多种信号波形演示器

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多种信号波形演示器由控制电路和卡装有发光二极管的演示模板组成,既能显示典型的模拟信号如正弦波在幅值、时间二维上的连续变化,又能逼真地显示各种脉冲信号中波形幅值的突变,以及阶跃历时极短的现象。本演示器电源电压范围宽(6~9V),功耗小(6V6mA),安装正确即可工作。

本演示器的设计思路是充分利用三块数字集成电路,以每秒扫描一个点的速度,驱动发光二极管VD1~VD17依次亮1秒。通电即自动循环扫描。

图1
图1 🔍原图 (948×585)

8种信号波形绘在一块演示模板上,图1是其发光二极管的布阵图。在波形上,除幅值跳跃部分之外,其它部分均匀开孔。不改变VD1~VD17与控制电路的接线,将VD1~VD17编排在任一波形上的卡孔中:按照卡孔从左至右序号递增的排序,把奇数号或偶数号VD卡在波形幅值连续变化区段的孔中,实现慢扫描,每2秒扫描一点(即一个发光二极管),每点亮1秒;将序号相邻的VD卡在幅值跳跃部分始末对应的两个孔位,两孔间波形线条较长,前一个VD灭,后一个VD亮,由此实现快扫描。

控制电路主要由十进制计数译码器IC1、IC2和施密特触发器IC3构成(参见图2)。IC3a和R1、C1构成秒脉冲发生器。IC1和IC2分别连成下降沿触发和上升沿触发计数状态,接收来自IC3a的秒级控制脉冲CP。IC2的输出Y02~Y82对应连接VD1~VD9的正极,IC1的输出端Y11~Y81对应连接VD10~VD17的正极,VD1~VD17(3122D型)的负极均接地。R2、C2和R3、C4分别组成两个微分电路,为IC1和IC2上电自动清零。IC1和IC2的输出信号Y91、Y92通过IC3b、IC3c、IC3d生成IC1和IC2所需的使能信号EN—。同时Y92经R2、C3组成的微分电路也能对IC1清零。采用6~9V电池供电时,直径为3mm的VD1~VD17无须限流电阻。

图2
图2 🔍原图 (1128×818)

控制电路上电瞬间,清零信号R1和R2均为高电平,IC1、IC2清零,此后IC2和IC1轮流工作(EN—=0时,IC2工作;EN—=1时,IC1工作)。每当IC2和IC1各工作一次,即完成对VD1~VD17逐点扫描的一次循环。结合图2,具体作如下分析。

电路通电之后,IC3a最先送出第一个(n1号)秒脉冲CP(T≈a·R1·C1,α<1)的后沿。此时IC1和IC2已第一次清零结束,输出Y02和Y01均为高,点亮VD1,而Y12~Y92和Y11~Y91均为低,VD2~VD17均灭。IC1和IC2的使能信号均为EN—=Y91—·Y92=0—·0=0为低。EN1—=0禁止IC1计数,使其保持Y01为高,Y11~Y91为低;EN2—=0使能IC2,它开始接收第n2~n9号脉冲CP前沿的触发,使Y02=1步进成Y12~Y82依次为高,结果VD1~VD9依次亮1秒。由IC2工作,完成对VD1~VD9的逐点扫描。

第n10号CP前沿刚送入IC2,使Y82=1步进成Y92由低变高(Y82变低,VD9变灭),经R2、C3生成R1清零尖脉冲,再次清零IC1。此时EN—=0-·1=1,禁止IC2计数,使Y92=1,Y02~Y82=0,VD1~VD9灭;使能IC1,它开始接收第n10~nl7号CP后沿的触发,使原来保持的Y01=1步进成Y11~Y81依次为高,结果VD10~VD17依次亮1秒。由IC1工作完成对VD10~VD17的每秒逐点扫描。至此,IC2和IC1各工作一次,完成对VD1~VD17的第一次扫描。其中,VD9灭至VD10亮的间隔仅为半秒,并不影响演示效果。

第n18号CP后沿刚送入IC1,使Y81=1步进成Y91由低变高(Y81变低,VD17灭),使EN—=1-·1=0,禁止IC1计数,使Y91=1、Y11~Y81=0,VD10~VD17灭;使能IC2,它又接收第n19~n27号CP前沿的触发,使原来保持的Y92=1步进成Y92~Y82依次变高,结果VD1~VD9依次亮1秒。由IC2工作,完成对VD1~VD9的第二次扫描任务。

第n28号CP前沿刚送入IC2,使Y82=1步进成Y92由低变高,生成R1清零尖脉冲,清零IC1,使Y91变低,Y01变高。EN—=0-·1=1,禁止IC2计数,使能IC1。如此反复,便形成了周期为18秒的自动循环扫描过程。 (李文石 孟宪君)