自制led电子沙漏.doc

自制自制 LEDLED 电子沙漏电子沙漏doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看自制 LED 电子沙漏 一、电路整体分析 1 电路结构 电子沙漏是一个级联运用移位寄存器的典型实例，电路图如图 1 所示，它包括五个组成部分： (1)集成电路 IC1、IC2 组成的 15 位移 a 位寄存器； (2)开关 S1、S2，二极管 VD16、VD17、VD18，电阻 R16 等组成的输入数据控制电路； (3)晶体管 VT1～VT15 和 VT1'～VT15 组成的输出状态控制电路；a (4)发光二极管 VD1～VD15 和 VD1～VD15 组成的显示电路； (5)反相器 D1、D2 等组成的时钟振荡器图 2 为 其 原理方框图在结构上，两组各 15 个发光二极管分别排列成为两个三角形，如图 3 所示其中：VD1～VD15 位于上部，排列 成倒三角形；VD1'～VD15'位于下部，排列成正三角形两个三角形的顶尖相对，组成沙漏形状当上部有一个发光二 极管熄灭时，相应地下部就有一个发光二极管点亮，模拟了沙漏的运动2 简要工作原理 集成移位寄存器 IC1、IC2 级联组成 15 位移位寄存器，构成了电子沙漏的主体控制电路。

每一位寄存单元都分别 通过 NPN 晶体管 VT 和 PNP 晶体管 VT'形成 Q 和/Q 两个互为反相的输出状态，分别控制 VD 和 VD'两组发光二极管 15 位移位寄存器的串行数据输入端 D 的状态受位置控制电路的控制 当电子沙漏正向放置时 （发光二极管 VD1～VD15 在上部且全亮） ，串行数据输入端 D=0，并在时钟脉冲 CP 的作用下逐步右移，使 VD1～VD15 一个接一个地熄灭，同 时 VD1'～VD15'一个接一个地点亮，直至 VD1～VD15 全灭，VD1'～VD15'全亮 当把电子沙漏上下颠倒过来后， 串行数据输入端 D=1， 并在 CP 作用下逐步右移， 又使 VD1'～VD15' 此时在上部） （ 一个接一个地熄灭，同时 VD1～VD15（此时在下部）一个接一个地点亮，直至 VD1'～VD15'全灭，VD1～VD15 全亮 二、主要单元电路分析 1 15 位静态移位寄存器 15 位移位寄存器由四个 4 位静态串入-并出移位寄存器串接而成(最后 1 位不用)，如图 4 所示实际电路中，移位 寄存器采用了两块 CMOS 双 4 位静态移位寄存器集成电路 CD4015。

每一块 CD4015 内部含有两组独立的 4 位串入-并 出移位寄存器，其串行数据输入端 D 上的数据，在时钟脉冲 CP 上升沿的作用下向右移位设 15 位移位寄存器初始状 态为全“1” ，串行数据输入端 D=0当第 1 个 CP 脉冲到来时，移位寄存器的第 1 位变为 0；第 2 个 CP 脉冲到来时， 移位寄存器的第 2 位变为 0；……；第 15 个 CP 脉冲到来时，移位寄存器的第 15 位变为 0，即 15 位移位寄存器的状态 变为全“0” 由于 CD4015 的每一位寄存单元只有 Q 输出端， 因此在每一位寄存单元的 Q 端同时接有 NPN 型(VT)和 PNP 型(VT') 两个射极跟随器，其输出状态：VT 形成 Q，VT'形成/Q 输入数据控制电路电子沙漏的工作模式要求当 Q1～Q15 为“1”时，输入数据 D 应为“0” ；当 Q1～Q15 为“0”时，输入数据 D 应为“1” 端状态的转换由输入数据控制电路完成当 Q1～Q15 为“1”时，由 S1 接通电源，R16 将 D 端箝位到地， D D=0；当 Q1～Q15 为“0”时，由 S2 接通电源，电源电压经 VD16 加至 D 端，D=1。

2 3 输出状态控制电路 晶体管 VT1～VT15 构成 15 个 NPN 型射极跟随器，分别控制发光二极管 VD1～VD15晶体管 VT1'～VT15'构成 15 个 PNP 型射极跟随器，分别控制发光二极管 VD1'～VD15'15 位移位寄存器的每一位寄存单元的 Q 输出端，同时 接有 NPN 型（VT）和 PNP 型（VT'）两个射极跟随器以第一寄存单元为例：当 Q=1 时，NPN 晶体管 VT1 导通，发 光二极管 VD1 亮；同时 PNP 晶体管 VT'截止，发光二极管 VD1'熄灭当 Q=0 时，NPN 晶体管 VT1 截止，VD1 灭； PNP 晶体管 VT1'导通，VD1'亮 4 位置控制电路 由于电源开关 S1、S2 同时要控制移位寄存器输入数据 D 的状态，而 D 的状态又应与电子沙漏的摆放位置相关， 因此 S1、S2 设计成重力开关，结构如图 5 所示当电子沙漏的 VD 发光二极管在上部时，重力开关的位置是 S2 在上、S1 在下，如图 6(a)所示这时，落下的金属 球使 S1 接通，+4.5V 电源经 VD18 提供给电路工作由于 VD17 的阻隔作用，+4.5V 电源不能到达 D 端，D=0。

当将电子沙漏颠倒过来后(VD'发光二极管在上部)，变为 S1 在上、S2 在下，如图 6(b)所示这时，落下的金属球使 S2 接通， +4.5V 电源经 VD17 提供给电路工作，同时经 VD16 加至 D 端，使 D=15 速度控制电路 反相器 D1、D2 组成多谐振荡器，产生周期约为 1s 的连续方波，作为移位寄存器的时钟脉冲 CP调节多谐振荡 器的振荡周期，即可调节电子沙漏的流动速度振荡周期越短，沙漏速度越快 三、制作要点 1 制作 重力开关可按图 5 所示自制安装时重力开关的平面 a 应与面板平行，S2 的一端在上、S1 的一端在下电路无须 调试即可使用 2 使用 将电子沙漏竖立起来，代表沙粒的发光二极管亮点便开始往下漏漏完以后，将电子沙漏上下颠倒过来，又会重 新开始往下漏不用时，将电子沙漏横着放置，电源便会关断，所有发光二极管均熄灭1。