一個(gè)簡(jiǎn)單的LED閃光器電路分析

Word一個(gè)簡(jiǎn)單的LED閃光器電路分析（電子）專業(yè)的學(xué)生或愛(ài)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。

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(guò)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(lái)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74LS934位(÷16)、CMOS40247位(÷128)、CMOS404012位(÷4096)或更大的CMOS406014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26=64(時(shí)鐘頻率的1/64)，Q12為212=4096(時(shí)鐘頻率的1/4096)等等。

正如我們所見(jiàn)，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(ài)好者或?qū)W生可以使用一個(gè)非常通用的IC來(lái)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CMOSCD4040B12位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

CD4040B是一款快速開(kāi)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(212)的二進(jìn)制序列切換高電平或低電平，如下面的時(shí)序圖所示。

4040紋波計(jì)數(shù)器時(shí)序圖

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404012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(kāi)和2秒關(guān))或0.25Hz，那么我們?cè)?040計(jì)數(shù)器的引腳10上的輸入時(shí)鐘頻率需要約為1kHz，(0.25x4096)，如圖所示。

簡(jiǎn)單的LED閃光燈電路

通過(guò)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(kāi)”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(guò)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。例如：

下沉和輸出

在上面的第一個(gè)電路中，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(shuō)過(guò)，通過(guò)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(lái)提供足夠高的電流來(lái)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)。4040IC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(wú)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(lái)創(chuàng)建定時(shí)時(shí)鐘信號(hào)和一個(gè)CMOS404012位異步紋波計(jì)數(shù)器來(lái)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