【正文】 015 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 端同時接有 NPN 型 (VT)和 PNP 型 (VT`)兩個射極跟隨器，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?shù)?1 個 CP 脈沖到來時，移位寄存器的第 1 位變?yōu)?0；第 2 個 CP 脈沖到來時，移位寄存器的第 2 位變?yōu)?0。每一塊CD4015 內(nèi)部含有兩組獨立的 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)，在時鐘脈沖 CP 上升沿的作用下向右移位。 當把電子沙漏上下顛倒過來后，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`（此時在上部）一個接一個地熄滅，同時 VD1～ VD15（此時在下部）一個接一個地點亮，直至 VD1`～ VD15`全滅， VD1～ VD15 全亮。 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。每一位寄存單元都分別通過 NPN 晶體管 VT 和 PNP 晶體管 VT`形成 Q 和 Q 兩個互 9 為反相的輸出狀態(tài)，分別控制 VD 和 VD39。 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 個級聯(lián)運用移位寄存器的典型實例，電路 如圖 31 所示，它包括五個 部分： (1)集成 電路 IC IC2 組成的 15 位移 a 位寄存器； (2)開關(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 組成的時鐘 電路 。兩個三角形的頂尖相對，組成沙漏形狀。 模塊組合 模塊組合工作 過程 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 個發(fā)光二極管分別排列成為兩個三角形，如圖 27 所示。由于 VD17 的阻隔作用， 6 + 電源不能到達 D 端， D= (VD`發(fā)光二極管在上部 )，變?yōu)镾1 在上、 S2 在下，這時，落下的金屬球使 S2 接通， + 電源經(jīng) VD17 提供給電路工作，同時經(jīng) VD16 加至 D 端，使 D=1. 圖 25 重力控制電路 此時的金屬球相當于兩個點動開關(guān) 觸點 。 重力控制模塊 由于電源開關(guān) S S2 同時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)又應與電子沙漏的擺放位置相關(guān)，因此 S S2 設計成重力開關(guān)，結(jié)構(gòu)如 圖 25 所示。以第一寄存單元為例 ：當 Q=1 時， NPN 晶體管 VT1 導通，發(fā)光二極管VD1 亮；同時 PNP 晶體管 VT`截止，發(fā)光二極管 VD1`熄滅。晶體管 VT1`～ VT15`構(gòu)成 15 個 PNP 型射極跟隨器，分別控制發(fā)光二極管 VD1`～ VD15`。 由 PNP 和 NPN 型兩個三極管組成，具體工作原理是根據(jù)三極管的開關(guān)特性的要求形成通路的開路，進而實現(xiàn) VD`和 VD 的點亮循環(huán)。 CD4069 簡要說明： CD4069 是一個六非門電路 ,就是在一個集成電路中有六個非門 ,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 時鐘控制電路 此為時鐘控制電路 ： 兩個 阻值分別為 1M 和 100K 的電阻 與 1/3 個 CD4069 芯片 以及 的電感組成的時鐘振蕩器。復位線上的高電平完成所有位的復位 。 加在數(shù)據(jù)輸入端得邏輯電平傳送至第一寄存器位，在每一個上沿傳送到下一位。每個寄存器分別有時鐘和復位輸入及一單串行輸入，且有各 自的 “Q”輸出。片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 3 CD4015 芯片的 管腳說明 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，它的每組都有一個時鐘、清除和串入端；加在 DS 端上的數(shù)據(jù)在時鐘脈沖上升沿的作用下向右移位。1 個 串口輸入端 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 多個 CD4069 可以組合使用 CD4015 主要 功能介紹 D 為串行數(shù)據(jù)輸入端， CL端每輸入一個上升沿時鐘時， D 端的數(shù)據(jù)從 Q1 向 Q4 傳遞一位。漏完以后，將電子沙漏倒過來，又會重新開始一粒一粒往下漏。電子沙漏用電子電路控制的發(fā)光二極管表示沙粒，模擬沙漏的運動過程。每個功能模塊都是獨立的 模塊 ，擁有自己的 調(diào)節(jié)電路 。一旦 變化信號 ，就會 產(chǎn)生彩燈移位 ，以便人們 觀賞。 2 2 電子沙漏 系統(tǒng)的構(gòu)架 本 文 所設計 的系統(tǒng)主要面向 青少年 設計，本系統(tǒng)由 CD4015 芯片 構(gòu)成主控部分，對 由重力作用產(chǎn)生的信號變化 進行檢測， 并進行一系列的變化。 如今，人們已經(jīng)在新科技產(chǎn)品中找到了科技和娛樂之間的平衡。 現(xiàn)在玩具要有特色 ， 不僅包括動漫玩具，禮品，飾品 ， 還有個性的 創(chuàng)意制作。而這些癥狀越來越多地在孩子 們身上體現(xiàn)出來。正因如此，近年來 電子玩具 總銷售量都呈現(xiàn)連續(xù)攀升的勢頭，隨著人們 生活水平 的提高，有更多的人選用了 電子玩具娛樂 ，每年的增長幅度都在 28％以 上。 電子玩具 系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 中華人民共和國國家統(tǒng)計局統(tǒng)計， 2021 年 11 月 1 日零時全國總?cè)丝?為 132802 萬人，居住在城鎮(zhèn)的人口 58157 萬人；城鎮(zhèn)平均每個家庭戶的人口為 人，共 18844 萬戶。因此，人們越來越 迫 切要求采用有效的措施，以滿足日益增長的 求新。 CD4015 chip 目 錄 1 緒論 ............................................................................................................................................. 1 電子沙漏的出現(xiàn) ...................................................................................................................... 1 電子玩具系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 ...................................................................................................... 1 2 電子沙漏系統(tǒng)的構(gòu)架 ................................................................................................................. 2 電子沙漏的核心原理與應用 .................................................................................................. 2 CD4015 主要 功能介紹 ......................................................................................................... 2 CD4015 芯片的管腳說明 ........................................