電子專業(yè)的學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，稱為二進制紋波計數(shù)器。

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 位二進制計數(shù)器。

CD4040B是一款快速開關(guān)的 12 位二進制紋波計數(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時順序切換，產(chǎn)生二進制輸出序列，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 )的二進制序列切換高電平或低電平，如下面的時序圖所示。

4040紋波計數(shù)器時序圖

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載電流或連接在輸出端子和電源之間地源負載電流。例如：

下沉和輸出

在上面的第一個電路中，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 計數(shù)器輸出端子，并且當輸出為“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)動負載。

紋波計數(shù)器晶體管驅(qū)動器

如果負載電流很高，上述兩個示例中的晶體管可以用功率 MOSFET 器件或達林頓晶體管代替。當使用電機、繼電器或電磁鐵等電感負載時，建議在負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制計數(shù)后重置。4060B 是一個 14 位二進制紋波計數(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。

　　審核編輯：湯梓紅