畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文電子沙漏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-01-08 15:45 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 鐘上升沿時(shí)， Q1=d Q2=c Q3=b Q4=a 這個(gè)網(wǎng)址上可以下到 CD4015BC 的數(shù)據(jù)表，可以參考一下 以下網(wǎng)址 .對(duì)于封裝形式分 SOIC16和 DIP16 兩種 。 CD4015 主要 功能介紹 與 CD4069 兼容 多個(gè) CD4069 可以組合使用 兩個(gè) CD4015 可以組成一個(gè) 15 位移位寄存器 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 高頻率 1 個(gè) 串口輸入端 低功耗模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 3 CD4015 芯片的 管腳說(shuō)明 圖 21 CD4015 的 管腳結(jié)構(gòu) CD4015 結(jié)構(gòu)和工作原理 ： 集成電路 CD4015,屬于 CMOS 電路，是雙 4 位串入 并出移位寄存器，它的每組都有一個(gè)時(shí)鐘、清除和串入端；加在 DS 端上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘脈沖上升沿的作用下向右移位。 2 個(gè)相同的，相互獨(dú)立的 4 位并行輸出 /串行輸入寄存器組成。每個(gè)寄存器分別有時(shí)鐘和復(fù)位輸入及一單串行輸入，且有各 自的 “Q”輸出。 所有寄存器位均為 D型主從觸發(fā)器。 加在數(shù)據(jù)輸入端得邏輯電平傳送至第一寄存器位，在每一個(gè)上沿傳送到下一位。復(fù)位線上的高電平完成所有位的復(fù)位加在數(shù)據(jù)輸入端得邏輯電平傳送至第一寄存器位，在每一個(gè)上沿傳送到下一位。復(fù)位線上的高電平完成所有位的復(fù)位 。 時(shí)鐘控制技術(shù) 時(shí)鐘控制 技術(shù) 簡(jiǎn)介 這里的時(shí)鐘控制系統(tǒng)主要采用 1/3 個(gè) CD4069 芯片相結(jié)合的辦法，以達(dá)到簡(jiǎn)單的控制作用。 CD4069 簡(jiǎn)要說(shuō)明： CD4069 是一個(gè)六非門電路 ,就是在一個(gè)集成電路中有六個(gè)非門 ,非門的功能是（反相） 4 即輸入 0 則輸出 1,輸入 1 則 輸出 0 . 圖 22 CD4069 的各管腳詳解 圖 23 時(shí)鐘控制電路 此為時(shí)鐘控制電路 ： 兩個(gè) 阻值分別為 1M 和 100K 的電阻 與 1/3 個(gè) CD4069 芯片 以及 的電感組成的時(shí)鐘振蕩器。 該振蕩器的具體功能是：產(chǎn)生一個(gè)頻率約為 1Hz 的連續(xù)方波，作為移位寄存器的時(shí)鐘脈沖 ，可通過(guò)改變 C1 及 R18 的大小來(lái) 調(diào)節(jié) ， 其中 T≈2RC. 亮點(diǎn)換位電路模塊 亮點(diǎn)換位電路 5 圖 24 亮點(diǎn)換位電路 亮點(diǎn)換位電路 是 亮點(diǎn)換位 的核心。 由 PNP 和 NPN 型兩個(gè)三極管組成，具體工作原理是根據(jù)三極管的開(kāi)關(guān)特性的要求形成通路的開(kāi)路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) VD`和 VD 的點(diǎn)亮循環(huán)。 其中PNP 和 NPN 型三極管分別為 9012 和 9013， R1~R15 和 R1`~R15`為 100Ω. 晶體管 VT1～ VT15 構(gòu)成 15 個(gè) NPN 型射極跟隨器，分別控制發(fā)光二極管 VD1～ VD15。晶體管 VT1`～ VT15`構(gòu)成 15 個(gè) PNP 型射極跟隨器，分別控制發(fā)光二極管 VD1`～ VD15`。15 位移位寄存器的每一位寄存單元的 Q 輸出端，同時(shí)接有 NPN 型（ VT）和 PNP 型（ VT`）兩個(gè)射極跟隨器。以第一寄存單元為例 ：當(dāng) Q=1 時(shí)， NPN 晶體管 VT1 導(dǎo)通，發(fā)光二極管VD1 亮；同時(shí) PNP 晶體管 VT`截止，發(fā)光二極管 VD1`熄滅。當(dāng) Q=0 時(shí)， NPN 晶體管 VT1截止， VD1 滅； PNP 晶體管 VT1`導(dǎo)通， VD1`亮。 重力控制模塊 由于電源開(kāi)關(guān) S S2 同時(shí)要控制移位寄存器輸入數(shù)據(jù) D 的狀態(tài)，而 D 的狀態(tài)又應(yīng)與電子沙漏的擺放位置相關(guān)，因此 S S2 設(shè)計(jì)成重力開(kāi)關(guān)，結(jié)構(gòu)如 圖 25 所示。 當(dāng)電子沙漏的 VD 發(fā)光二極管在上部時(shí)，重力開(kāi)關(guān)的位置是 S2 在上、 S1 在下， 這時(shí)，落下的金屬球使 S1 接通， + 電源經(jīng) VD18 提供給電路工 作。由于 VD17 的阻隔作用， 6 + 電源不能到達(dá) D 端， D= (VD`發(fā)光二極管在上部 )，變?yōu)镾1 在上、 S2 在下，這時(shí)，落下的金屬球使 S2 接通， + 電源經(jīng) VD17 提供給電路工作，同時(shí)經(jīng) VD16 加至 D 端，使 D=1. 圖 25 重力控制電路 此時(shí)的金屬球相當(dāng)于兩個(gè)點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān) 觸點(diǎn) 。利用重力作用使金屬球分別與上下兩個(gè)金屬觸點(diǎn)接觸，起到開(kāi)關(guān)的作用。 模塊組合 模塊組合工作 過(guò)程 圖 26 模塊組合 顯示電路： VD 輸出狀態(tài)控制電路： VT 15 位名移位寄器： IC 時(shí)鐘振蕩電路： D 輸入數(shù)據(jù)控制電路： S 7 圖 27 LED 發(fā)光二極管分布 在結(jié)構(gòu)上，兩組各 15 個(gè)發(fā)光二極管分別排列成為兩個(gè)三角形，如圖 27 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。兩個(gè)三角形的頂尖相對(duì)，組成沙漏形狀。當(dāng)上部有一個(gè)發(fā)光二極管熄滅時(shí)，相應(yīng)地下部就有一個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮，模擬了沙漏的運(yùn)動(dòng)。 8 3 電路整體分析 電路整體分析 圖 31 系統(tǒng)總電路 電路結(jié)構(gòu) ： 電子沙漏是 個(gè)級(jí)聯(lián)運(yùn)用移位寄存器的典型實(shí)例，電路 如圖 31 所示，它包括五個(gè) 部分： (1)集成 電路 IC IC2 組成的 15 位移 a 位寄存器； (2)開(kāi)關(guān) S S2，二極管 VD1 VD1 VD18,電阻 R16 等組成的輸入數(shù)據(jù)控制電路； (3)晶體管 VT1～ VT15 和 VT1`～ VT15` 組成的輸出狀態(tài)控制電路； (4)發(fā)光二極管 VD1～ VD15 和 VD1`～ VD15` 組成的顯示電路； (5)電容、電感與 1/3CD4069 組成的時(shí)鐘 電路 。 主路工作過(guò)程 集成移位寄存器 IC IC2 級(jí)聯(lián)組成 15 位移 位寄存器，構(gòu)成了電子沙漏的主體控制電路。每一位寄存單元都分別通過(guò) NPN 晶體管 VT 和 PNP 晶體管 VT`形成 Q 和 Q 兩個(gè)互 9 為反相的輸出狀態(tài)，分別控制 VD 和 VD39。兩組發(fā)光二極管。 15 位移位寄存器的串行數(shù)據(jù)輸入端 D 的狀態(tài)受位置控制電路的控制。當(dāng)電子沙漏正向放置時(shí)（發(fā)光二極管 VD1～ VD15在上部且全亮），串行數(shù)據(jù)輸入端 D=0，并在時(shí)鐘脈沖 CP 的作用下逐步右移，使 VD1～VD15 一個(gè)接一個(gè)地熄滅，同時(shí) VD1`～ VD15`一個(gè)接一個(gè)地點(diǎn)亮，直至 VD1～ VD15 全滅，VD1`～ VD15`全亮。 當(dāng)把電子沙漏上下顛倒過(guò)來(lái)后，串行數(shù)據(jù)輸入端 D=1，并在 CP 作用下逐步右移，又使 VD1`～ VD15`（此時(shí)在上部）一個(gè)接一個(gè)地熄滅，同時(shí) VD1～ VD15（此時(shí)在下部）一個(gè)接一個(gè)地點(diǎn)亮，直至 VD1`～ VD15`全滅， VD1～ VD15 全亮。 15 位移位寄存器工作過(guò)程 15 位移位寄存器由四個(gè) 4 位靜態(tài)串入 并出移位寄存器串接而成 (最后 1 位不用 )，實(shí)際電路中，移位寄存器采用了兩塊 CMOS 雙 4 位靜態(tài)移位寄存器集成電路 CD4015。每一塊CD4015 內(nèi)部含有兩組獨(dú)立的 4 位串入 并出移位寄存器，其串行數(shù)據(jù)輸入端 D 上的數(shù)據(jù)，在時(shí)鐘脈沖 CP 上升沿的作用下向右移位。設(shè) 15 位移位寄存器初始狀態(tài)為全 “1”，串行數(shù)據(jù)輸入端 D=0。當(dāng)?shù)?1 個(gè) CP 脈沖到來(lái)時(shí)，移位寄存器的第 1 位變?yōu)?0；第 2 個(gè) CP 脈沖到來(lái)時(shí)，移位寄存器的第 2 位變?yōu)?0?！?。第 15 個(gè) CP 脈沖到來(lái)時(shí)，移位寄存器的第 15 位變?yōu)?0,即 15 位移位寄存器的狀態(tài)變?yōu)槿?“0”. 由于 CD4015 的每一位寄存單元只有 Q 輸出端，因此在每一位寄存單元的 Q 端同時(shí)接有 NPN 型 (VT)和 PNP 型 (VT`)兩個(gè)射極跟隨器，其輸出狀態(tài)： VT 形成 Q,VT`形成 Q . 輸入數(shù)據(jù)控制電路 沙漏的工作模式要求。當(dāng) Q1～ Q15 為 “1”時(shí)，輸入數(shù)據(jù) D
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