解析基于CD4514的循環(huán)彩燈控制電路工作原理

這個(gè)循環(huán)彩燈按照一定方向行進(jìn)，但是在前進(jìn)的過程中不時(shí)出現(xiàn)后退的變化;給人以克服困難、“不屈不撓”向前進(jìn)的感覺。

電路工作原理

電路圖如圖所示。

電路由雙路脈沖信號(hào)發(fā)生器、加減計(jì)數(shù)器、16選1計(jì)數(shù)譯碼器組成。脈沖計(jì)數(shù)器給出兩路不同頻率的脈沖信號(hào)，分別輸入到加減計(jì)數(shù)器的輸入端上;計(jì)數(shù)結(jié)果輸出給16選1計(jì)數(shù)譯碼器CD4514。在CD4514的16路輸出端上接有16只發(fā)光二極管，用來顯示輸出結(jié)果。16選1計(jì)數(shù)譯碼器可以按照不同的輸入值，把16路輸出端之中對(duì)應(yīng)的一個(gè)輸出端變成高電平，推動(dòng)16只發(fā)光二極管輪流點(diǎn)亮。

對(duì)于CD40193加減計(jì)數(shù)器，它有兩個(gè)計(jì)數(shù)輸入端，分別進(jìn)行加法和減法的計(jì)數(shù);并且按照4位二進(jìn)制數(shù)輸出計(jì)數(shù)結(jié)果。如果在40193的加計(jì)數(shù)輸入端和減計(jì)數(shù)輸入端分別輸入脈沖信號(hào)，則40193按照兩者的頻率之差決定計(jì)數(shù)結(jié)果的總的趨勢;當(dāng)加法計(jì)數(shù)輸入端的計(jì)數(shù)脈沖頻率大于減法計(jì)數(shù)輸入端時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行加法計(jì)算;反之則進(jìn)行檢法計(jì)算。

如果調(diào)整雙路脈沖發(fā)生器的輸出頻率，使得輸出到40193加計(jì)數(shù)和減計(jì)數(shù)的頻率之差發(fā)生變化，則可以改變計(jì)數(shù)器輸出結(jié)果的總趨勢;這樣，輸出到16選1譯碼器的數(shù)值可以是遞增的，也可以是遞減的;反映在燈光顯示結(jié)果上，如果把16只發(fā)光二極管擺成一排或者一圈，燈光會(huì)給出不同的移動(dòng)速度和不同的移動(dòng)方向。

當(dāng)兩路脈沖的頻率比較接近的時(shí)候，則會(huì)出現(xiàn)一種特殊的情況。那就是燈光移動(dòng)的方向也會(huì)發(fā)生變化：一會(huì)兒向前、一會(huì)兒向后;但是總的趨勢則只有一種，或者向前，或者向后。在這種情況下，循環(huán)燈雖然看起來有時(shí)向前移動(dòng)，有時(shí)向后移動(dòng)，但最終還是向前移動(dòng);給人以一種“不屈不撓”向前進(jìn)的感覺。

雙路脈沖發(fā)生器采用4069組成兩組脈沖振蕩器：其中一組振蕩頻率為5Hz;另一組為可用電位器R5調(diào)節(jié)輸出頻率的振蕩器，可輸出2～50Hz的脈沖信號(hào)。

制作與實(shí)驗(yàn)

1.16選1譯碼器集成電路4514

4514有4個(gè)計(jì)數(shù)輸入端，用來輸入二進(jìn)制數(shù)值;它有16路輸出信號(hào)，分別表示0～15的結(jié)果。選中的數(shù)值對(duì)應(yīng)的輸出端給出高電平，可以驅(qū)動(dòng)接在上面的發(fā)光二極管發(fā)光。如果將輸出結(jié)果控制模擬循環(huán)燈電路，可以將16只燈排成一列，也可以排成一個(gè)圓環(huán)。

如果用這個(gè)電路控制大型的圖案，燈的數(shù)目會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過16只：這時(shí)可將燈分成若干組，每組16只燈，并按順序給這16只燈編號(hào);各組相同編號(hào)的燈并聯(lián)后，接在4514的一路輸出端。這時(shí)還需要給每路輸出增加一個(gè)放大電路，以保證整個(gè)電路的燈發(fā)出正常的光亮。

4514有一個(gè)禁止控制端INH和一個(gè)選通控制端sT。當(dāng)禁止控制端INH輸入高電平時(shí)，16路輸出均為低電平。當(dāng)選通控制端sT輸入低電平時(shí)，16路輸出不受輸入端控制，保持原來的輸出狀態(tài)。所以在本電路中，分別將它們置于譯碼器正常工作的狀態(tài)。

2.加減計(jì)數(shù)器集成電路，

CD40193該集成電路的管腳接線圖如圖所示。

它是四位二進(jìn)制可預(yù)置數(shù)加/減計(jì)數(shù)器集成電路;具有雙時(shí)鐘邏輯電路，輸出結(jié)果為二進(jìn)制數(shù)，最大為15。其中DP1～DP4位預(yù)置數(shù)輸入端，本電路中分別將它們隨意處置。Q1～Q4為計(jì)數(shù)輸出端。CP+、CP-分別為加計(jì)數(shù)輸入端和減計(jì)數(shù)輸入端。R為重置端，本電路中接地。11、12、13這三個(gè)管腳分別為預(yù)置數(shù)重置端、進(jìn)位輸出端，本電路中沒有使用它們，故將它們接地。

進(jìn)行加法計(jì)算時(shí)，要將減計(jì)數(shù)器輸入端設(shè)置為高電平，在加計(jì)數(shù)器端輸入計(jì)數(shù)脈沖;進(jìn)行檢法計(jì)算時(shí)，要將加計(jì)數(shù)器輸入端設(shè)置為高電平，在減計(jì)數(shù)器端輸入計(jì)數(shù)脈沖。所以，當(dāng)在這兩個(gè)輸入端分別輸入脈沖技術(shù)信號(hào)時(shí)，其計(jì)算結(jié)果的總趨勢由它們的頻率之差決定;那一路計(jì)數(shù)脈沖的頻率高，則輸出結(jié)果的總趨勢為該路的方式。如果兩路輸入的頻率比較接近，則會(huì)產(chǎn)生十分復(fù)雜的情況;在某一瞬間，其計(jì)算方式也是不確定的，也可能是加，也可能是減。改變電位器R5，可以得到變化多端的效果。