电子沙漏

文章摘要： 沙漏是一种古老的计时工具，也是一种玩具。电子沙漏用电子电路控制的发光二极管表示沙粒，模拟沙漏的运动过程。电子沙漏会像真正的沙漏一样，上部的沙粒(点亮的发光二极管)一粒一粒往下掉，下部的沙粒一粒一粒堆起来。漏完以后，将电子沙漏倒过来，又会重新开始一粒一粒往下漏。一、电路整体分析1 电路结构。 电子沙漏是一个级联运用移位寄存器的典型实例，电路图如图1所示，它包括五个组成部分：(1)集成电路IC1、IC2组成的15位移位寄存器；(2)开关S1、S2，二极管VD16、VD17、VD18，电阻R16等组成的输入数据控制电路；(3)晶体管VT1～VT15和VT1'～VT15 组成的

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    沙漏是一种古老的计时工具，也是一种玩具。电子沙漏用电子电路控制的发光二极管表示沙粒，模拟沙漏的运动过程。电子沙漏会像真正的沙漏一样，上部的沙粒(点亮的发光二极管)一粒一粒往下掉，下部的沙粒一粒一粒堆起来。漏完以后，将电子沙漏倒过来，又会重新开始一粒一粒往下漏。

一、电路整体分析
1 电路结构。
    电子沙漏是一个级联运用移位寄存器的典型实例，电路图如图1所示，它包括五个组成部分：
(1)集成电路IC1、IC2组成的15位移位寄存器；
(2)开关S1、S2，二极管VD16、VD17、VD18，电阻R16等组成的输入数据控制电路；
(3)晶体管VT1～VT15和VT1'～VT15 组成的输出状态控制电路；
(4)发光二极管VD1～VD15和VD1～VD15 组成的显示电路；
(5)反相器D1、D2等组成的时钟振荡器。
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    图2为其原理方框图。
 
    在结构上，两组各15个发光二极管分别排列成为两个三角形，如图3所示。其中：VD1～VD15位于上部，排列成倒三角形；VD1'～VD15'位于下部，排列成正三角形。两个三角形的顶尖相对，组成沙漏形状。当上部有一个发光二极管熄灭时，相应地下部就有一个发光二极管点亮，模拟了沙漏的运动。
 

2 简要工作原理。
    集成移位寄存器IC1、IC2级联组成15位移位寄存器，构成了电子沙漏的主体控制电路。每一位寄存单元都分别通过NPN晶体管VT和PNP晶体管VT'形成Q和/Q两个互为反相的输出状态，分别控制VD和VD'两组发光二极管。15位移位寄存器的串行数据输入端D的状态受位置控制电路的控制。当电子沙漏正向放置时（发光二极管VD1～VD15在上部且全亮），串行数据输入端D=0，并在时钟脉冲CP的作用下逐步右移，使VD1～VD15一个接一个地熄灭，同时VD1'～VD15'一个接一个地点亮，直至VD1～VD15全灭，VD1'～VD15'全亮。
    当把电子沙漏上下颠倒过来后，串行数据输入端D=1，并在CP作用下逐步右移，又使VD1'～VD15'（此时在上部）一个接一个地熄灭，同时VD1～VD15（此时在下部）一个接一个地点亮，直至VD1'～VD15'全灭，VD1～VD15全亮。

二、主要单元电路分析
1  15位静态移位寄存器
    15位移位寄存器由四个4位静态串入-并出移位寄存器串接而成(最后1位不用)，如图4所示。实际电路中，移位寄存器采用了两块CMOS双4位静态移位寄存器集成电路CD4015。每一块CD4015内部含有两组独立的4位串入-并出移位寄存器，其串行数据输入端D上的数据，在时钟脉冲CP上升沿的作用下向右移位。设15位移位寄存器初始状态为全“1”，串行数据输入端D=0。当第1个CP脉冲到来时，移位寄存器的第1位变为0；第2个CP脉冲到来时，移位寄存器的第2位变为0；……；第15个CP脉冲到来时，移位寄存器的第15位变为0，即15位移位寄存器的状态变为全“0”。

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