摘要：隨著社會的發(fā)展，提醒器在控制對象中的應(yīng)用顯得越來越重要。文章就提醒器所存在的問題進(jìn)行了認(rèn)真地探討，并用CD4013芯片對已有的提醒器進(jìn)行了新的設(shè)計和應(yīng)用，以提高提醒器在控制對象中的有效性和高效性。

　　1CD4013芯片引腳及功能

　　CD4013是CMOS雙D觸發(fā)器，內(nèi)部集成了2個功能相同，引腳獨立（電源共用）的D觸發(fā)器，工作電源電壓是3V~18V，采用14引腳雙列直插式塑料封裝，是目前設(shè)計開發(fā)電子電路的一種常用器件，使用相當(dāng)靈活方便。

　　CD4013的每個觸發(fā)器都有獨立的數(shù)據(jù)、置位、復(fù)位、時鐘輸入和Q及輸出，此器件可用作移位寄存器，且通過將Q輸出連接到數(shù)據(jù)輸入，可用作計數(shù)器和觸發(fā)器。在時鐘上升沿觸發(fā)時，加在D輸入端的邏輯電平傳送到Q輸出端。置位和復(fù)位與時鐘無關(guān)，而分別由置位或復(fù)位線上的高電平完成。一個D有6個端子：2個輸出，4個控制。4個控制端分別為R，S，CP，D。R和S不能同時為高電平。當(dāng)R＝1、S＝0時，輸出Q一定為0，因此R可稱為復(fù)位端；當(dāng)R＝0、S＝1時，輸出Q一定為1，因此S可稱為置位端；當(dāng)R、S均為0時，Q在CP端有脈沖上升沿到來時動作，輸出Q=D，即若D為1則Q也為1，若D為0則Q也為0。

　　2系統(tǒng)的設(shè)計要求

　　（1）在第1個人前方安裝有指示燈，在后部安裝指示燈，當(dāng)按壓按鈕開關(guān)時，揚(yáng)聲器鳴響，同時前后方的指示燈亮；

　　（2）當(dāng)?shù)?個人按壓按鈕開關(guān)后，前后方的指示燈仍然亮，提醒動作；

　　（3）在撥動氣缸電磁閥控制開關(guān)的同時，控制器將前后方的指示燈熄滅；

　　（4）性能穩(wěn)定可靠，成本低。

　　3系統(tǒng)的硬件組成

　　該系統(tǒng)由3部分組成，揚(yáng)聲器控制單元1，氣缸電磁閥控制單元2，指示燈控制單元3。

　　揚(yáng)聲器控制單元1由按鈕開關(guān)、電阻和揚(yáng)聲器組成，當(dāng)?shù)?個人按壓按鈕開關(guān)時，揚(yáng)聲器發(fā)出聲音或者放出預(yù)置的音樂，提醒第1個人有下1個動作；當(dāng)按鈕開關(guān)動作時，也同時向指示燈控制單元發(fā)出1個控制信號。

　　氣缸電磁閥控制單元2包括開關(guān)、氣缸電磁閥等，當(dāng)?shù)?個人按下開關(guān)時，電磁閥的1個線圈通電，氣缸動作使動作開始；當(dāng)?shù)?個人再次按下開關(guān)時，電磁閥的另1個線圈通電，氣缸反向動作關(guān)閉；當(dāng)開關(guān)動作時，也同時向指示燈控制單元發(fā)出1個控制信號。

　　指示燈控制單元3至少包括2個指示燈，1個安裝在后部，用于提醒是否有人按壓按鈕開關(guān)；另1個安裝在第1個人前方的儀表板上，用于提醒第1個人是否有人按壓按鈕開關(guān)。

　　4系統(tǒng)的工作原理

　　4.1CD4013芯片的第一種計數(shù)和復(fù)位連接

　　圖1CD4013芯片的第一種計數(shù)和復(fù)位連接圖

　　CD4013芯片的第一種計數(shù)和復(fù)位連接原理如圖1所示，工作原理如下：當(dāng)按下開關(guān)K時，提醒器加電，電解電容器C充電時相當(dāng)于短路，引腳R為高電平引腳S為低電平，D1復(fù)位Q輸出低電平，發(fā)光二極管D31、D32、D33熄滅，D1復(fù)位后處于計數(shù)工作狀態(tài)。如果按壓按鈕開關(guān)SB，則揚(yáng)聲器控制單元1開始工作，揚(yáng)聲器SP開始鳴響，同時CP引腳由低電平變?yōu)楦唠娖剑珼1發(fā)生翻轉(zhuǎn)Q輸出高電平，發(fā)光二極管D31、D32、D33點亮，這時確切知道下一個動作發(fā)生，其他人如果也想按壓按鈕開關(guān)SB，當(dāng)他發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管D31或者D32處于點亮狀態(tài)時，也確切知道有人按過按鈕開關(guān)了，這樣就會知道有動作發(fā)生了，自己不需要再次按壓按鈕開關(guān)SB了。動作完成后，按下開關(guān)SW時，氣缸電磁閥控制單元2開始工作，后部開始動作，開關(guān)SW的一個回路使電解電容器C放電，當(dāng)再次按下開關(guān)SW時，電解電容器C充電，D1再次復(fù)位Q輸出低電平，發(fā)光二極管D31、D32、D33熄滅，D1復(fù)位后再次處于計數(shù)工作狀態(tài)。

　　系統(tǒng)的D觸發(fā)器可以選用CD4013雙D觸發(fā)器，也可以選用JK觸發(fā)器或者其他功能相同的觸發(fā)器。發(fā)光二極管可以根據(jù)實際需要選用不同顏色的發(fā)光二極管，也可以增減發(fā)光二極管的數(shù)量。

　　CD4013芯片的第一種計數(shù)和復(fù)位連接原理的不足之處是：當(dāng)?shù)?個人按壓按鈕開關(guān)SB后，發(fā)光二極管D31、D32、D33點亮，當(dāng)?shù)?個人再次按壓按鈕開關(guān)SB后，發(fā)光二極管D31、D32、D33就熄滅了。

　　4.2CD4013芯片的第二種計數(shù)和復(fù)位連接

　　CD4013芯片的第二種計數(shù)和復(fù)位連接原理如圖2所示，工作原理如下：當(dāng)按下開關(guān)K時，提醒器加電，電解電容器C充電時相當(dāng)于短路，引腳R為高電平引腳S為低電平，D1復(fù)位Q輸出低電平，發(fā)光二極管D31、D32、D33熄滅，D1復(fù)位后處于計數(shù)工作狀態(tài)。如果有1個人按壓按鈕開關(guān)SB，則揚(yáng)聲器控制單元1開始工作，揚(yáng)聲器SP開始鳴響，同時CP引腳和S引腳由低電平變?yōu)楦唠娖剑驗橐_S為高電平而引腳R為低電平D1置位，Q輸出高電平，發(fā)光二極管D31、D32、D33點亮，這時第1個人確切知道下一個動作發(fā)生，其他人如果也想按壓按鈕開關(guān)SB，當(dāng)他發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管D31或者D32處于點亮狀態(tài)時，也確切知道有人按過按鈕開關(guān)了，第1個人前面的指示燈已經(jīng)顯示著動作發(fā)生，自己不需要再次按壓按鈕開關(guān)SB了。動作完成后，第1個人按下開關(guān)SW時，氣缸電磁閥控制單元2開始工作，后部開始動作，開關(guān)SW的1個回路使電解電容器C放電，當(dāng)?shù)?個人再次按下開關(guān)SW時，電解電容器C充電，D1再次復(fù)位Q輸出低電平，發(fā)光二極管D31、D32、D33熄滅，D1復(fù)位后引腳S為低電平而引腳R也為低電平，使D1再次處于計數(shù)工作狀態(tài)。

　　圖2CD4013芯片的第二種計數(shù)和復(fù)位連接圖

　　系統(tǒng)的D觸發(fā)器可以選用CD4013雙D觸發(fā)器，也可以選用JK觸發(fā)器或者其他功能相同的觸發(fā)器。

　　CD4013芯片的第二種計數(shù)和復(fù)位連接原理解決了CD4013芯片的第一種計數(shù)和復(fù)位連接原理的不足之處：當(dāng)?shù)?個人按壓按鈕開關(guān)SB后，發(fā)光二極管D31、D32、D33點亮，當(dāng)?shù)?個人再次按壓按鈕開關(guān)SB后，發(fā)光二極管D31、D32、D33仍然處于點亮狀態(tài)，只有當(dāng)?shù)?個人通過開關(guān)SW關(guān)上后部后，發(fā)光二極管D31、D32、D33才熄滅。

　　4.3CD4013芯片的置位和復(fù)位連接

　　CD4013芯片的置位和復(fù)位連接原理如圖3所示，工作原理如下：當(dāng)按下開關(guān)K時，提醒器加電，電解電容器C充電時相當(dāng)于短路，引腳R為高電平，引腳S通過按鈕開關(guān)SB與地線連接為低電平，D1復(fù)位Q輸出低電平，發(fā)光二極管D31、D32、D33熄滅，D1復(fù)位后處于計數(shù)工作狀態(tài)。如果有1個人按壓按鈕開關(guān)SB，則揚(yáng)聲器控制單元1開始工作，揚(yáng)聲器SP開始鳴響，同時S引腳由低電平變?yōu)楦唠娖剑驗橐_S為高電平而引腳R為低電平，D1置位，Q輸出高電平，發(fā)光二極管D31、D32、D33點亮，這時第1個人確切知道下一個動作發(fā)生，其他人如果也想按壓按鈕開關(guān)SB，當(dāng)他發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管D31或者D32處于點亮狀態(tài)時，也確切知道有人按過按鈕開關(guān)了，那么第1個人已經(jīng)知道動作發(fā)生了，自己就無需再次按壓按鈕開關(guān)SB了。動作完成后，第1個人按下開關(guān)SW時，氣缸電磁閥控制單元2開始工作，后部開始動作，開關(guān)SW的1個回路使電解電容器C放電，當(dāng)?shù)?個人再次按下開關(guān)SW時，電解電容器C充電，D1再次復(fù)位Q輸出低電平，發(fā)光二極管D31、D32、D33熄滅，D1復(fù)位后引腳S為低電平而引腳R也為低電平，使D1再次處于計數(shù)工作狀態(tài)。

　　圖3CD4013芯片的置位和復(fù)位連接圖

　　系統(tǒng)的D觸發(fā)器選用CD4013雙D觸發(fā)器，也可以選用任何帶有復(fù)位端和置位端的觸發(fā)器。發(fā)光二極管可以根據(jù)實際需要選用不同顏色的發(fā)光二極管，也可以增減發(fā)光二極管的數(shù)量。

　　CD4013芯片的置位和復(fù)位連接原理解決了CD4013芯片的第1種計數(shù)和復(fù)位連接原理的不足之處：當(dāng)?shù)?個人按壓按鈕開關(guān)SB后，發(fā)光二極管D31、D32、D33點亮，當(dāng)?shù)?個人再次按壓按鈕開關(guān)SB后，發(fā)光二極管D31、D32、D33仍然處于點亮狀態(tài)，只有當(dāng)?shù)?個人通過開關(guān)SW打開后門之后，發(fā)光二極管D31、D32、D33才熄滅。事實上，電路的D觸發(fā)器工作在復(fù)位狀態(tài)和置位狀態(tài)，當(dāng)有人按壓按鈕開關(guān)SB時D觸發(fā)器工作在置位狀態(tài)，當(dāng)?shù)?個人通過開關(guān)SW打開后門之后D觸發(fā)器工作在復(fù)位狀態(tài)。

　　5系統(tǒng)的優(yōu)點

　　（1）設(shè)計是基于CD4013芯片提醒器的設(shè)計和應(yīng)用，只需要有1人按壓1次按鈕開關(guān)，通過指示燈其他人就明確知道下一個動作的發(fā)生；

　　（2）在控制對象內(nèi)減少了揚(yáng)聲器頻繁鳴響產(chǎn)生的噪聲；

　　（3）可以延長按鈕開關(guān)的使用壽命；

　　（4）現(xiàn)有技術(shù)的提醒器可以方便地升級為本設(shè)計的提醒器。

　　6結(jié)語

　　在設(shè)計中，基于CD4013的提醒器很好地達(dá)到了設(shè)計要求，當(dāng)?shù)?個人按壓按鈕開關(guān)SB后，發(fā)光二極管D31、D32、D33點亮，當(dāng)?shù)?個人再次按壓按鈕開關(guān)SB后，發(fā)光二極管D31、D32、D33仍然處于點亮狀態(tài)，只有當(dāng)?shù)?個人通過開關(guān)SW打開后門之后，發(fā)光二極管D31、D32、D33才熄滅。

　　CD4013芯片的第一種計數(shù)和復(fù)位連接原理中所使用的D觸發(fā)器只工作在計數(shù)狀態(tài)，只要有人按壓1次按鈕開關(guān)，D觸發(fā)器就翻轉(zhuǎn)1次，這樣發(fā)光二極管的亮滅與按壓的次數(shù)有關(guān)，奇數(shù)次發(fā)光二極管亮，偶數(shù)次發(fā)光二極管滅。CD4013芯片的第二種計數(shù)和復(fù)位連接原理和CD4013芯片的置位和復(fù)位連接原理中所使用的D觸發(fā)器工作在復(fù)位狀態(tài)和置位狀態(tài)，很好地解決了發(fā)光二極管的亮滅與按壓次數(shù)有關(guān)的問題。

　　系統(tǒng)中使用的發(fā)光二極管也可以采用隱藏式設(shè)計，將發(fā)光二極管隱藏在按鈕開關(guān)外殼內(nèi)部，在正對應(yīng)發(fā)光二極管的外殼處印有相關(guān)文字，如“已經(jīng)有人按過”等等。

　　系統(tǒng)也可以采用以單片機(jī)為核心的最小系統(tǒng)來設(shè)計，系統(tǒng)的硬件組成將更加簡單，在實際應(yīng)用中可以直接使用控制對象上現(xiàn)有的微控制器，如語音報站器中的微控制器等，相應(yīng)提醒器中的指示燈也可以采用LED點陣或者小型液晶顯示屏等等。