基于555定時(shí)器的3X3X3 LED立方體

寫這篇文章是為了描述一個(gè)簡(jiǎn)單的LED立方體電路的設(shè)計(jì)和工作。大多數(shù)的LED立方體電路是用微控制器設(shè)計(jì)的。然而，為了擁有一個(gè)沒(méi)有任何編程困難的電路，我們決定采用一個(gè)簡(jiǎn)單的想法，即只用一個(gè)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器安排來(lái)驅(qū)動(dòng)立方體。在這里，我們把總共27個(gè)LED排列成立方體，這樣就有9組三合一的LED。除了LED之外，我們所需要的是一個(gè)555定時(shí)器IC和兩個(gè)4017計(jì)數(shù)器IC。4017集成電路是一個(gè)CMOS十年期計(jì)數(shù)器集成電路，帶有內(nèi)置的計(jì)數(shù)器解碼器電路。使用4017集成電路的原因是它能夠直接驅(qū)動(dòng)LED，而不需要任何BCD解碼器。

3X3X3 LED立方體電路原理：

這個(gè)電路是基于使用時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng)LED的原理。它的想法是使立方體的光芒從一組三極管到立方體的每個(gè)面逐漸過(guò)渡到整個(gè)立方體本身。這是通過(guò)使用兩個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，第一個(gè)計(jì)數(shù)器在前9個(gè)脈沖中起作用，每個(gè)脈沖中的三組LED都會(huì)發(fā)光。第二個(gè)計(jì)數(shù)器在第10個(gè)脈沖時(shí)開始工作，立方體的每個(gè)面開始發(fā)光。時(shí)鐘脈沖是用一個(gè)555定時(shí)器以星形模式安排的。

3X3X3 LED立方體電路圖：

3X3X3 LED立方體電路設(shè)計(jì)：

設(shè)計(jì)的第一部分涉及到將555定時(shí)器設(shè)計(jì)成一個(gè)星型的多晶體振蕩器。在這里，我們假設(shè)我們所需的時(shí)間周期為1秒左右。由于輸出信號(hào)的頻率由f = 1.44/ (Ra+Rb) C和C的值假設(shè)為100uF左右，我們計(jì)算出兩個(gè)電阻的值為10K左右。

設(shè)計(jì)的第二部分是設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器單元。由于這里我們只使用一個(gè)計(jì)數(shù)器，除以10的輸出引腳沒(méi)有被連接。

在級(jí)聯(lián)操作中，除以10的輸出引腳或執(zhí)行引腳被連接到另一個(gè)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘引腳或執(zhí)行引腳。主復(fù)位引腳和時(shí)鐘使能引腳都連接到地。

第三部分也是最重要的部分是設(shè)計(jì)LED立方體電路。我們通過(guò)將9組串聯(lián)的三聯(lián)體LED以立方體的方式排列來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于每個(gè)三聯(lián)體，每個(gè)LED的陰極與另一個(gè)的陽(yáng)極相連，每個(gè)三聯(lián)體的LED與另一個(gè)并聯(lián)，使上層LED的陰極相互連接，從而形成一個(gè)3乘3乘3的LED立方體排列。所有LED的陽(yáng)極都與地電位連接在一起。

3X3X3 LED立方體電路的工作原理

一旦開關(guān)S1被買到關(guān)閉位置，電路就開始工作。555定時(shí)器IC產(chǎn)生所需的時(shí)鐘脈沖，用于觸發(fā)計(jì)數(shù)器。

這是通過(guò)555定時(shí)器的星形操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，用來(lái)產(chǎn)生所需間隔的高和低時(shí)鐘脈沖。IC的輸出脈沖被送入兩個(gè)平行排列的計(jì)數(shù)器IC，以便同時(shí)給出時(shí)鐘信號(hào)。在這里，兩個(gè)計(jì)數(shù)器是以級(jí)聯(lián)的方式排列的。IC 4017由一個(gè)5級(jí)約翰遜計(jì)數(shù)器和顯示解碼器電路組成。 每當(dāng)輸入的時(shí)鐘脈沖是一個(gè)高邏輯信號(hào)時(shí)，它的輸出就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高邏輯信號(hào)。換句話說(shuō)，每收到一個(gè)正的時(shí)鐘脈沖，相應(yīng)的輸出引腳上的計(jì)數(shù)器輸出就會(huì)變成高電平。在復(fù)位引腳和時(shí)鐘使能引腳接地之前，計(jì)數(shù)器IC將一直工作。 由于每個(gè)輸出引腳都與每個(gè)串聯(lián)排列的LED相連接，每當(dāng)一個(gè)輸出引腳處于邏輯高電平時(shí)，相應(yīng)的串聯(lián)LED就會(huì)發(fā)亮。

例如，對(duì)于第一個(gè)時(shí)鐘脈沖，當(dāng)計(jì)數(shù)器IC的3號(hào)引腳為高電平時(shí)，連接的三組LED開始發(fā)光。在前9個(gè)脈沖中，每個(gè)三組LED都會(huì)發(fā)光。

因此，這個(gè)電路顯示了LED立方體的壯觀景象，在每個(gè)時(shí)鐘脈沖中，每個(gè)三組LED都會(huì)發(fā)光，由于時(shí)鐘脈沖的時(shí)間周期很短，立方體似乎會(huì)閃爍。

3X3X3 LED立方體電路的應(yīng)用：

該電路可用于家庭的裝飾目的。

這個(gè)電路可以通過(guò)進(jìn)一步的修改來(lái)使LED立方體整體發(fā)光。

它可以在家庭照明系統(tǒng)中使用。

3X3X3 LED立方體電路的局限性：

該電路很復(fù)雜，需要復(fù)雜的連接。

使用數(shù)字計(jì)數(shù)器IC會(huì)因數(shù)字IC的傳播延遲而導(dǎo)致時(shí)間延遲。

這是一個(gè)理論上的電路，可能需要修改。

使用CMOS器件會(huì)造成靜電問(wèn)題，不能用手操作。

這個(gè)電路沒(méi)有規(guī)定同時(shí)打開所有的LED。