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摘要：
本文設(shè)計的直流電源方向顯示器是利用三極管是否導(dǎo)通對外接的直流電源正負(fù)極進行方向判斷，通過二進制可逆計數(shù)器計數(shù)、四-十六線譯碼器譯碼后，驅(qū)動發(fā)光二極管按不同的方向依次點亮。當(dāng)電路中沒有外接直流電源時，則發(fā)光二極管將不發(fā)光。
關(guān)鍵詞：
直流電源；計數(shù)；譯碼；顯示
電流的形成是由于導(dǎo)體中的自由電子在電場力的作用下，做有規(guī)則的定向運動，但是習(xí)慣上規(guī)定正電荷移動的方向為電流的方向。為了形象直觀地表示出直流電源中電流的運動方向，本文設(shè)計了直流電源方向顯示器，可以對電路中是否外接直流電源以及直流電源方向進行判斷并顯示。
1.電路框圖
直流電源方向顯示器電路是由電源電路、方向檢測和邏輯控制電路、閘門電路、計數(shù)電路、譯碼電路、顯示電路六部分組成。其原理框圖如圖1所示。
2.1電源電路
電源電路由變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路組成。在此設(shè)計中變壓電路采用220/18V的變壓器；整流電路是采用整流橋?qū)崿F(xiàn)，也可以采用四個整流二極管組成橋式整流（例如用1N4001）；濾波采用電容濾波實現(xiàn)；穩(wěn)壓電路是采用LM317三端集成穩(wěn)壓器實現(xiàn)，本設(shè)計中可輸出1.25～27V電壓，將輸出調(diào)節(jié)成5V直流電壓給各芯片供電即可。具體原理圖如圖2所示。
2.2方向檢測和邏輯控制電路
方向檢測電路主要由兩個NPN三極管9014組成，六反相器CD4069實現(xiàn)邏輯控制，原理圖如圖3所示。當(dāng)輸入模塊外接上正下負(fù)3V電池時，三極管Q1導(dǎo)通，Q2截止。電流經(jīng)Q1的發(fā)射結(jié)、R4電阻形成回路。Q1的集電結(jié)將低電平輸入到CD4069的1腳，2腳輸出高電平到CD4516芯片的第10腳，使=1；同時，2腳的高電平使二極管D1導(dǎo)通，CD4069的5腳輸入高電平，6腳輸出低電平到CD4516的5腳端，從而控制芯片CD4516進行加計數(shù)。反之，當(dāng)輸入模塊外接上負(fù)下正的3V電池時，三極管Q2導(dǎo)通，Q1截止。電流經(jīng)Q2的發(fā)射結(jié)、R5電阻形成回路。Q2的集電極輸出低電平到CD4069的3腳，4腳輸出的高電平使二極管D2導(dǎo)通，5腳輸入為高電平，6腳輸出低電平到CD4516的5腳端；同時，由于Q1截止，集電極輸出高電平到CD4069的1腳，2腳輸出低電平，使=0，從而控制芯片CD4516進行減計數(shù)。當(dāng)輸入模塊沒有外接直流電源時，三極管Q1、Q2均截止，方向檢測電路不工作。
2.3閘門電路
閘門電路由晶體振蕩器電路和分頻器電路組成，原理圖如圖4所示。晶體振蕩器電路采用32.768kHz石英晶體，通過CD4060內(nèi)部振蕩電路外加電阻構(gòu)成。分頻器由CD4060實現(xiàn)14分頻后從3腳輸出2Hz的脈沖信號。
2.4計數(shù)、譯碼和顯示電路
計數(shù)由二進制可逆計數(shù)器CD4516芯片完成，譯碼采用四—十六線譯碼器CD4514完成，顯示電路由發(fā)光二極管和電阻組成，原理圖如圖5所示。CD4516的功能表如表1所示，當(dāng)CD4516的5腳端、1腳EN端、9腳RD端均為低電平時，在15腳CP脈沖的上升沿作用下，=1，進行加法計數(shù)，=0時，進行減法計數(shù)。譯碼器CD4514的功能表如表2所示，當(dāng)CD4516為加計數(shù)時，即外接直流電源的方向為上正下負(fù)時，譯碼器能夠從左向右依次驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光。顯示電路如圖5所示，由發(fā)光二極管和電阻組成。當(dāng)發(fā)光二極管的陽極加高電平時，二極管發(fā)光；相反，發(fā)光二極管的陽極加低電平時，發(fā)光二極管不發(fā)光。
3.結(jié)論
本文介紹的直流電源方向顯示器的設(shè)計，可以鞏固數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識及增強理論知識的應(yīng)用能力，控制發(fā)光二極管依次發(fā)光的速度也可以用非門和電阻組成的閘門電路完成。計數(shù)和譯碼也可以采用其它的可逆計數(shù)器和譯碼器實現(xiàn)。
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作者:劉麗華 胡健 霍平平 單位:北京電子科技職業(yè)學(xué)院電信工程學(xué)院