB图 图5-7整机电路PCB 3D效果图
彩灯循环控制器设计与制作(例1)元器件清单
元件
特征
数量
位置
0.01uF
独石电容
1
C2
10KΩ
3329
1
R3
10uF
25V
1
C1
1KΩ
1/4W
2
R1、R2
1uF
25V
1
C3
300Ω
1/4W
1
R4
CD4017
DIP16
1
U2
NE555
DIP8
1
U1
CON2
SIP2
1
J1
LED
Φ5发光二极管
10
LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、
LED6、LED7、LED8、LED9、LED10
IC管座
DIP16
1
U2
IC管座
DIP8
1
U1
2芯电源线
线径0.15红色、黑色各30CM
1
J1
彩灯循环控制器设计与制作(例1)电路板
1
彩灯循环控制器设计与制作(例1)
（表5-1）实验元器件清单
方案二
1．电路组成
该循环钚控制电路由555定时器、同步4位二进制计数器74HCl63和4线-16线译码器／分配器74HCl54组成。如图5-8所示。
2．电路原理与实现
电路中555定时器组成多谐振荡器，输出一定频率的矩形脉冲。74HCl63是同步4位二进制计数器，当输入周期性脉冲信号时，其输出为二进制数形式，并且随着脉冲信号的输入，其输出在0000-1111之间循环变化。通过4线-16线译码器74HCl54，其16条输出线按照74HCl63所加的二进制数依次变成低电平，哪条输出线为低电平，与它相连的发光二极管就亮。因任一时刻，只有1个发光二极管亮，故所有16个发光二极管只接1个限流电阻。该电路的16个发光二极管若组成一个环状，则发光二极管依次点亮时，就像一个光环在滚动一样，可用在灯光布置或装饰上。其整体电路设计如图5-8所示，图中使用了两条总线Bus1和Bus2，使电路连线简单、清晰。
图5-8方案二整机电路图
3．PCB图设计与生成
（1）由整机电路图直接生成网络表。
（2）调用Protel PCB，并进行元器件合理布局。
（3）调用网络表，并自动布线。
（4）PCB图的人工调整及打印输出。
设计完成的PCB图如图5-9所示, 如图5-10所示整机电路PCB 3D效果图。
图5-9 整机电路PCB图 图5-10整机电路PCB 3D效果图
彩灯循环控制器设计与制作(例2)元器件清单
元件
特征
数量
位置
0.01uF
独石电容
1
C2
10KΩ
3329
1
R3
10uF
25V
1
C1
1KΩ
1/4W
2
R1、R2
300Ω
1/4W
1
R4
74HC154
DIP24
1
U1
74LS163
DIP16
1
U2
NE555
DIP8
1
U3
CON2
SIP2
1
J1
LED
Φ5发光二极管
16
LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7、LED8、LED9、LED10、LED11、LED12、LED13、LED14、LED15、LED16
IC管座
DIP24
1
U1
IC管座
DIP16
1
U2
IC管座
DIP8
U3
2芯电源线
线径0.15红色、黑色各30CM
1
J1
彩灯循环控制器设计与制作(例2)电路板
彩灯循环控制器设计与制作(例2)
（表5-2）实验元器件清单
方案三
1．电路组成
该电路由555定时器、12位二进制计数器CD4040和3位二进制译码器74LS138组成。如图5-11所示。
2．电路原理与实现
CD4040是12位异步二进制计数器，它仅有2个输入端，即时钟输入端CP和清零端CR。输出端为Q1-Q12.当清零端CR为高电平时,计数器输出全被清零;当清零端CR为低电平时,在CP脉冲的下降沿完成计数。
74LSl38是3线-8线译码器,具有3个地址输入端A2、A1、A0和3个选通端S1、S2、S3以及8个译码器输出端Y0~Y1。
用555定时器组成多谐振荡器，输出频率为f=101Hz。由CD4040分频后，高3位Q12、Q11、Q10的输出分别接在74LSl38译码器的A2、A1、A03端。每隔t＝512/f≈5s的时间，A0。变化一次，每隔约10 s的时间A1变化一次，每隔15s的时间A2变化一次,从而使其输出端Y0~Y7驱动的发光二极管顺序循环亮与灭。
图5-11方案三整机电路图
3．PCB图设计与生成
（1）由整机电路图直接生成网络表。
（2）调用Protel PCB，并进行元器件合理布局。
（3）调用网络表，并自动布线。
（4）PCB图的人工调整及打印输出。
设计完成的PCB图如图5-12所示, 如图5-13所示整机电路PCB 3D效果图。
图5-12 整机电路PCB图 图5-13整机电路PCB 3D效果图
彩灯循环控制器设计与制作(例3)元器件清单
元件
特征
数量
位置
0.01uF
独石电容
1
C2
0.47uF
独石电容
1
C1
10KΩ
1/4W
2
R1、R2
300Ω
1/4W
1
R3
NE555
DIP8
1
U1
74LS138
DIP16
1
U3
CD4040
DIP16
1
U2
CON2
SIP2
1
J1
LED
Φ5发光二极管
8
LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7 、LED8
IC管座
DIP8
1
U1
IC管座
DIP16
1
U3
IC管座
DIP16
U2
2芯电源线
线径0.15红色、黑色各30CM
1
J1
彩灯循环控制器设计与制作(例3)电路板
彩灯循环控制器设计与制作(例3)
（表5-3）实验元器件清单
参考资料：http://wyh882004.blog.hexun.com/4141580_d.html