解析基于CD4514的循环彩灯控制电路工作原理

这个循环彩灯按照一定方向行进，但是在前进的过程中不时出现后退的变化;给人以克服困难、“不屈不挠”向前进的感觉。

电路工作原理

电路图如图所示。

电路由双路脉冲信号发生器、加减计数器、16选1计数译码器组成。脉冲计数器给出两路不同频率的脉冲信号，分别输入到加减计数器的输入端上;计数结果输出给16选1计数译码器CD4514。在CD4514的16路输出端上接有16只发光二极管，用来显示输出结果。16选1计数译码器可以按照不同的输入值，把16路输出端之中对应的一个输出端变成高电平，推动16只发光二极管轮流点亮。

对于CD40193加减计数器，它有两个计数输入端，分别进行加法和减法的计数;并且按照4位二进制数输出计数结果。如果在40193的加计数输入端和减计数输入端分别输入脉冲信号，则40193按照两者的频率之差决定计数结果的总的趋势;当加法计数输入端的计数脉冲频率大于减法计数输入端时，计数器进行加法计算;反之则进行检法计算。

如果调整双路脉冲发生器的输出频率，使得输出到40193加计数和减计数的频率之差发生变化，则可以改变计数器输出结果的总趋势;这样，输出到16选1译码器的数值可以是递增的，也可以是递减的;反映在灯光显示结果上，如果把16只发光二极管摆成一排或者一圈，灯光会给出不同的移动速度和不同的移动方向。

当两路脉冲的频率比较接近的时候，则会出现一种特殊的情况。那就是灯光移动的方向也会发生变化：一会儿向前、一会儿向后;但是总的趋势则只有一种，或者向前，或者向后。在这种情况下，循环灯虽然看起来有时向前移动，有时向后移动，但最终还是向前移动;给人以一种“不屈不挠”向前进的感觉。

双路脉冲发生器采用4069组成两组脉冲振荡器：其中一组振荡频率为5Hz;另一组为可用电位器R5调节输出频率的振荡器，可输出2～50Hz的脉冲信号。

制作与实验

1.16选1译码器集成电路4514

4514有4个计数输入端，用来输入二进制数值;它有16路输出信号，分别表示0～15的结果。选中的数值对应的输出端给出高电平，可以驱动接在上面的发光二极管发光。如果将输出结果控制模拟循环灯电路，可以将16只灯排成一列，也可以排成一个圆环。

如果用这个电路控制大型的图案，灯的数目会远远超过16只：这时可将灯分成若干组，每组16只灯，并按顺序给这16只灯编号;各组相同编号的灯并联后，接在4514的一路输出端。这时还需要给每路输出增加一个放大电路，以保证整个电路的灯发出正常的光亮。

4514有一个禁止控制端INH和一个选通控制端sT。当禁止控制端INH输入高电平时，16路输出均为低电平。当选通控制端sT输入低电平时，16路输出不受输入端控制，保持原来的输出状态。所以在本电路中，分别将它们置于译码器正常工作的状态。

2.加减计数器集成电路，

CD40193该集成电路的管脚接线图如图所示。

它是四位二进制可预置数加/减计数器集成电路;具有双时钟逻辑电路，输出结果为二进制数，最大为15。其中DP1～DP4位预置数输入端，本电路中分别将它们随意处置。Q1～Q4为计数输出端。CP+、CP-分别为加计数输入端和减计数输入端。R为重置端，本电路中接地。11、12、13这三个管脚分别为预置数重置端、进位输出端，本电路中没有使用它们，故将它们接地。

进行加法计算时，要将减计数器输入端设置为高电平，在加计数器端输入计数脉冲;进行检法计算时，要将加计数器输入端设置为高电平，在减计数器端输入计数脉冲。所以，当在这两个输入端分别输入脉冲技术信号时，其计算结果的总趋势由它们的频率之差决定;那一路计数脉冲的频率高，则输出结果的总趋势为该路的方式。如果两路输入的频率比较接近，则会产生十分复杂的情况;在某一瞬间，其计算方式也是不确定的，也可能是加，也可能是减。改变电位器R5，可以得到变化多端的效果。