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圣誕節(jié)即將來臨，當電子學生或業(yè)余愛好者的想法轉向為他們的家做一個圣誕節(jié)電路時，尤其是那個閃爍幾盞燈的圣誕節(jié)電路。

市場上的許多電路和套件可以定期，隨機或順序閃爍任意數(shù)量的燈，但是一個非常通用的IC，業(yè)余愛好者或學生可以使用它來制作一個簡單的圣誕燈序列器用于各種不同的季節(jié)性照明顯示器是CMOS4017B Johnson Counter。

4017B是一個快速切換的5級Johnson十進制計數(shù)器，配有10個完全解碼的輸出（總計10個單獨的光源）。這十個輸出在時鐘脈沖的每個新的正向邊緣到達時一次一個地切換。在任何一個時刻只有一個輸出處于邏輯“1”或“高”，而所有其他輸出都以邏輯“0”或“低”清除，因此它可以產(chǎn)生移動序列或追蹤效果，使4017理想為順序用于圣誕燈項目的LED或照明顯示器。

4017B基本上是一個循環(huán)移位寄存器，其串行輸出連接回其串行輸入，以產(chǎn)生特定的序列。 4017B Johnson計數(shù)器還可用于分頻應用以及十進制計數(shù)器或十進制解碼顯示應用。

4017B被歸類為計數(shù)器，因為它在應用時鐘時表現(xiàn)出特定的狀態(tài)序列信號或脈沖。由于4017B用作同步計數(shù)器，所有內部觸發(fā)器的開關動作來自公共時鐘信號，如圖所示。

4017B約翰遜十年計數(shù)器

音序器定時信號

但在我們使用4017B Johnson計數(shù)器作為圣誕燈音序器電路的一部分之前，我們需要產(chǎn)生一個定時信號。使用專用IC（例如NE555或使用晶體管或晶體振蕩器的離散非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路）有許多不同的方式來產(chǎn)生時序或時鐘信號。名單是無止境的。但是，使用施密特觸發(fā)器反相器生成方波定時信號的一種非常簡單有效的方法是使用施密特觸發(fā)器反相器。

施密特觸發(fā)器，以其發(fā)明人命名，是一種電壓敏感的雙態(tài)器件，采用反相器或非門的形式。使用施密特觸發(fā)器產(chǎn)生可變方波定時信號的優(yōu)點是它使用一個產(chǎn)生遲滯的特殊閾值電路，通過在它之間切換時“觸發(fā)”觸發(fā)電壓來防止不穩(wěn)定的切換。狀態(tài)。這允許在“HIGH”和“LOW”之間進行可靠的切換，或者邏輯“0”和邏輯“1”之間的切換，使其成為我們圣誕燈序列器項目的方波定時信號的理想選擇。

考慮到施密特變頻器如圖所示。當電位器抽頭的位置位于圖的底部時，輸入到施密特反相器的電壓為低，表示邏輯電平“0”，并低于邏輯門的下輸入閾值電平。由于施密特觸發(fā)器是一個反相器，因此產(chǎn)生的輸出將處于邏輯電平“1”的高電平。

因為電位器刮水器是向+ 5V移動，當 Vi 的電壓等于或高于更高的閾值輸入或更高的跳變點（ V HTP 時，會出現(xiàn)一個點span>）使施密特逆變器改變狀態(tài)?，F(xiàn)在存在輸入處于邏輯電平“1”并且輸出處于邏輯電平“0”的情況。然后，施密特觸發(fā)器用作反相器或 NOT Gate 。

同樣，如果電位器抽頭的位置為+ 5V并降低到0V，則會出現(xiàn)一個點。 Vi 處的電壓等于或低于下限閾值輸入或下限跳變點（ V LTP ），導致施密特逆變器再次改變狀態(tài)。

然后通過改變施密特變換器輸入端的電壓值在其上下閾值跳變點之間，我們可以使輸出改變狀態(tài)，這是施密特背后的基本思想。非穩(wěn)態(tài)振蕩電路。如圖所示，通過用 RC （電阻 - 電容）電路替換電位器，我們可以通過施密特反相器對電容器進行充電和放電。

Schmitt Astable波形發(fā)生器

假設定時電容 C T 完全放電，施密特觸發(fā)器的輸入為邏輯“0”，因此其輸出為邏輯“1”，電容器將開始通過定時電阻器指數(shù)充電， R T 從右到左。電容器充電的速度取決于它們的 RC 時間常數(shù)。

在某些時候，電容器極板上的電壓將達到施密特觸發(fā)器的較高閾值輸出從邏輯“1”切換到邏輯“0”。由于施密特觸發(fā)器的輸出有效地處于0v電位，因此電容器開始通過定時電阻器放電回來， R T 從左到右以由它們的 RC 時序常數(shù)。

當放電電容板上的電壓達到施密特觸發(fā)器的下限閾值時，它會使其改變狀態(tài)并重復整個過程。

通常，較高的閾值點 V HTP 通常出現(xiàn)在電源電壓的65％（2 / 3rds）附近，而閾值較低點出現(xiàn)在電源電壓的35％左右（1/3）。任何施密特觸發(fā)器反相器，如4106,4584,74LS14,74LS19等，都可用于產(chǎn)生定時信號或甚至施密特NAND門，如4093,74LS132等。

然而，使用不同的邏輯無論是CMOS還是TTL（74LSxx，74HLSxx，74HCTxx）都會產(chǎn)生不同的上下跳變點，從而導致輸出時序波形的工作頻率和標記 - 空間比不同。通常，不同邏輯子系列的振蕩頻率誤差不是問題，尤其是在較高頻率時，但可以是 1.2RC 到 1.5RC 的任意值，使用廣義公式對于施密特非穩(wěn)態(tài)波形發(fā)生器給出如下：

施密特波形頻率

其中：Beta（β）可以是1.2和1.5之間的任何固定值，具體取決于所使用的邏輯門系列。

如果我們更換固定定時電阻， R T 帶電位器，可為我們的圣誕燈定序器電路生成可變頻率方波定時信號。顯然，當電位器在一個方向上完全轉動時，我們不希望定時電阻的值等于零，因為這會使施密特反相器短路。因此，為防止這種情況發(fā)生，需要將一個小值固定電阻與電位器串聯(lián)，以提供至少一些定時電阻。

使用時序 RC 網(wǎng)絡的組件在圣誕燈序列器中，您可以使用任何值來產(chǎn)生您選擇的振蕩頻率。當電位計從最小值調整到最大值時，以下施密特非穩(wěn)態(tài)電路將提供從大約10Hz到6kHz的輸出頻率。額外的施密特觸發(fā)器反相器 IC1b 用作反相緩沖器，有助于清除時序波形并改善振蕩器的性能。由于每個40106B IC有六個逆變器，因此有足夠的備用。

圣誕燈序列發(fā)生器波形發(fā)生器

好的，現(xiàn)在我們有一個十年計數(shù)器和一個非常穩(wěn)定的波形振蕩器電路，我們現(xiàn)在需要一些燈來組成我們新奇的圣誕燈音序器電路。這些可以是從LED到微型白熾燈的任何類型的燈或燈。如果您希望計數(shù)器的輸出也可用于驅動光耦合器，而光耦合器又可用于切換三端雙向可控硅開關元件或晶閘管以切換電源電壓燈。對于這個簡單的圣誕燈序列器教程，我們將使用LED。

4017B十進制計數(shù)器有10個完全解碼的輸出，每個輸出能夠切換到20mA。每個解碼輸出通常為低（邏輯“0”）并且順序地一次一個地切換為高（邏輯“1”）。這里的優(yōu)點是我們可以使用每個輸出直接驅動單個LED，并且更好，因為任何時候只有一個LED點亮，所有10個LED只需要一個限流電阻，如圖所示。

完成燈光序列發(fā)生器波形發(fā)生器

可以修改1kΩ串聯(lián)電阻的值，以滿足所選電源電壓的電壓/電流要求。也可以在輸出端增加更多LED串聯(lián)，但請記住，通常每個LED在2V時需要最小約10mA的正向電流才能完全發(fā)光。

如果您有其他類型的圣誕燈序列器應用程序需要驅動更多LED或更多輸出功率的地方，然后解碼輸出可用于驅動開關晶體管的基極或功率MOSFET器件的柵極，如圖所示。

以及切換只需燈和LED，晶體管，無論是雙極MOSFET還是可以用來切換電磁繼電器線圈或固態(tài)繼電器的輸入，以增加圣誕燈序列發(fā)生器電路的靈活性。

除以N計數(shù)器

如圖所示連接，復位引腳（引腳15）連接到0伏時，4017B約翰遜計數(shù)器作為十分頻計數(shù)器，每個輸出在每十個時鐘信號上變?yōu)楦唠娖健?/ p>

但是除了驅動所有十個LED之外，4017B Johnson計數(shù)器也可以是c配置為具有“N”個解碼輸出的計數(shù)器，其中“N”可以是2到9之間的任何數(shù)字。

通過將復位引腳（引腳15）連接回其中一個輸出而不是直接對于接地，計數(shù)器可以配置為2分頻，4分頻計數(shù)器等，以便在2到10之間順序驅動2,4,8或任意數(shù)量的LED。

所以例如，我們只想按順序閃爍四個LED，我們將復位引腳連接到第五個輸出（引腳10），每個LED將在每四個時鐘信號到達時閃爍。同樣，如果我們只想閃爍六個LED，我們會將復位引腳連接到第七個輸出（引腳5），依此類推。

圣誕燈序列發(fā)生器電路

全部放入一起。完整的圣誕燈序列發(fā)生器電路如下所示，帶有施密特非穩(wěn)態(tài)振蕩器，十進制計數(shù)器和LED。使用施密特觸發(fā)器產(chǎn)生一個非常簡單和便宜的非穩(wěn)態(tài)振蕩器，但任何振蕩器或555定時器電路都可以。 RC值的不同組合可用于提供您選擇的可變頻率方波定時信號。