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摘要：

本文設計的直流電源方向顯示器是利用三極管是否導通對外接的直流電源正負極進行方向判斷，通過二進制可逆計數器計數、四-十六線譯碼器譯碼后，驅動發光二極管按不同的方向依次點亮。當電路中沒有外接直流電源時，則發光二極管將不發光。

關鍵詞：

直流電源；計數；譯碼；顯示

電流的形成是由于導體中的自由電子在電場力的作用下，做有規則的定向運動，但是習慣上規定正電荷移動的方向為電流的方向。為了形象直觀地表示出直流電源中電流的運動方向，本文設計了直流電源方向顯示器，可以對電路中是否外接直流電源以及直流電源方向進行判斷并顯示。

1.電路框圖

直流電源方向顯示器電路是由電源電路、方向檢測和邏輯控制電路、閘門電路、計數電路、譯碼電路、顯示電路六部分組成。其原理框圖如圖1所示。

2.電路設計

2.1電源電路

電源電路由變壓、整流、濾波、穩壓電路組成。在此設計中變壓電路采用220/18V的變壓器；整流電路是采用整流橋實現，也可以采用四個整流二極管組成橋式整流（例如用1N4001）；濾波采用電容濾波實現；穩壓電路是采用LM317三端集成穩壓器實現，本設計中可輸出1.25～27V電壓，將輸出調節成5V直流電壓給各芯片供電即可。具體原理圖如圖2所示。

2.2方向檢測和邏輯控制電路

方向檢測電路主要由兩個NPN三極管9014組成，六反相器CD4069實現邏輯控制，原理圖如圖3所示。當輸入模塊外接上正下負3V電池時，三極管Q1導通，Q2截止。電流經Q1的發射結、R4電阻形成回路。Q1的集電結將低電平輸入到CD4069的1腳，2腳輸出高電平到CD4516芯片的第10腳，使=1；同時，2腳的高電平使二極管D1導通，CD4069的5腳輸入高電平，6腳輸出低電平到CD4516的5腳端，從而控制芯片CD4516進行加計數。反之，當輸入模塊外接上負下正的3V電池時，三極管Q2導通，Q1截止。電流經Q2的發射結、R5電阻形成回路。Q2的集電極輸出低電平到CD4069的3腳，4腳輸出的高電平使二極管D2導通，5腳輸入為高電平，6腳輸出低電平到CD4516的5腳端；同時，由于Q1截止，集電極輸出高電平到CD4069的1腳，2腳輸出低電平，使=0，從而控制芯片CD4516進行減計數。當輸入模塊沒有外接直流電源時，三極管Q1、Q2均截止，方向檢測電路不工作。

2.3閘門電路

閘門電路由晶體振蕩器電路和分頻器電路組成，原理圖如圖4所示。晶體振蕩器電路采用32.768kHz石英晶體，通過CD4060內部振蕩電路外加電阻構成。分頻器由CD4060實現14分頻后從3腳輸出2Hz的脈沖信號。

2.4計數、譯碼和顯示電路

計數由二進制可逆計數器CD4516芯片完成，譯碼采用四—十六線譯碼器CD4514完成，顯示電路由發光二極管和電阻組成，原理圖如圖5所示。CD4516的功能表如表1所示，當CD4516的5腳端、1腳EN端、9腳RD端均為低電平時，在15腳CP脈沖的上升沿作用下，=1，進行加法計數，=0時，進行減法計數。譯碼器CD4514的功能表如表2所示，當CD4516為加計數時，即外接直流電源的方向為上正下負時，譯碼器能夠從左向右依次驅動發光二極管發光。顯示電路如圖5所示，由發光二極管和電阻組成。當發光二極管的陽極加高電平時，二極管發光；相反，發光二極管的陽極加低電平時，發光二極管不發光。

3.結論

本文介紹的直流電源方向顯示器的設計，可以鞏固數字電路的基礎知識及增強理論知識的應用能力，控制發光二極管依次發光的速度也可以用非門和電阻組成的閘門電路完成。計數和譯碼也可以采用其它的可逆計數器和譯碼器實現。

參考文獻：

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[3]劉麗華,劉明輝,方超.電網頻率顯示器的設計[J].電子制作,2016(Z1):5-7.

作者:劉麗華 胡健 霍平平 單位:北京電子科技職業學院電信工程學院