解析基于CD4514的循環(huán)彩燈控制電路工作原理

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

電路工作原理

電路圖如圖所示。

電路由雙路脈沖信號發(fā)生器、加減計數器、16選1計數譯碼器組成。脈沖計數器給出兩路不同頻率的脈沖信號，分別輸入到加減計數器的輸入端上;計數結果輸出給16選1計數譯碼器CD4514。在CD4514的16路輸出端上接有16只發(fā)光二極管，用來顯示輸出結果。16選1計數譯碼器可以按照不同的輸入值，把16路輸出端之中對應的一個輸出端變成高電平，推動16只發(fā)光二極管輪流點亮。

對于CD40193加減計數器，它有兩個計數輸入端，分別進行加法和減法的計數;并且按照4位二進制數輸出計數結果。如果在40193的加計數輸入端和減計數輸入端分別輸入脈沖信號，則40193按照兩者的頻率之差決定計數結果的總的趨勢;當加法計數輸入端的計數脈沖頻率大于減法計數輸入端時，計數器進行加法計算;反之則進行檢法計算。

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

當兩路脈沖的頻率比較接近的時候，則會出現一種特殊的情況。那就是燈光移動的方向也會發(fā)生變化：一會兒向前、一會兒向后;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)燈雖然看起來有時向前移動，有時向后移動，但最終還是向前移動;給人以一種“不屈不撓”向前進的感覺。

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調節(jié)輸出頻率的振蕩器，可輸出2～50Hz的脈沖信號。

制作與實驗

1.16選1譯碼器集成電路4514

4514有4個計數輸入端，用來輸入二進制數值;它有16路輸出信號，分別表示0～15的結果。選中的數值對應的輸出端給出高電平，可以驅動接在上面的發(fā)光二極管發(fā)光。如果將輸出結果控制模擬循環(huán)燈電路，可以將16只燈排成一列，也可以排成一個圓環(huán)。

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

4514有一個禁止控制端INH和一個選通控制端sT。當禁止控制端INH輸入高電平時，16路輸出均為低電平。當選通控制端sT輸入低電平時，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.加減計數器集成電路，

CD40193該集成電路的管腳接線圖如圖所示。

它是四位二進制可預置數加/減計數器集成電路;具有雙時鐘邏輯電路，輸出結果為二進制數，最大為15。其中DP1～DP4位預置數輸入端，本電路中分別將它們隨意處置。Q1～Q4為計數輸出端。CP+、CP-分別為加計數輸入端和減計數輸入端。R為重置端，本電路中接地。11、12、13這三個管腳分別為預置數重置端、進位輸出端，本電路中沒有使用它們，故將它們接地。

進行加法計算時，要將減計數器輸入端設置為高電平，在加計數器端輸入計數脈沖;進行檢法計算時，要將加計數器輸入端設置為高電平，在減計數器端輸入計數脈沖。所以，當在這兩個輸入端分別輸入脈沖技術信號時，其計算結果的總趨勢由它們的頻率之差決定;那一路計數脈沖的頻率高，則輸出結果的總趨勢為該路的方式。如果兩路輸入的頻率比較接近，則會產生十分復雜的情況;在某一瞬間，其計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。