【2018】使用CD4013，CD4017，CD4053模拟三项步进电机

想必大家小时候都玩过磁铁，两个磁铁的同极靠近彼此产生一个斥力，两个磁铁的异极靠近彼此，产生一个引力，步进电机用的便是这个原理，只是将其中的一个磁铁换成电磁铁，然后将磁铁们做成弧形，最终形成一个圆筒，三项的意思便是使用了三对磁铁。

我们想要模拟出三项步进电机的工作，于是用三个LED灯分别代表步进电机的三项。这里分三档，

第一档：电机不工作，对应三个LED都不亮，数码管显示0

第二档：电机低速正转，对应三个LED顺时针缓慢依次点亮，数码管显示1

第二档：电机高速正转，对应三个LED顺时针快速依次点亮，数码管显示2

第三档：电机低速反转，对应三个LED逆时针缓慢依次点亮，数码管显示3

需要设置一个换挡按键，按键每按下一次，实现换挡一次，上电初始为第一档，数码管显示0。

以下是用Proteus绘制的电路图（截图无法展示出LED的旋转状态，但所需功能均已实现），除了观察接线方式，大家也可留意每个引脚的电平状态，这也是我使用Proteus截图而不是用黑白电路图的理由。

先来聊聊电源部分

VSINE即为交流电源，我选择的是15v，通过一个整流桥形成初步的15v直流电（任然有波动），由于电容是通交流阻直流的，这时带有交流属性的电会通过电容流向底线，而直流熟悉的电会流向lm7809的输入端。这里选用一大一小的电容是方便将交流属性的电滤除干净。lm7809可以输出一个稳定的9v正电，在仿真图中也用测电笔标出了，之后大家可以还会遇见lm7909，lm7805，lm7905，后两位代表输出的电压值，比如05代表5v，09代表9v，前面的78代表正电压，79代表负电压，负电压和正电压基本上是一样用的，大家要是感兴趣可以看这里。http://【负电压？这是个什么东东？】https://www.bilibili.com/video/BV15e411u7Et?vd_source=d65838e71b096f0dab245117c585fd9d

电路原理

这里主要研究两个芯片CD4013和CD4053。CD4013用于产生上升沿脉冲以达到换挡功能，CD4053用于控制LED的旋转方向（无法控制旋转速度）。与CD4013相连的CD4017用于控制数码管显示档数，下方的NE555和CD4017用于控制LED的旋转速度，老朋友CD4511任然是控制数码管显示数字。

这是关于CD4053芯片引脚和功能

CD4053内涵三个弹道双置开关，我们称它为开关X，开关Y，开关Z。它们分别受控制端口A，B，C控制，以A口为例，当A为高电平时，开关X会连接到x1，这样就连通了x1和X，反之，当A为低电平时，开关X会连接到x0，这样就连通了x0和X。其余两个开关也是相同的原理。当然别忘记我们的老朋友INH（禁止端），别让他工作（他的工作是禁止芯片工作）。

这是关于CD4017芯片的引脚及功能

CD4017是个十分死板但却好用的芯片，死板在于它的连接方式十分的固定，好用在于它的使用方法十分的简单。大家都知道CD4017是用来计数的芯片，它计数的方式有两种，一种为上升沿计数，另一种为下降沿计数，其中绝大部分时候都是使用上升沿计数。

这里先讲解一下上升沿计数，将14引脚（时钟输入端）设置为脉冲信号的输入端口，将13引脚（禁止端）接地，然后CD4017会自己检测14引脚得到的电信号并确定每一个上升沿，每得到一个上升沿便会记一次数。有人可能不理解计数了之后呢？比如我一开始就不理解。实际上芯片的输出引脚就反映了计的数，当没有任何脉冲输入时，计数自然是0，然后芯片就用一种方式展示现在计数为0，它的方法是Q0（引脚3）输出高电平，而当14引脚得到了一个上升沿时，CD4017计一个数，此时不能再让Q0输出1了，而是让Q1（引脚2）输出1。这样就达到了计数的功能。

然后大家自然想到，一个电路中它会有那么多的上升沿给到14引脚，而CD4017好像只能计10个数，那怎么行？所以有了复位引脚（15引脚）。当它得到高电平的时候对计的数清0，与此同时Q0输出高电平。所以在实际的电路设计中，我们将一个输出口接到复位口来实现一个循环计数。

如果会了这些，并且你还会用NE555制作一个脉冲发射器，那么你就可以制作一个流水灯了。如果不会用NE555制作脉冲发射器那可以接着往下看。

补充一张下降沿计数的接线方式

NE555http://【电子电路设计入门篇五—NE555（1）】https://www.bilibili.com/video/BV1Wg4y1i7Hk?vd_source=d65838e71b096f0dab245117c585fd9d

这个是我看过关于NE555讲述最好的视频了（没有之一）大家好好看，会有收获的。

CD4013的引脚功能介绍

芯片的分为两个相同的部分（两个触发器），设置两个相同的部分是为了芯片设计的合理性引脚为偶数个才好排列芯片。它其实和CD4017有那么一点相似，同样是利用时钟信号进行触发。

大家观察各个引脚的名称之后肯定有一些疑惑，什么是原码输出端，什么是反码输出端。其实就是在我们原有的一个输出端存在的情况下再加一个和原有输出端输出相反电信号的输出端。所以原码输出端和反码输出端的输出情况是相反的。置为端和复位端的功能也和两个输出端类似，实现的功能是相反的。那这里就还剩一个数据输入端了，观察了电路图的朋友应该发现了，这个引脚始终接入了一个高电平。实际上它叫输出输入端，但它并不是真正输入数据的引脚，如果它是那还需要时钟引脚干啥嘞。它相当于一个接收输出的开关，它为1是，时钟引脚接收数据，它为0时，则不接收。还想清楚了解CD4013建议自己仿真一下，对哪个引脚功能不确定，就用控制变量法，删除某个引脚的连线，进而确定想要的那个引脚的功能。

整体工作原理

第一档：上电之后，一号CD4017计数为1，Q0输出高电平，这个高电平流向CD4053的INH端（禁止端），这样一来CD4053便可看作断开，LED无法点亮，并且，由于没有电流流向CD4511，数码管显示0。

第二档：按下CD4013旁的按键，给1号CD4017一个上升沿，计数到了2，Q1输出高电平，这个高电平两个作用，一个是给到4511的A，使4511驱动数码管显示1，第二个作用是通过R13和R8接到NE555的7，使得NE555产生一个一秒一次的脉冲，这个脉冲又去控制2号CD4017，CD4017的输出引脚按顺序输出高电平，而它输出的高电平直接控制着LED的亮灭。

这里有个地方注意一下，2号CD4017的输出脚连接了CD4053的两个引脚，但这并不会同时点亮两个LED，但却可以为之后LED的反向点亮埋伏笔。

第三档：按下CD4013旁的按键，再给1号CD4017一个上升沿，计数到了3，Q2输出高电平，这个高电平任然两个作用，一个是给到CD4511，使它驱动数码管显示数字2，第二个作用是架空R13，使得NE555输出的脉冲频率增大（这句不理解的一定要看上面的视频链接），后面的电路连接与第一档都没有差别，全靠NE555的脉冲频率增大使得LED的变化频率增快，也就体现出高速的情况。

第三档：按下CD4013旁的按键，又给1号4017一个上升沿，计数到了4，Q3输出高电平，这个高电平有三个作用，第一个是驱动数码管显示3，第二个是通过R13和R8接到NE555的7引脚（此时没有谁可以架空R13），第三个作用是将CD4053的A，C端置为高电（前面的档都是低电），至高电的作用是改变CD4053内部单刀双置的接线方式，置为高电，那么就会连接到后缀为1的口，比如这里就是x1和z1这样一来就达到了反转的目的。反转只是将A与C互换，B是没有任何改变的，细心的朋友也应该发现了B端连接了稳定的高电。

电路原理就介绍到这了。如果大家还有什么不懂的，或是发现了错误，都请指正，私信我或是评论区留言都可以，我都会第一时间回复大家。

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