基于555流水燈電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　1.引言

　　繁華的都市，當(dāng)夜幕降臨時(shí)，五繽紛的彩燈燈便亮了起來，點(diǎn)亮這個(gè)黑暗的世界，給人民生活增添一點(diǎn)情趣，而流水燈是其中的角色之一。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，控制彩燈的電路不斷更新，這里主要介紹由555定時(shí)器構(gòu)成的流水燈控制電路。

　　2.555定時(shí)器

　　2.1 555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖1所示）：

　?。?）分壓器

　?、?腳懸空時(shí)。

　?、?腳外接控制電壓時(shí)。

　?。?）電壓比較器

　　電壓比較器C1和C2是兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的理想運(yùn)算放大器。比較器有兩個(gè)輸入端，分別用1和0表示相應(yīng)輸入端上所加的電壓，用表示比較器的比較結(jié)果（1代表高電平，0代表低電平）。

　?。?）基本RS觸發(fā)器

　?。?）放電三極管

　　V1是一個(gè)集電極開路的放電三極管。當(dāng)時(shí)，V1導(dǎo)通;當(dāng)時(shí)，V1截止。

　　2.2 555定時(shí)器功能表（如圖2所示）

　　555定時(shí)器功能表基本說明了555定時(shí)器的功能。

　　2.3 555定時(shí)器組成的多諧振蕩器

　　由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖3所示，RA，RB和C是外接定時(shí)元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳）和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到RB和 C的連接處，將放電端（7腳）接到RA，RB的連接處。由于接通電源瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā)端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出為高電平，放電管V1截止。這時(shí)，電源經(jīng)RA，RB對(duì)電容C充電，使電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)上升到（2/3）Vcc 時(shí)，輸出為低電平，放電管V1導(dǎo)通，把從（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc由于放電管V1導(dǎo)通，電容C通過電阻RB和放電管放電，電路進(jìn)人第二暫穩(wěn)態(tài)，其維持時(shí)間的長短與電容的放電時(shí)間有關(guān)，隨著C的放電，下降，當(dāng)下降到（1/3）Vcc時(shí)，輸出為高電平，放電管V1截止，Vcc再次對(duì)電容C充電， 電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)。

　　3.CD4017邏輯功能

　　CD4017芯片是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/時(shí)序譯碼器，應(yīng)用極其廣泛。圖4是CD4017的引腳圖排列，采用16腳雙列直插式塑料封裝形式。

　　CD4017的CL端在輸入時(shí)鐘脈沖的上升沿計(jì)數(shù)，時(shí)鐘允許端EN為“0“時(shí)，允許時(shí)鐘脈沖輸入，為“1”時(shí)就禁止時(shí)鐘脈沖輸入。

　　在輸入時(shí)鐘脈沖的作用下，10個(gè)譯碼輸出Y0~Y9依次為高電平。R為復(fù)位端，當(dāng)R=1時(shí)，計(jì)數(shù)器清零，Y0為“1”，其余Y1~Y9均為“0”。CO為進(jìn)位輸出端，CD4017記滿10個(gè)數(shù)后，CO端輸出一個(gè)正的進(jìn)位脈沖。

　　4.電路實(shí)現(xiàn)

　　4.1 流水燈電路原理圖（如圖5所示）：

　　4.2 流水燈電路原理

　　該電路由時(shí)基集成電路NE555構(gòu)成的多諧振蕩器和CD4017十進(jìn)制計(jì)數(shù)/譯碼電路組成。電源接通后，經(jīng)R1?R2給電容C1充電，使逐漸升高， 當(dāng)時(shí)，3腳（Q端）輸出為高電平。當(dāng)上升到超過時(shí)，3腳輸出仍為高電平。當(dāng)繼續(xù)上升到略超過時(shí)，RS觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，3腳輸出為低電平，同時(shí)C1經(jīng) R2及7腳內(nèi)導(dǎo)通的放電管VT到地放電，迅速下降。當(dāng)下降到略低于時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)又翻轉(zhuǎn)，3腳輸出變?yōu)楦唠娖?。同時(shí)，7腳內(nèi)導(dǎo)通的放電管VT截止，電容 C1再次進(jìn)行充電，其電位再次上升，一直循環(huán)下去。根據(jù)，可以看出，通過改變電位器R2的電阻值的大小，即可以改變振蕩器的振蕩周期，從而改變3腳輸出高低電平的轉(zhuǎn)換時(shí)間，進(jìn)而改變流水燈的速度。

　　對(duì)于CD4017，其14腳接收來自555定時(shí)器3腳的輸出脈沖。當(dāng)555定時(shí)器的3腳的輸出電平狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)，14腳接收到高低電平的變化，觸發(fā)十個(gè)輸出引腳交替輸出高電平，點(diǎn)亮相應(yīng)引腳的LED燈。隨著時(shí)間的進(jìn)行，十個(gè)LED燈相繼被點(diǎn)亮，形成流水燈。

　　5.結(jié)論

　　555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的集成器件，通過外圍元件的簡單組合，可以組成許多基本實(shí)用的電路，最基本且應(yīng)用最多的有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，施密特觸發(fā)器，多諧振蕩器三種。以這些基本電路為基礎(chǔ)，又可以和其他組合形成各種各樣實(shí)用的電子電路，實(shí)現(xiàn)各種各樣的功能，如定時(shí)器?分頻器?脈沖信號(hào)發(fā)生器?玩具游戲機(jī)電路?音響告警電路?自動(dòng)控制電路?電源交換電路?頻率變換電路元件參數(shù)和電路檢測電路等。相信在不久的將來，555定時(shí)器將應(yīng)用在更多領(lǐng)域，為我們的生活增加更多新鮮的元素，并使我們的生活更加豐富多彩。

　 作者 王正統(tǒng) 王瀟賢 姚阿慶 林育華