PCB制作的Hexo徽章

描述

描述

该项目使用 555 和 CD4017 随机点亮六个 LED 中的一个。

细节

Hexo 是对 hexa- 的一种玩法，前缀为“有六个”，是一种电路，它使用 555 和 CD4017 随机点亮六个 LED 中的一个，类似于骰子。通过使用电容器和晶体管，电路将切换六个 LED，依次闪烁，然后慢慢降低频率，直到只剩下一个。

 

 

动机

Hexo 是一个旨在帮助我了解电路设计、原型制作、原理图捕获、仿真、PCB 布局、PCB 制造、订购和组装的步骤的项目。这是我的第一个模拟 PCB 项目，灵感来自Contextual Electronics 的 Getting to Blinky 5.0 。我很高兴我的第一个项目使用了 555，这是一种无处不在的业余爱好电子产品，但我希望电路做的不仅仅是眨眼。

阶段

电路设计。对于这个项目，电路设计来自555 Timer Circuits的轮盘和骰子电路。

原型制作。最终的电路板使用 SMD 组件，但原型设计是使用面包板和 THT 组件完成的。（理论上）

原理图捕获。对于原理图捕获，我喜欢使用KiCAD 的 EESchema。

模拟与分析。瞬态仿真是使用LTspice和各种库完成的，特别是该项目中链接的 Linear 的 CD4000 库。因为我没有示波器，所以仿真可以帮助我了解电路的行为和需求。为了更直观的模拟，我也使用了Falstad 。对于静态分析，笔、纸和谷歌是我的朋友。

PCB布局。PCB 布局是使用KiCAD 的 PCBNew设计的，用于组件和走线布置。

生产。对于PCB制造，我第一次使用PCBWay （推荐链接）。

订购。零件订购是通过Digikey 完成的。（专业提示：请务必在您的订单中添加客户参考号！）

集会。最后，使用Pinecil烙铁手工完成 SMD 组件的组装。

电路如何工作

 

当 SW1 闭合时，C1 快速充电到 VCC（我认为 C1 和 VCC 之间可能需要一个限流电阻，尽管可能 SW1 提供了这个）。C1 充电后，电流开始从 VCC 流过 R3 和 Q1 的发射极。由于 Q1 基极电压相对于发射极电压（Q1 基极-发射极电压）为负，因此晶体管正向激活，电流流过集电极。（这是一个 PNP）。

让我们继续，就好像 SW1 仍然关闭一样。现在电流流过 Q1，555 开始振荡，就好像它处于非稳态模式一样。将 C2 分别充放电到 2/3 和 1/3 VCC 并将引脚 3（输出）设置为高电平和低电平。

引脚 2（触发）和 6（阈值）连接在一起，这样当 C2 放电且电压达到 1/3 VCC 时，555 可以继续“重新触发”自身。在典型的非稳定配置中，一个电阻器放置在引脚 7（放电）和连接在一起的引脚 6（阈值）和 2（触发）之间。这具有通过改变 C2 的充电速度来调整占空比的效果。在这个电路中，占空比是通过改变 C2 的充电速度来控制的，而通过 Q1 的电流稳定减小。

现在 555 正在振荡，引脚 3（输出）向 4017 引脚 14（时钟）发送方波时钟脉冲。4017 是一个十进制定时器，在时钟脉冲的每个上升沿，它将连续将其 10 个输出引脚中的每一个设置为高电平。一次只有一个引脚为高电平，另一个为低电平。在这个电路的情况下，我们只对使用 10 个输出中的 6 个感兴趣，所以我们将第 5 个引脚（第 7 个引脚设置为高电平）连接到复位，这将导致 4017 设置它的第一个输出（ Q0) 高。

所有这些输出都用于驱动 LED，其阴极在接地之前连接到公共限流电阻器。只要时钟脉冲继续驱动引脚 14（时钟），这些 LED 将继续连续打开和关闭。

现在让我们继续，就像 SW1 在关闭后打开一样。一旦 SW1 开路，C1 开始放电，电流继续通过 Q1 流经 VCC 和 GND。然而，当 C1 放电时，Q1 基极-发射极电压开始上升，即基极电压开始变得比发射极电压的负值更小。当这种情况发生时，流过 Q1 的电流越来越少，C2 的充电时间越来越长，因此来自 555 引脚 3（输出）的时钟脉冲开始变慢（时钟脉冲之间的时间正在增加）。这会降低 4017 循环通过 LED 的速度。

最终，Q1 的基极-发射极电压达到截止阈值 (~-0.6v)，电流停止流过 Q1。然而，C1 继续通过 R3 放电。此时，无论 4017 最后设置为高电平的哪个 LED，都将保持亮起。