電子專業(yè)的學(xué)生或愛好者總是喜歡為他們的家庭或?qū)W校制作各種電路，尤其是那些會(huì)閃爍幾盞燈的電路。市場(chǎng)上有許多電路和套件可以周期性、隨機(jī)或順序地閃爍任意數(shù)量的 LED 或燈，但是一種非常通用的 IC 可用于制作簡(jiǎn)單的 LED 閃光器電路，稱為二進(jìn)制紋波計(jì)數(shù)器。
正如我們?cè)谟?jì)數(shù)器教程中討論的那樣，紋波計(jì)數(shù)器基本上是切換觸發(fā)器，可以用作分頻器，將參考時(shí)鐘輸入除以設(shè)定的量，以提供新的、較低的頻率，我們可以將其用作簡(jiǎn)單LED閃光燈設(shè)計(jì)。
這些類型的計(jì)數(shù)器本質(zhì)上是異步的，因?yàn)椴⒎撬杏|發(fā)器都會(huì)隨著外部時(shí)鐘脈沖的應(yīng)用而改變或“切換”。通常切換發(fā)生在時(shí)鐘脈沖的下降沿。
觸發(fā)器或“T 型”觸發(fā)器是所有具有異步計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器的基本構(gòu)建塊通常被稱為“波紋計(jì)數(shù)器”，因?yàn)檩斎霑r(shí)鐘脈沖似乎“波紋”通過計(jì)數(shù)器作為一個(gè)時(shí)鐘輸入階段是從前一階段的輸出生成的。結(jié)果是隨著每個(gè)階段的順序變化而產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，我們可以將其作為一個(gè)簡(jiǎn)單的 LED 閃光燈電路來實(shí)現(xiàn)良好的效果。
紋波計(jì)數(shù)器由多個(gè) 2 分頻 T 型觸發(fā)器級(jí)聯(lián)在一起構(gòu)成一個(gè) N 分頻分頻器，其中N等于計(jì)數(shù)器的位數(shù)。常用的二進(jìn)制紋波計(jì)數(shù)器 IC 包括 74LS93 4 位 (÷16)、CMOS 4024 7 位 (÷128)、CMOS 4040 12 位 (÷4096) 或更大的 CMOS 4060 14 位 (÷16,384)柜臺(tái)。
然后它們的輸出計(jì)數(shù) ( Qn ) 將被定義為計(jì)數(shù)器的“第 N”級(jí)。因此，例如，輸出 Q6 為 2 6 = 64(時(shí)鐘頻率的1 / 64)，Q12 為 2 12 = 4096(時(shí)鐘頻率的1 / 4096)等等。
正如我們所見，有許多可用的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器可以周期性地、隨機(jī)地或順序地閃爍任意數(shù)量的燈，但是愛好者或?qū)W生可以使用一個(gè)非常通用的 IC 來制作一個(gè)簡(jiǎn)單的 LED 閃光器，用于各種不同的照明顯示是CMOS CD4040B 12 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。
CD4040B是一款快速開關(guān)的 12 位二進(jìn)制紋波計(jì)數(shù)器，具有十二個(gè)完全解碼的輸出(總共有 12 個(gè)單獨(dú)的 LED 序列)。這十二個(gè)輸出在時(shí)鐘脈沖的每個(gè)下降沿到達(dá)時(shí)順序切換，產(chǎn)生二進(jìn)制輸出序列，如時(shí)序圖所示。
4040 的輸出在每次計(jì)數(shù)時(shí)在邏輯“1”或“高”和邏輯“0”或“低”之間切換，因此它可以產(chǎn)生移動(dòng)序列、追逐器或隨機(jī)效果，使 4040 成為簡(jiǎn)單 LED 的理想選擇燈光項(xiàng)目的閃光燈或燈光顯示器。
由于 4040 是一個(gè) 12 位紋波計(jì)數(shù)器，十二個(gè)輸出中的每一個(gè)都將以從 0 到 4096 (2 12 ) 的二進(jìn)制序列切換高電平或低電平。
但在我們將 4040B 紋波計(jì)數(shù)器用作我們簡(jiǎn)單的 LED 閃光器電路的一部分之前，我們需要產(chǎn)生一個(gè)定時(shí)信號(hào)。產(chǎn)生定時(shí)或時(shí)鐘信號(hào)的方法有很多種，不勝枚舉。但用最少的元件產(chǎn)生方波定時(shí)信號(hào)的一種非常簡(jiǎn)單有效的方法是使用專用定時(shí) IC，例如NE555 非穩(wěn)態(tài)定時(shí)器。
時(shí)序周期T取決于所選的輸入時(shí)鐘頻率，其中T = 1/?。因此，例如，如果我們選擇 4040 12 位 (÷4096) 計(jì)數(shù)器作為我們簡(jiǎn)單的 LED 閃光器電路的一部分，并且我們希望第 12 位的最長(zhǎng)計(jì)時(shí)周期為 4 秒(2 秒開和 2 秒關(guān))或 0.25Hz，那么我們?cè)?4040 計(jì)數(shù)器的引腳 10 上的輸入時(shí)鐘頻率需要約為 1kHz，(0.25 x 4096)，如圖所示。
簡(jiǎn)單的 LED 閃光燈電路
通過將 LED 連接到不同的輸出，它們將一次閃爍一個(gè)，但彼此之間的速率不同(每個(gè)輸出頻率是前一個(gè)輸出頻率的一半)并且不會(huì)同時(shí)全部“打開”或全部“關(guān)閉”，因此非常適合我們簡(jiǎn)單的 LED 閃光燈電路。
通過使用除以 2 的分頻器/計(jì)數(shù)器，將多個(gè) LED 連接到它們的輸出，可以產(chǎn)生閃爍的星星或閃爍的燈光效果或您選擇的任何 LED 閃爍燈顯示，具體取決于您連接 LED 的紋波輸出以及您如何安排它們。
紋波計(jì)數(shù)器輸出
計(jì)數(shù)器輸出Q1至Q12能夠“灌入”或“拉出”最大約 15mA 的負(fù)載電流，足以直接驅(qū)動(dòng) LED。
4040 計(jì)數(shù)器“吸收”(吸收)和“源”(供應(yīng))電流的能力意味著 LED 可以連接在計(jì)數(shù)器的輸出端子和電源之間以吸收負(fù)載電流或連接在輸出端子和電源之間地源負(fù)載電流。
下沉和采購(gòu)輸出
LED 連接在正電源軌 (+Vcc) 和輸出之間，在本例中為Q8。這意味著電流將“吸收”(吸收)或流入 4040 計(jì)數(shù)器輸出端子，并且當(dāng)輸出為“低”時(shí) LED 將“亮起”。
上面的第二個(gè)電路顯示 LED 連接在輸出Q8和地 (0v) 之間。這意味著電流將“源”(供應(yīng))或流出 4040 計(jì)數(shù)器輸出端子，并且當(dāng)輸出為“高電平”時(shí) LED 將“亮起”。
紋波計(jì)數(shù)器吸收和提供其輸出負(fù)載電流的能力意味著兩個(gè) LED 都可以連接到一個(gè)輸出端子，從而增加了我們可以在簡(jiǎn)單的 LED 閃光燈電路中使用的 LED 數(shù)量。但是，根據(jù)輸出狀態(tài)是“HIGH”還是“LOW”，任何時(shí)候只有一個(gè) LED 會(huì)“ON”。
左邊的電路顯示了一個(gè)例子。兩個(gè) LED 將根據(jù)輸出交替切換“ON”和“OFF”，從而產(chǎn)生交替閃爍動(dòng)作。如果需要將 LED 電流限制在 15mA 以下，可以使用串聯(lián)電阻器。
我們之前說過，通過輸出引腳吸收或提供負(fù)載電流的最大輸出電流約為 15mA，這個(gè)值足以驅(qū)動(dòng)或切換 LED 或小燈等。但是如果我們想切換或控制更高功率的設(shè)備，如電機(jī)、電磁鐵或繼電器，而不是這個(gè)簡(jiǎn)單的 LED 閃光器。然后我們需要使用晶體管來提供足夠高的電流來驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
紋波計(jì)數(shù)器晶體管驅(qū)動(dòng)器
如果負(fù)載電流很高，上述兩個(gè)示例中的晶體管可以用功率 MOSFET 器件或達(dá)林頓晶體管代替。當(dāng)使用電機(jī)、繼電器或電磁鐵等電感負(fù)載時(shí)，建議在負(fù)載端子之間直接連接一個(gè)“續(xù)流二極管”，以吸收電感設(shè)備在改變狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的任何反電動(dòng)勢(shì)電壓。
也可以向輸出添加更多 LED，但請(qǐng)記住，通常每個(gè) LED 在 1.2V 時(shí)需要大約 15 至 20mA 的電流才能完全點(diǎn)亮，因此在將電路連接到電池或電源時(shí)請(qǐng)記住這一點(diǎn)。4040 IC 的優(yōu)勢(shì)之一是它可以自我限制其最大輸入/輸出電流，因此可以直接連接 LED 而無需任何限流電阻器。
LED閃光燈總結(jié)
我們已經(jīng)看到，我們可以創(chuàng)建一個(gè)非常簡(jiǎn)單的 LED 閃光器電路，只需使用一些常用組件、一個(gè) NE555 定時(shí)器來創(chuàng)建定時(shí)時(shí)鐘信號(hào)和一個(gè) CMOS 4040 12 位異步紋波計(jì)數(shù)器來連接 LED。如果需要，可以僅使用一位 T 型觸發(fā)器構(gòu)建最簡(jiǎn)單的 LED 閃光器電路，因?yàn)榍袚Q功能自然適合計(jì)數(shù)操作的實(shí)現(xiàn)。
多位紋波計(jì)數(shù)器可以級(jí)聯(lián)在一起以產(chǎn)生您選擇的更大的位紋波分頻器(或計(jì)數(shù)器)或解碼以在特定二進(jìn)制計(jì)數(shù)后重置。4060B 是一個(gè) 14 位二進(jìn)制紋波計(jì)數(shù)器，它有自己的內(nèi)置振蕩器電路，因此只需添加一個(gè)定時(shí)電容器和兩個(gè)電阻器即可構(gòu)建一個(gè)非常簡(jiǎn)單的 LED 閃光器電路，而無需額外的 NE555 定時(shí)電路。
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