基于555流水燈電路的設計與實現

　　1.引言

　　繁華的都市，當夜幕降臨時，五繽紛的彩燈燈便亮了起來，點亮這個黑暗的世界，給人民生活增添一點情趣，而流水燈是其中的角色之一。隨著技術的不斷發展，控制彩燈的電路不斷更新，這里主要介紹由555定時器構成的流水燈控制電路。

　　2.555定時器

　　2.1 555定時器的內部結構（如圖1所示）：

　　（1）分壓器

　　①5腳懸空時。

　　②5腳外接控制電壓時。

　　（2）電壓比較器

　　電壓比較器C1和C2是兩個結構完全相同的理想運算放大器。比較器有兩個輸入端，分別用1和0表示相應輸入端上所加的電壓，用表示比較器的比較結果（1代表高電平，0代表低電平）。

　　（3）基本RS觸發器

　　（4）放電三極管

　　V1是一個集電極開路的放電三極管。當時，V1導通;當時，V1截止。

　　2.2 555定時器功能表（如圖2所示）

　　555定時器功能表基本說明了555定時器的功能。

　　2.3 555定時器組成的多諧振蕩器

　　由555定時器構成的多諧振蕩器如圖3所示，RA，RB和C是外接定時元件，電路中將高電平觸發端（6腳）和低電平觸發端（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，故高電平觸發端與低電平觸發端均為低電平，輸出為高電平，放電管V1截止。這時，電源經RA，RB對電容C充電，使電壓按指數規律上升，當上升到（2/3）Vcc 時，輸出為低電平，放電管V1導通，把從（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc由于放電管V1導通，電容C通過電阻RB和放電管放電，電路進人第二暫穩態，其維持時間的長短與電容的放電時間有關，隨著C的放電，下降，當下降到（1/3）Vcc時，輸出為高電平，放電管V1截止，Vcc再次對電容C充電， 電路又翻轉到第一暫穩態。

　　3.CD4017邏輯功能

　　CD4017芯片是十進制計數器/時序譯碼器，應用極其廣泛。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端在輸入時鐘脈沖的上升沿計數，時鐘允許端EN為“0“時，允許時鐘脈沖輸入，為“1”時就禁止時鐘脈沖輸入。

　　在輸入時鐘脈沖的作用下，10個譯碼輸出Y0~Y9依次為高電平。R為復位端，當R=1時，計數器清零，Y0為“1”，其余Y1~Y9均為“0”。CO為進位輸出端，CD4017記滿10個數后，CO端輸出一個正的進位脈沖。

　　4.電路實現

　　4.1 流水燈電路原理圖（如圖5所示）：

　　4.2 流水燈電路原理

　　該電路由時基集成電路NE555構成的多諧振蕩器和CD4017十進制計數/譯碼電路組成。電源接通后，經R1?R2給電容C1充電，使逐漸升高， 當時，3腳（Q端）輸出為高電平。當上升到超過時，3腳輸出仍為高電平。當繼續上升到略超過時，RS觸發器狀態發生翻轉，3腳輸出為低電平，同時C1經 R2及7腳內導通的放電管VT到地放電，迅速下降。當下降到略低于時，觸發器狀態又翻轉，3腳輸出變為高電平。同時，7腳內導通的放電管VT截止，電容 C1再次進行充電，其電位再次上升，一直循環下去。根據，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換時間，進而改變流水燈的速度。

　　對于CD4017，其14腳接收來自555定時器3腳的輸出脈沖。當555定時器的3腳的輸出電平狀態發生翻轉時，14腳接收到高低電平的變化，觸發十個輸出引腳交替輸出高電平，點亮相應引腳的LED燈。隨著時間的進行，十個LED燈相繼被點亮，形成流水燈。

　　5.結論

　　555定時器是一種模擬和數字功能相結合的集成器件，通過外圍元件的簡單組合，可以組成許多基本實用的電路，最基本且應用最多的有單穩態觸發器，施密特觸發器，多諧振蕩器三種。以這些基本電路為基礎，又可以和其他組合形成各種各樣實用的電子電路，實現各種各樣的功能，如定時器?分頻器?脈沖信號發生器?玩具游戲機電路?音響告警電路?自動控制電路?電源交換電路?頻率變換電路元件參數和電路檢測電路等。相信在不久的將來，555定時器將應用在更多領域，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 王瀟賢 姚阿慶 林育華