03.04 如何设计一个闪烁频率为2Hz的闪光电路?

爱熊猫的伪文青


提问者的意思:如何设计一个闪烁频率为2Hz的闪光电路?

闪烁频率为2HZ,则闪烁周期为T=1/f=0.5s,即500ms,也就说要求LED灯500ms闪烁一次,即平均1s闪烁两次。可实现的方式有很多,下面列举几种常用的例子供大家参考。

一、使用处理器(CPU)实现

若有处理器(单片机、DSP、ARM、CPLD、FPGA等)的情况下,实现起来很简单,使用处理器其中的一个I/O口作为输出驱动三极管,控制LED亮灭交替变化。通过简单的编程使I/O口250ms输出高电平,250ms输出低电平,即可实现周期为500ms,频率为2HZ的闪烁。

I/O口的输出波形如下:实际就是使I/O口输出频率为2HZ的方波。

下图使用NPN三极管驱动LED灯亮灭,当高电平时,LED亮;当低电平时,LED灭。三极管的驱动电路原理如下:

二、使用555定时器实现

555定时器的功能很强大,可以输出任意占空比、频率约300KHZ以内的PWM波,如下图555定时器方波发生器原理,其输出波形的周期计算公式为:TH=ln2*R1*C1,TL=ln2*R2*C1,其中ln2≈0.7,如下图取值R1=R2=768KΩ,C1=470μF,计算得TH≈250ms,TL≈250ms,所以该方波周期为T=TH+TL=500ms,频率为1/T=2HZ。

555定时器输出端的驱动能力约200mA左右,因此只接一个LED灯时可以不用三极管等器件作为驱动,可直接555定时器的输出脚(4脚)。

上图为占空比为50%的方波发生器原理,使用二极管D1和D2改变电容C1充放电的顺序,从而实现电容C1充电时只经过R1,放电时经过R2。若去掉这两个二极管,其充放电的周期公式为:TH=ln2*(R1+R2)*C1,TL=ln2*R2*C1。

三、使用两个三极管搭建LED闪烁电路(多谐振荡器)

如下图是非常经典的LED交替闪烁电路,该电路是使用两个NPN三极管及电容充放电的原理实现LED1和LED2交替闪烁,若只需1个或1组LED时,可将LED2使用电阻代替即可。此电路属于多谐振荡电路,两个三极管一个管子导通时,另一个截止,通过容阻耦合使两个管子交替导通与截止,从而产生自激震荡。

其原理是:上电瞬间,由于电路两边的参数会有微小差异,两个管子导通时间肯定有先后,促使其中一个管子导通而另一个截止,形成一个暂稳态。假设Q1导通,Q2截止,则此时Q1的集电极(即电容C1左端)的电压为0,Q1基极的电压约为0.7V,此时,电容C1通过电阻R2进行充电,且电容C2也通过电阻R4进行充电,(假设VCC电压为5V)则电容C2充满后电容两端电压为4.3V(左端0.7V,右端5V),因为R4的阻值远远比R2小,因此电容C2的充电速度要比C1快得多(头条@技术闲聊原创)。当C1右端的电压达0.7V时,Q2导通。此时,电容C2的右端电压直接被拉地(即电压为0),但是电容两端的电压不能突变,则该电容左端电压瞬间变为-4.3V(原电容C2两端的电压为4.3V),Q1立刻截止,形成另一个暂稳态。此时电容C2开始通过R3放电,放完后又开始反向充电,当电容C2左端电压达0.7V时,Q1又导通。同理Q1导通使电容C1左端电压变为0V,反馈到电容右端电压变为-4.3V,Q2截止,又进入下一个暂稳态,如此反复。

其多谐振荡器的震荡周期为T=0.7(R2C1+R3C2),由于R2和R3、C1和C2的值相同,因此T=1.4*R2*C1,通过改变电容C1、C2和电阻R2、R3的值可改变闪烁频率。对于新手来说这个电路比较难理解,大家可以慢慢体会。

总结:上文提供了三种比较常用的LED闪烁方案,第一种使用处理器实现比较简单,但是前提原系统当中已有处理器可直接使用,否则只是为了LED闪烁单独设计一个处理器划不来,成本太高;第二种方案使用555定时器制作,也是很常用的方法,一个555芯片加一些电容电阻即可实现,原理简单,成本也较低;第三种是非常经典的多谐振荡电路,只要两个三极管加几个电容电阻即可实现,成本低。

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经了解,提问者想在面包板上搭一个LED闪光电路,要求闪光频率在2Hz左右。这里我们介绍两款简单易制的LED闪光电路。

一、采用自闪烁LED构成的闪光电路。

上图所示的LED闪光电路只有两个元件构成,非常适合在面包板上搞制作。图中的LED为自闪烁LED,这种LED的外形如下图所示。


由于这种LED是将低频振荡电路及LED集成在一个管芯里,使用时只要接入3~5V的直流电源,LED即可自动发出闪烁光,其发光颜色有红、绿、蓝等色,闪烁频率有快闪和慢闪两种,可以根据自己的喜好来选购。

使用这种自闪烁LED需要注意以下两点:①、自闪烁LED的工作电压一般在3~5V。若电压过低,内部的振荡电路无法正常工作,可能会使LED不能正常闪烁;若电压高于5V,易损坏内部的振荡电路。②、新购买的自闪烁LED,引脚长的为正极,使用时正负极性不要接错,以免损坏之。

二、采用时基IC构成的LED闪光电路。


图1介绍的LED闪光电路虽然简单,但其闪光频率是固定的,无法通过外接元件来调整。而上图所示的LED闪光电路不仅闪光频率可调,并且还可以同时驱动两个LED交替闪烁。

图中的IC是一款常用的时基IC,其型号为5G1555,这里将其接成自激多谐振荡器,其振荡频率的计算公式为f=1.43/(R1+2R2)C1。若要求闪光频率为2Hz,可以根据上述公式来选用R1、R2及C1。一般通过调节R1或R2来改变输出频率较方便。

IC的③脚为Out端,其输出的波形为矩形波,当③脚输出为高电平时,LED1不亮,LED2点亮;当③脚输出为低电平时,LED1点亮,LED2不亮,这样两个不同颜色的LED便会交替闪烁。上图电路可以在5~12V电压下工作,电压改变时,只要调整一下限流电阻R3和R4的阻值即可。LED1和LED2分别选用红色和绿色的。


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要走一个闪光电路,闪烁频率为2Hz,即500ms亮灭交替。这个电路实现起来比较简单,如果是在单片机电路上增加该功能的话,需要设计一个LED驱动电路以及使用定时器来实现GPIO的500ms定时翻转;如果只是单纯的设计一个闪光电路的话,可以使用555芯片来实现。

1 闪光电路原理

如果用高电平代表灯被点亮;用低电平代表灯熄灭的话。那么灯的闪烁就可以使用方波来实现。那么闪烁的快慢就是由方波的频率来决定的。假设灯按照500ms来交替,即亮500ms再灭500ms,那么亮灭的一个周期就是1s,频率为1Hz。说明原理如下图所示。

2 单片机实现闪光电路

假设所使用的发光元器件为普通的LED,使用三极管作为驱动元器件,使其工作在饱和/截止状态,三极管的基极接单片机的GPIO口。所设计的电路如下图所示。

单片机输出高电平时,三极管导通LED发光;单片机输出低电平时,三极管截止,LED熄灭。单片机持续输出频率为2Hz的方波即可实现LED的闪烁。使用单片机的定时器可以做到高精度的闪烁频率。

3 555实现闪光电路

555在半导体界作为神一样的存在,输出个PWM不在话下。使555工作在多谐振荡模式下即可输出方波,所设计的电路如下图所示。

通过电阻R365、R366以及电容C141即可实现输出频率的设置。通过计算,当电容为10uF、电阻总和为72K时即可输出1Hz的方波。但是需要注意的时,555的输出精度却决于RC的精度,存在一定的误差,如果对精度要求不高的话可以使用555。如果对精度要求较高,还是建议使用第一种方案。

以上就是这个问题的回答,感谢留言、评论、转发。更多电子设计、硬件设计、单片机等内容请关注本头条号:玩转嵌入式。感谢大家。

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对于2Hz的闪光电路我们的解决方案还是很多的,从解决的手段来说可以用模拟电路的分离电子元器件来实现也可以用数字电路来实现还可以用单片机的编程来实现总之只要开动脑筋办法还是能找出一些的。

用模拟电路来实现2HZ的闪烁电路

在学习模拟电路时会做过这种电路,通过四个电阻以及三极管,发光二极管LED和10微法的电容两个就可以构成一个安一定频率闪烁的电路,发光LED闪烁的频率与电阻和电容的选择有密切关系,我们只要选择合适的电阻就能够达到闪烁频率为2Hz的要求。这一种电路我们称为无稳态多谐振荡器。

由分离电子元器件制作的无稳态多谐振荡器其结构形式有多种,只要选择合适的电阻就可以达到每个LED小灯亮0.25秒灭0.25秒的要求。

用数字电路来实现2HZ的闪烁电路

用数字电路实现闪烁电路的可选项还是 非常多的,下面我给朋友们分享一下实现的几种方法。

我们知道用分离元件搭建的闪烁频率电路由于受到各个元件的参数差异其振荡频率不是很精确,为了提高闪烁频率的准确度,我们可以运用以数字芯片为主来制作2HZ的闪烁电路,运用数字芯片构成的多谐振荡器的稳定性好,比如可以用六非门集成芯片CD4069构成闪烁电路。这个电路的振荡周期T=2.2R2C1,如果电阻我们选择0.5兆欧,电容C1选择0.47微法就可以得到振荡周期为0.5秒的闪烁电路了。

有时为了能够达到频率可调的闪烁电路我们还可以采用NE555为核心,用电阻和电容进行配合来达到闪烁电路的实现,这种电路的闪烁频率与电阻R1和可调电位器W1以及电容C1有关系,我们只要调节可调电阻W1就可以实现2HZ的闪烁频率了,使用非常方便。

如果要有多个发光LED的闪烁电路,我们可以用CD4060芯片加外围电阻和电容构成振荡器,来实现多组的LED 闪烁电路。这个电路也是通过调节可调电阻R3实现闪烁频率为2HZ的频率。

用单片机电路实现2HZ的闪烁电路

最后一类就是用单片机来实现,通过软件和硬件的结合达到2HZ的闪烁频率,其实现方法是通过配置单片机内部的定时寄存器可以实现极为准确的频率控制。

其P0.7口输出的高低电平如下图所示。

当然也可以用其它方法,这里我举出几例给朋友们参考,以便达到抛砖引玉的目的。以上就是我对这个问题的看法,欢迎朋友们参与讨论,敬请关注电子及工控技术,感谢点赞。


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闪烁频率为2Hz的闪光电路为亮0.25S灭0.25秒效果

频率的倒数为周期,2Hz的频率代表整个闪烁的周期为0.5秒,题主所指的闪光电路应该指LED的闪光电路,在设计闪光电路前需要先了解频率、周期、频宽、占空比这些参数。

频率、周期、频宽、占空比是什么意思?

频率:指每秒种出现的次数,比如50Hz的正弦波交流电,每秒就会出现50个完整的正弦波。

周期:频率的倒数为周期,指每一个完整波形所占用的时间,比如50Hz的正弦波交流电的周期为1/50=0.02秒,也就是说每一个正弦波占用的时间为20ms。

脉宽:指的是在一个周期内,有效状态所占的时间,比如50Hz的正弦波,正半波为10ms,负半波为10ms,我们利用正半波为有效的工作状态,那么认为脉宽为10ms,如果利用负半波为有效的工作状态,同样认为脉宽为10ms。

占空比:指有效状态占用整个周期的比例,比如50Hz的正弦波正半波为10ms,负半波为10ms,正半波为有效的工作状态,那么占空比=10/(10+10)=50%。

单片机的PWM设计闪光电路最为简单

我们可以用三极管的导通和截止来控制LED的亮和灭,通过单片机输出的PWM来控制三极管的导通和截止时间就可以得到闪光电路了。当然也可以通过定时器计时的方式让GPIO模拟PWM信号。如果时间精度要求不高,使用单片机内部的晶振就可以了,如果时间精度要求较高,可以使用外部晶振哦。

时基集成芯片555也可以用于设计闪光电路

使用时基集成芯片555来设计一个方波信号发生器,然后就推动三极管控制发光二极管的开关,也可以实现题主的要求哦。通过设置适当的电阻和电容来控制电容的充电和放电的时间就可以了,当然这种方法的时间精确度就会差很多了,便设计方便、简单,也不需要编程。

充电时间计算:电阻RA和二极管D1对电容C进行充电,T充=0.7*RA*C

放电时间计算:电阻RB和二极管DB对电容C进行放电,T放=0.7*RB*C

当电路通电后,振荡器就会起振,电容C上的电压因为不能突变,时基集成芯片2脚起始是低电平,第3脚呈现为高电平,电容C通过电阻RA和二极管D1进行充电,当电容C充电到2/3Vdd电压后,时基集成芯片555就会复位,第3脚呈现为低电平状态,电容C通过电阻RB和二极管DB和555内部放电管进行放电。

当然还可以通过电容的充放电控制三极管的循环导通来实现,但时间的精度会更低。


不知道大家更偏好于那种方法呢?

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可以用NE555时基集成块做个,频率可调,外围电路简单,可靠性高。




和尚忆潘婷


用控制很方便。又或者做灯珠时,直接把驱动做在里面,就是那种闪灯珠。


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