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,，尤其是那些會閃爍幾盞燈的電路,。市場上有許多電路和套件可以周期性、隨機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 可用于制作簡單的 LED 閃光器電路,，稱為二進(jìn)制紋波計數(shù)器,。
正如我們在計數(shù)器教程中討論的那樣，紋波計數(shù)器基本上是切換觸發(fā)器,，可以用作分頻器,，將參考時鐘輸入除以設(shè)定的量，以提供新的,、較低的頻率,，我們可以將其用作簡單LED閃光燈設(shè)計。
這些類型的計數(shù)器本質(zhì)上是異步的,，因為并非所有觸發(fā)器都會隨著外部時鐘脈沖的應(yīng)用而改變或“切換”,。通常切換發(fā)生在時鐘脈沖的下降沿。
觸發(fā)器或“T 型”觸發(fā)器是所有具有異步計數(shù)器的計數(shù)器的基本構(gòu)建塊通常被稱為“波紋計數(shù)器”,，因為輸入時鐘脈沖似乎“波紋”通過計數(shù)器作為一個時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簡單的 LED 閃光燈電路來實現(xiàn)良好的效果,。
紋波計數(shù)器由多個 2 分頻 T 型觸發(fā)器級聯(lián)在一起構(gòu)成一個 N 分頻分頻器,，其中N等于計數(shù)器的位數(shù)。常用的二進(jìn)制紋波計數(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。
然后它們的輸出計數(shù) ( Qn ) 將被定義為計數(shù)器的“第 N”級,。因此,，例如，輸出 Q6 為 2 6 = 64(時鐘頻率的1 / 64),，Q12 為 2 12 = 4096(時鐘頻率的1 / 4096)等等,。
正如我們所見，有許多可用的二進(jìn)制計數(shù)器可以周期性地,、隨機地或順序地閃爍任意數(shù)量的燈,，但是愛好者或?qū)W生可以使用一個非常通用的 IC 來制作一個簡單的 LED 閃光器，用于各種不同的照明顯示是CMOS CD4040B 12 位二進(jìn)制計數(shù)器,。
CD4040B是一款快速開關(guān)的 12 位二進(jìn)制紋波計數(shù)器,，具有十二個完全解碼的輸出(總共有 12 個單獨的 LED 序列)。這十二個輸出在時鐘脈沖的每個下降沿到達(dá)時順序切換,，產(chǎn)生二進(jìn)制輸出序列,，如時序圖所示。
4040 的輸出在每次計數(shù)時在邏輯“1”或“高”和邏輯“0”或“低”之間切換,，因此它可以產(chǎn)生移動序列,、追逐器或隨機效果,，使 4040 成為簡單 LED 的理想選擇燈光項目的閃光燈或燈光顯示器。
由于 4040 是一個 12 位紋波計數(shù)器,，十二個輸出中的每一個都將以從 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 紋波計數(shù)器用作我們簡單的 LED 閃光器電路的一部分之前，我們需要產(chǎn)生一個定時信號,。產(chǎn)生定時或時鐘信號的方法有很多種,，不勝枚舉。但用最少的元件產(chǎn)生方波定時信號的一種非常簡單有效的方法是使用專用定時 IC,，例如NE555 非穩(wěn)態(tài)定時器,。
時序周期T取決于所選的輸入時鐘頻率，其中T = 1/?,。因此,，例如，如果我們選擇 4040 12 位 (÷4096) 計數(shù)器作為我們簡單的 LED 閃光器電路的一部分,，并且我們希望第 12 位的最長計時周期為 4 秒(2 秒開和 2 秒關(guān))或 0.25Hz,，那么我們在 4040 計數(shù)器的引腳 10 上的輸入時鐘頻率需要約為 1kHz，(0.25 x 4096),，如圖所示,。
簡單的 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,，但彼此之間的速率不同(每個輸出頻率是前一個輸出頻率的一半)并且不會同時全部“打開”或全部“關(guān)閉”,，因此非常適合我們簡單的 LED 閃光燈電路。
通過使用除以 2 的分頻器/計數(shù)器,，將多個 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,。
紋波計數(shù)器輸出
計數(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 LED。
4040 計數(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 計數(shù)器輸出端子,，并且當(dāng)輸出為“低”時 LED 將“亮起”,。
上面的第二個電路顯示 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 計數(shù)器輸出端子,，并且當(dāng)輸出為“高電平”時 LED 將“亮起”,。
紋波計數(shù)器吸收和提供其輸出負(fù)載電流的能力意味著兩個 LED 都可以連接到一個輸出端子，從而增加了我們可以在簡單的 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”,，任何時候只有一個 LED 會“ON”,。
左邊的電路顯示了一個例子,。兩個 LED 將根據(jù)輸出交替切換“ON”和“OFF”，從而產(chǎn)生交替閃爍動作,。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,，這個值足以驅(qū)動或切換 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,、電磁鐵或繼電器，而不是這個簡單的 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)動負(fù)載,。
紋波計數(shù)器晶體管驅(qū)動器
如果負(fù)載電流很高，上述兩個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,、繼電器或電磁鐵等電感負(fù)載時，建議在負(fù)載端子之間直接連接一個“續(xù)流二極管”,，以吸收電感設(shè)備在改變狀態(tài)時產(chǎn)生的任何反電動勢電壓,。
也可以向輸出添加更多 LED，但請記住,，通常每個 LED 在 1.2V 時需要大約 15 至 20mA 的電流才能完全點亮,，因此在將電路連接到電池或電源時請記住這一點。4040 IC 的優(yōu)勢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)建一個非常簡單的 LED 閃光器電路,，只需使用一些常用組件,、一個 NE555 定時器來創(chuàng)建定時時鐘信號和一個 CMOS 4040 12 位異步紋波計數(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)建最簡單的 LED 閃光器電路,，因為切換功能自然適合計數(shù)操作的實現(xiàn)。
多位紋波計數(shù)器可以級聯(lián)在一起以產(chǎn)生您選擇的更大的位紋波分頻器(或計數(shù)器)或解碼以在特定二進(jìn)制計數(shù)后重置,。4060B 是一個 14 位二進(jìn)制紋波計數(shù)器,，它有自己的內(nèi)置振蕩器電路，因此只需添加一個定時電容器和兩個電阻器即可構(gòu)建一個非常簡單的 LED 閃光器電路，而無需額外的 NE555 定時電路,。
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