03.04 如何設計一個閃爍頻率為2Hz的閃光電路?

愛熊貓的偽文青


提問者的意思:如何設計一個閃爍頻率為2Hz的閃光電路?

閃爍頻率為2HZ,則閃爍週期為T=1/f=0.5s,即500ms,也就說要求LED燈500ms閃爍一次,即平均1s閃爍兩次。可實現的方式有很多,下面列舉幾種常用的例子供大家參考。

一、使用處理器(CPU)實現

若有處理器(單片機、DSP、ARM、CPLD、FPGA等)的情況下,實現起來很簡單,使用處理器其中的一個I/O口作為輸出驅動三極管,控制LED亮滅交替變化。通過簡單的編程使I/O口250ms輸出高電平,250ms輸出低電平,即可實現週期為500ms,頻率為2HZ的閃爍。

I/O口的輸出波形如下:實際就是使I/O口輸出頻率為2HZ的方波。

下圖使用NPN三極管驅動LED燈亮滅,當高電平時,LED亮;當低電平時,LED滅。三極管的驅動電路原理如下:

二、使用555定時器實現

555定時器的功能很強大,可以輸出任意佔空比、頻率約300KHZ以內的PWM波,如下圖555定時器方波發生器原理,其輸出波形的週期計算公式為:TH=ln2*R1*C1,TL=ln2*R2*C1,其中ln2≈0.7,如下圖取值R1=R2=768KΩ,C1=470μF,計算得TH≈250ms,TL≈250ms,所以該方波週期為T=TH+TL=500ms,頻率為1/T=2HZ。

555定時器輸出端的驅動能力約200mA左右,因此只接一個LED燈時可以不用三極管等器件作為驅動,可直接555定時器的輸出腳(4腳)。

上圖為佔空比為50%的方波發生器原理,使用二極管D1和D2改變電容C1充放電的順序,從而實現電容C1充電時只經過R1,放電時經過R2。若去掉這兩個二極管,其充放電的週期公式為:TH=ln2*(R1+R2)*C1,TL=ln2*R2*C1。

三、使用兩個三極管搭建LED閃爍電路(多諧振盪器)

如下圖是非常經典的LED交替閃爍電路,該電路是使用兩個NPN三極管及電容充放電的原理實現LED1和LED2交替閃爍,若只需1個或1組LED時,可將LED2使用電阻代替即可。此電路屬於多諧振盪電路,兩個三極管一個管子導通時,另一個截止,通過容阻耦合使兩個管子交替導通與截止,從而產生自激震盪。

其原理是:上電瞬間,由於電路兩邊的參數會有微小差異,兩個管子導通時間肯定有先後,促使其中一個管子導通而另一個截止,形成一個暫穩態。假設Q1導通,Q2截止,則此時Q1的集電極(即電容C1左端)的電壓為0,Q1基極的電壓約為0.7V,此時,電容C1通過電阻R2進行充電,且電容C2也通過電阻R4進行充電,(假設VCC電壓為5V)則電容C2充滿後電容兩端電壓為4.3V(左端0.7V,右端5V),因為R4的阻值遠遠比R2小,因此電容C2的充電速度要比C1快得多(頭條@技術閒聊原創)。當C1右端的電壓達0.7V時,Q2導通。此時,電容C2的右端電壓直接被拉地(即電壓為0),但是電容兩端的電壓不能突變,則該電容左端電壓瞬間變為-4.3V(原電容C2兩端的電壓為4.3V),Q1立刻截止,形成另一個暫穩態。此時電容C2開始通過R3放電,放完後又開始反向充電,當電容C2左端電壓達0.7V時,Q1又導通。同理Q1導通使電容C1左端電壓變為0V,反饋到電容右端電壓變為-4.3V,Q2截止,又進入下一個暫穩態,如此反覆。

其多諧振盪器的震盪週期為T=0.7(R2C1+R3C2),由於R2和R3、C1和C2的值相同,因此T=1.4*R2*C1,通過改變電容C1、C2和電阻R2、R3的值可改變閃爍頻率。對於新手來說這個電路比較難理解,大家可以慢慢體會。

總結:上文提供了三種比較常用的LED閃爍方案,第一種使用處理器實現比較簡單,但是前提原系統當中已有處理器可直接使用,否則只是為了LED閃爍單獨設計一個處理器划不來,成本太高;第二種方案使用555定時器製作,也是很常用的方法,一個555芯片加一些電容電阻即可實現,原理簡單,成本也較低;第三種是非常經典的多諧振盪電路,只要兩個三極管加幾個電容電阻即可實現,成本低。

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經瞭解,提問者想在麵包板上搭一個LED閃光電路,要求閃光頻率在2Hz左右。這裡我們介紹兩款簡單易制的LED閃光電路。

一、採用自閃爍LED構成的閃光電路。

上圖所示的LED閃光電路只有兩個元件構成,非常適合在麵包板上搞製作。圖中的LED為自閃爍LED,這種LED的外形如下圖所示。


由於這種LED是將低頻振盪電路及LED集成在一個管芯裡,使用時只要接入3~5V的直流電源,LED即可自動發出閃爍光,其發光顏色有紅、綠、藍等色,閃爍頻率有快閃和慢閃兩種,可以根據自己的喜好來選購。

使用這種自閃爍LED需要注意以下兩點:①、自閃爍LED的工作電壓一般在3~5V。若電壓過低,內部的振盪電路無法正常工作,可能會使LED不能正常閃爍;若電壓高於5V,易損壞內部的振盪電路。②、新購買的自閃爍LED,引腳長的為正極,使用時正負極性不要接錯,以免損壞之。

二、採用時基IC構成的LED閃光電路。


圖1介紹的LED閃光電路雖然簡單,但其閃光頻率是固定的,無法通過外接元件來調整。而上圖所示的LED閃光電路不僅閃光頻率可調,並且還可以同時驅動兩個LED交替閃爍。

圖中的IC是一款常用的時基IC,其型號為5G1555,這裡將其接成自激多諧振盪器,其振盪頻率的計算公式為f=1.43/(R1+2R2)C1。若要求閃光頻率為2Hz,可以根據上述公式來選用R1、R2及C1。一般通過調節R1或R2來改變輸出頻率較方便。

IC的③腳為Out端,其輸出的波形為矩形波,當③腳輸出為高電平時,LED1不亮,LED2點亮;當③腳輸出為低電平時,LED1點亮,LED2不亮,這樣兩個不同顏色的LED便會交替閃爍。上圖電路可以在5~12V電壓下工作,電壓改變時,只要調整一下限流電阻R3和R4的阻值即可。LED1和LED2分別選用紅色和綠色的。


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要走一個閃光電路,閃爍頻率為2Hz,即500ms亮滅交替。這個電路實現起來比較簡單,如果是在單片機電路上增加該功能的話,需要設計一個LED驅動電路以及使用定時器來實現GPIO的500ms定時翻轉;如果只是單純的設計一個閃光電路的話,可以使用555芯片來實現。

1 閃光電路原理

如果用高電平代表燈被點亮;用低電平代表燈熄滅的話。那麼燈的閃爍就可以使用方波來實現。那麼閃爍的快慢就是由方波的頻率來決定的。假設燈按照500ms來交替,即亮500ms再滅500ms,那麼亮滅的一個週期就是1s,頻率為1Hz。說明原理如下圖所示。

2 單片機實現閃光電路

假設所使用的發光元器件為普通的LED,使用三極管作為驅動元器件,使其工作在飽和/截止狀態,三極管的基極接單片機的GPIO口。所設計的電路如下圖所示。

單片機輸出高電平時,三極管導通LED發光;單片機輸出低電平時,三極管截止,LED熄滅。單片機持續輸出頻率為2Hz的方波即可實現LED的閃爍。使用單片機的定時器可以做到高精度的閃爍頻率。

3 555實現閃光電路

555在半導體界作為神一樣的存在,輸出個PWM不在話下。使555工作在多諧振盪模式下即可輸出方波,所設計的電路如下圖所示。

通過電阻R365、R366以及電容C141即可實現輸出頻率的設置。通過計算,當電容為10uF、電阻總和為72K時即可輸出1Hz的方波。但是需要注意的時,555的輸出精度卻決於RC的精度,存在一定的誤差,如果對精度要求不高的話可以使用555。如果對精度要求較高,還是建議使用第一種方案。

以上就是這個問題的回答,感謝留言、評論、轉發。更多電子設計、硬件設計、單片機等內容請關注本頭條號:玩轉嵌入式。感謝大家。

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對於2Hz的閃光電路我們的解決方案還是很多的,從解決的手段來說可以用模擬電路的分離電子元器件來實現也可以用數字電路來實現還可以用單片機的編程來實現總之只要開動腦筋辦法還是能找出一些的。

用模擬電路來實現2HZ的閃爍電路

在學習模擬電路時會做過這種電路,通過四個電阻以及三極管,發光二極管LED和10微法的電容兩個就可以構成一個安一定頻率閃爍的電路,發光LED閃爍的頻率與電阻和電容的選擇有密切關係,我們只要選擇合適的電阻就能夠達到閃爍頻率為2Hz的要求。這一種電路我們稱為無穩態多諧振盪器。

由分離電子元器件製作的無穩態多諧振盪器其結構形式有多種,只要選擇合適的電阻就可以達到每個LED小燈亮0.25秒滅0.25秒的要求。

用數字電路來實現2HZ的閃爍電路

用數字電路實現閃爍電路的可選項還是 非常多的,下面我給朋友們分享一下實現的幾種方法。

我們知道用分離元件搭建的閃爍頻率電路由於受到各個元件的參數差異其振盪頻率不是很精確,為了提高閃爍頻率的準確度,我們可以運用以數字芯片為主來製作2HZ的閃爍電路,運用數字芯片構成的多諧振盪器的穩定性好,比如可以用六非門集成芯片CD4069構成閃爍電路。這個電路的振盪週期T=2.2R2C1,如果電阻我們選擇0.5兆歐,電容C1選擇0.47微法就可以得到振盪週期為0.5秒的閃爍電路了。

有時為了能夠達到頻率可調的閃爍電路我們還可以採用NE555為核心,用電阻和電容進行配合來達到閃爍電路的實現,這種電路的閃爍頻率與電阻R1和可調電位器W1以及電容C1有關係,我們只要調節可調電阻W1就可以實現2HZ的閃爍頻率了,使用非常方便。

如果要有多個發光LED的閃爍電路,我們可以用CD4060芯片加外圍電阻和電容構成振盪器,來實現多組的LED 閃爍電路。這個電路也是通過調節可調電阻R3實現閃爍頻率為2HZ的頻率。

用單片機電路實現2HZ的閃爍電路

最後一類就是用單片機來實現,通過軟件和硬件的結合達到2HZ的閃爍頻率,其實現方法是通過配置單片機內部的定時寄存器可以實現極為準確的頻率控制。

其P0.7口輸出的高低電平如下圖所示。

當然也可以用其它方法,這裡我舉出幾例給朋友們參考,以便達到拋磚引玉的目的。以上就是我對這個問題的看法,歡迎朋友們參與討論,敬請關注電子及工控技術,感謝點贊。


電子及工控技術


閃爍頻率為2Hz的閃光電路為亮0.25S滅0.25秒效果

頻率的倒數為週期,2Hz的頻率代表整個閃爍的週期為0.5秒,題主所指的閃光電路應該指LED的閃光電路,在設計閃光電路前需要先了解頻率、週期、頻寬、佔空比這些參數。

頻率、週期、頻寬、佔空比是什麼意思?

頻率:指每秒種出現的次數,比如50Hz的正弦波交流電,每秒就會出現50個完整的正弦波。

週期:頻率的倒數為週期,指每一個完整波形所佔用的時間,比如50Hz的正弦波交流電的週期為1/50=0.02秒,也就是說每一個正弦波佔用的時間為20ms。

脈寬:指的是在一個週期內,有效狀態所佔的時間,比如50Hz的正弦波,正半波為10ms,負半波為10ms,我們利用正半波為有效的工作狀態,那麼認為脈寬為10ms,如果利用負半波為有效的工作狀態,同樣認為脈寬為10ms。

佔空比:指有效狀態佔用整個週期的比例,比如50Hz的正弦波正半波為10ms,負半波為10ms,正半波為有效的工作狀態,那麼佔空比=10/(10+10)=50%。

單片機的PWM設計閃光電路最為簡單

我們可以用三極管的導通和截止來控制LED的亮和滅,通過單片機輸出的PWM來控制三極管的導通和截止時間就可以得到閃光電路了。當然也可以通過定時器計時的方式讓GPIO模擬PWM信號。如果時間精度要求不高,使用單片機內部的晶振就可以了,如果時間精度要求較高,可以使用外部晶振哦。

時基集成芯片555也可以用於設計閃光電路

使用時基集成芯片555來設計一個方波信號發生器,然後就推動三極管控制發光二極管的開關,也可以實現題主的要求哦。通過設置適當的電阻和電容來控制電容的充電和放電的時間就可以了,當然這種方法的時間精確度就會差很多了,便設計方便、簡單,也不需要編程。

充電時間計算:電阻RA和二極管D1對電容C進行充電,T充=0.7*RA*C

放電時間計算:電阻RB和二極管DB對電容C進行放電,T放=0.7*RB*C

當電路通電後,振盪器就會起振,電容C上的電壓因為不能突變,時基集成芯片2腳起始是低電平,第3腳呈現為高電平,電容C通過電阻RA和二極管D1進行充電,當電容C充電到2/3Vdd電壓後,時基集成芯片555就會復位,第3腳呈現為低電平狀態,電容C通過電阻RB和二極管DB和555內部放電管進行放電。

當然還可以通過電容的充放電控制三極管的循環導通來實現,但時間的精度會更低。


不知道大家更偏好於那種方法呢?

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可以用NE555時基集成塊做個,頻率可調,外圍電路簡單,可靠性高。




和尚憶潘婷


用控制很方便。又或者做燈珠時,直接把驅動做在裡面,就是那種閃燈珠。


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