心形流水燈課程設(shè)計之流水燈制作方法（含CD4017電路）

此作品特別適合初學者制作，其本質(zhì)就是用數(shù)字芯片CD4017構(gòu)成的流水燈，顯示方式根據(jù)自己的喜好、創(chuàng)意就OK。動手制作這樣的禮物，送給ta絕對會是再好不過了。

首先，我們了解一下該作品的五臟六腑：

1. 杜邦線（若干）

2. 萬能板X2

3. 電位器X2

4. 470uF電容X1

5. 二極管X4

6. 變壓器X1

7. 104電容（若干）

8. LM7809芯片X1

9. 散熱片X1

10. 各色LED燈（若 干）

11. 100uF電容X1

12.2K電阻X1

13. 680歐電阻（若干）

14. 共陰 數(shù)碼管X4

15. NE555和 CD4017 （各一片）

16. 芯片底座X2（有利于芯片的二次利用）

17. 木板5塊加包裝紙2張（尺寸大小根據(jù)自己情況而定）

所需器件如下圖所示：

我把作品電路分為3個部分，這3個部分都是以我的實物為依據(jù)的，你當然可以有更好的創(chuàng)意來改進它。

一、 電源電路：

既然作品定位是禮物，所以電源一定要裝在里面。

CD4017工作電壓較高，加之彩燈使用環(huán)境是在室內(nèi)的，所以我們考慮使用交流電源。3~5瓦的小型變壓器即足夠，要求變壓器次級輸出7~8V，這樣經(jīng)整流濾波后可得到系統(tǒng)需要的9~10V直流電壓。

以下是該部分的原理圖及實物圖：

二、LOVE型生日彩燈：

1. 流水驅(qū)動電路：

NE555和CD4017的作用。NE555組成振蕩電路，CD4017則是計數(shù)電路。

心形中間部分LED產(chǎn)生流動的效果，就是靠NE555和CD4017的組合。我在下面為初學者詳細講一下電路原理。

振蕩電路由一塊時基集成電路NE555和C2、C3、R1、R2等組成（其中C2為延時充電電容，C3為抗干擾隔離電容，R1、R2為延時充電電阻，而R2又為放電電阻）。

通電后，因電容C2兩端電壓不能突變，2腳的電壓為低電平，集成塊NE555的內(nèi)部觸發(fā)器被置位，3腳輸出高電平。

同時，由于電源經(jīng)電阻R1和R2向C2充電，使6腳和2腳的電壓不斷提高，當電位上升到VCC的2/3時，集成塊NE555的內(nèi)部觸發(fā)器被復位，3腳的輸出電壓翻轉(zhuǎn)為低電平。

同時集成塊NE555內(nèi)部的放電管導通，即7腳通過內(nèi)部的放電管和1腳相通，C2上儲存的電荷就通過R2、7腳放電，使6腳和2腳的電壓不斷下降，當電位降低到VCC的1/3時，集成塊NE555的內(nèi)部觸發(fā)器被置位。

同時集成塊NE555內(nèi)部的放電管截止，7腳被懸空，電源又通過R1、R2向C2充電，使6腳和2腳的電壓不斷提高……如此，周而復始，形成振蕩。

輸出端的高電平維持時間取決于電容C2的充電時間常數(shù)，輸出端的低電平維持時間取決于電容C2的放電時間常數(shù)。由于R2≥R1，故可以認為f放≈f充，目的是減小彩燈熄亮交替的時間間隔的差異。

如用作其他情況，課按需要調(diào)整R1、R2、C2的參數(shù)。綜上分析，3腳始終處于高電平和低電平的二進制變化狀態(tài)，故此電路又稱為無穩(wěn)態(tài)電路。

譯碼電路由一塊CD4017集成塊組成。該集成塊有3個輸入端（2個時鐘輸入端CP的14腳和EN的13腳與復位端Cr的15腳）。有10個輸出端Q0～Q9（依次為3腳、2腳、4腳、7腳、10腳、1腳、5腳、6腳、9腳、11腳）。

還有一個進位端CO，其功能是：當復位端Cr加上高電平和正脈沖時，輸出端Q0為高電平，其余9個輸出端Q0～Q9均為低電平。時鐘輸出端CP對輸入時鐘脈沖的上升沿計數(shù)，EN則對時鐘脈沖的下降沿計數(shù)。Q0～Q9這10個輸出端的輸出狀態(tài)分別與輸入的時鐘個數(shù)相對應。

如從0開始計數(shù)，則輸入到第1個時鐘脈沖時，Q1就變成高電平，輸入第2個時鐘脈沖時，Q2變成高電平……直到輸入第10個時鐘脈沖，Q0變?yōu)楦唠娖健?/p>

同時，進位端C0就輸出一個進位脈沖，作為下一級計數(shù)的時鐘信號。Cr為復位端，也為清零端。當Cr輸入高電平時，電路復位，即輸出端Q0為高電平，Q1～Q9為低電平。

如此反復，只要集成塊NE555的3腳送來的二進制信號不消失，CD4017將二進制信號轉(zhuǎn)換為十進制信號的計碼工作就會反復進行下去。

綜上可知：調(diào)節(jié)可變電阻R2便可改變振蕩電路的頻率，反映在CD4017輸出端則是流動的速率。

2. 布局及工作原理

關(guān)于這個LOVE型彩燈部分我畫了一個直觀的圖，心形有30顆LED組成，但是CD4017只有10組輸出，所以我把心形的頂部5顆LED和底部5顆LED獨立開來，其他還有20顆LED則兩兩并聯(lián)后由CD4017驅(qū)動，形成流水燈效果，Q0~Q9直接接到CD4017的對應端（兩只高亮LED并聯(lián)后工作電流在20mA以下，完全不必接三極管擴流驅(qū)動）。

頂部和底部獨立出來的2路LED，電路完全相同，它們是將5顆LED串聯(lián)后直接接在電源上，有朋友會問：那不是這兩路LED都靜止在那兒了？

正因為如此，所以我把LED1和LED30換成了多色自閃的LED（這也是高亮LED中的一種，市售價格會高一些，我記得當時買的是一塊錢一顆）。這樣處理之后，這兩顆LED總是在閃，發(fā)出七彩光，同時因為它們在閃的過程中自身壓降總在忽高忽低的交替變化，使得分別所處的這兩條LED通路上的其他4顆LED的分壓也發(fā)生變化，導致支路中的其他4顆LED會呈現(xiàn)亮度高低起伏的效果，恰到好處地陪襯了兩顆閃爍的LED。

注意在上圖中，除LED1和LED30以外的LED顏色按個人喜好編排，但一定要保證左右對稱，不然會很丑。

三、數(shù)碼管顯示LOVE：

作品做出來后，發(fā)現(xiàn)心形彩燈的中間很空，看上去挺別扭，于是想到用數(shù)碼管顯示LOVE，當時不知道怎么樣驅(qū)動數(shù)碼管，所以直接將數(shù)碼管焊死了，即需要哪些筆畫亮就將其通電，當然這是最傻瓜的方法，但是對于初學者來說可能是達到預期效果的最好方法。該電路使用共陰數(shù)碼管 。

注：

硬件制作要點，我稍作一些解釋

1、作為禮品，外觀至關(guān)重要。不管作品是否采用我的這種結(jié)構(gòu)，制作時一定要考慮到方不方便制作、固定外殼。

2、電路中的可調(diào)電阻R2，不要使用微調(diào)的，要用帶手柄的（比如音量電位器那種），制作好之后不論是你自己調(diào)試還是禮品的主人，都可以調(diào)節(jié)LED流動速度。

以下是成品及效果圖：