按时序追逐运行的跑马灯(年赛题)

时间：2023-03-03 理论教育版权反馈

【摘要】：⑦“跑马灯”必须是晚上运行，白天停止工作。电磁继电器为双刀双掷型，其中K1管理后续电路的工作原理使跑马灯电路白天不工作，晚上运行。图10－30实训电路中的S2为“灯停”按键，是为了便于在短时间内观察确认跑马灯工作过程及其结果正确与否而设置，见赛题内容要求⑦所述。

1．题意

该制怍能自行识别工作环境，即白天“跑马灯”自行停止运行，待到傍晚天暗下来，数码管自动显“0”时，说明“跑马灯”电路得电即可以工作运行。此后手动按下工作按键，电路延时10s，在延时的同时，数码管倒计时显示“0、9、8、7、6、5、4、3、2、1、0”。当其从“1－0”瞬间，“跑马灯”立即工作并分两路运行，工作过程是:

①第一路是绿灯、红灯(绿灯在前，红灯在后)在黑暗背景中流动。当绿灯独自从头到尾流动时，这一路的任何变色管不亮，形成黑暗背景。而绿灯在尾部消失瞬间，红灯立即出现在头部并开始从头部到尾部独自地沿原绿灯路线在黑暗背景中流动。当红灯在尾部消失的瞬间，绿灯便立即又出现在头部并再次从头部到尾部独自地在黑暗中流动……彼此循环往复。

②第二路是绿灯、红灯(绿灯在前、红灯在后)在橙色背景中流动。当绿灯独自从头到尾流动时，这一路变色管则显橙色，形成橙色背景。绿灯在尾部消失瞬间，红灯立即出现在头部并开始从头部到尾部地独自沿原绿灯路线在橙色背景下流动，当红灯在尾部消失的瞬间，绿灯立即出现在头部并再次从头部到尾部独自地在橙色背景中流动……彼此循环往复。直到第二天凌晨天亮后，数码管熄灭……再到傍晚时，作品又重复上述过程。

2．设计要求

①电源稳压管输出电压用绿发光二极管指示;

②脉冲信号发生器输出用红发光二极管指示;

③二路“跑马灯”各用5只变色发光二极管制作;

④数码管得电后显示“0”，倒计时只能从“0”开始，经“0－9－8－7－6－5－4－3－2－1－0”再停在“0”状态，此间延时10s。

⑤“跑马灯”严格地按照“手动按下工作键后”，当倒计时至“1－0”瞬间开始运动，，在运动过程中，数码管始终保持“0”态。

⑥“跑马灯”务必分两路，一路在“黑暗”背景中运行; 另一路在“橙色”背景中运行。

⑦“跑马灯”必须是晚上运行，白天停止工作。在不影响这一功能情况下，为了方便制作者调试及评审工作，能在短时间内考查电路运行情况，参赛者务必将2只按键中按柄稍低的一只作为“灯停”按键(例如并联在延时电容器两端)，以便需要时按一下该按键，此时，即不影响光控状态，又可迫使跑马灯停止运行，便于在短时间内观察确认过程与其结果正确与否。

3．电路工作原理(如图10－30所示)

(1)直流稳压电源

本制作使用的电源变压器为2～3W、220V/15V，采用集成稳压芯片LM7809，故其输出的直流电压V0等于9V，并用绿色发光二极管LED指示V0的有无。

(2)光－电开关芯片IC2A(1/2556)及其外围器件与光敏电阻RG、晶体三极管VT1、电磁继电器K等组成光一电开关电路。电磁继电器为双刀双掷型，其中K1管理后续电路的工作原理使跑马灯电路白天不工作，晚上运行。

图10－28 LM556引脚排列

图10－29 CD40110引脚排列

(3)脉冲波形成电路

集成芯片IC2B(1/2556)与其外围元件组成脉冲——矩形波形成电路(LM556引脚图见图10－28所示)，调节RP2的阻值大小，可调节脉冲波频率的高低，用红色发光二极管指示脉冲的输出情况。

(4)倒计时电路

IC3(CD40110)与数码管组成倒计时电路，CD40110的引脚图见10－29所示。

CD40110能完成十进制的加法、减法、进位、借位等计数功能，并能直接驱动小型七段LED数码管，其逻辑功能见表10－2。

表10－2 CD40110逻辑功能表

R(5脚)为清零端，R=1时，计数器异步清零。

CP为时钟端，CPU(9脚)为加法计数时钟，CPD(7脚)为减法计数时钟。

CO(10脚)加计数进位输出，BO(11脚)减计数借位输出。

TE(4脚)为触发器使能端，TE=0时，计数器工作，TE=1时，计数器处于禁止状态，即不计数。

LE(6脚)为锁存控制端，LE=1，显示数据保持不变; 但它的内部计数器仍正常工作。

(5)跑马灯电路

这部分电路主要由2片CD4017(IC6、IC7)与十只红绿变色发光二极管组成，其中五只共阴，另五只共阳。CD4017随输入的时钟脉冲Q0～Q9先后相继轮流输出高低电平，连接方法见图10－30所示。

CD4011与CD40110电路符合赛题内容的第④、⑤点要求，其工作原理:

白天K1－1、K1－2断开，数码管不显字。晚上K1－1、K1－2接通，又因为CD40110的5脚R=1，计数器清零，于是数码管显0，当数码管显0时，a－f为1，g=0，与非门IC4A(1/4 CD4011) ，IC5(LM358)输出约低电平，电磁继电器K2保持常开，即K2－1、K2－2断开，导致IC6、IC7既与工作电源断开，也断开了输入脉冲，所有变色二极管熄灭，跑马灯不工作。

晚上，当手动按下工作按键S，则CD40110的触发使能端4脚为TE=0，进入计数状态，而此时CD40110的7脚输入减法计数脉冲，便开始倒计时，数码管相应显示0－9－8－7－6－5－4－3－2－1－0。当数码管显示至“1－0”瞬间，又回到f=1，g=0状态，计数器停止计数，数码管便稳定在0。就在S1键按下时，VT2的基极变为低电位而截止，其集电极电位UC升高至近9V，此时UC经R16给C7充电，当UC7电位高于IC5②脚电位时，IC5(LM358)输出高电平，K2吸合。即K2－1、K2－2均由常开变为常闭，跑马灯开始工作，可以通过调整R16或C7大小调整C7的充电时间，使其与倒计时的时间同步。