基于CD4013单键触发台灯的设计

　　电路设计主要应用了芯片CD4013、二极管、三极管、继电器、电阻、电容等电路元件构成用单键触发台灯电路，工作时，按下轻触开关S1，继电器触点吸合，灯泡点亮，工作指示灯D3点亮；再按下轻触开关S1，继电器触点断开，灯泡熄灭，待机指示灯D1点亮。

　　一、CD4013芯片引脚图如（图1）与功能分析：

　　
图 1

　　CD4013是一双D触发器，由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q及输出，此器件可用作移位寄存器，且通过将Q输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。一个D有6个端子，2个输入，4个控制，4个控制端分别为R、S、CP、D。R和S不能同时为高电平。当R＝1、S＝0时，输出Q一定为0，因此R可称为复位端；当R＝0、S＝1时，输出Q一定为1，因此R可称为置位端；当R、S均为0时，Q在CP端有脉冲上升沿到来时动作，输出Q=D，即若D为1则Q也为1，若D为0则Q也为0。

　　二、单键触发台灯电路设计图（ 如图 2）与工作原理 ：

　　1．电路元件功能分析：（ 1）继电器 K1 与灯泡连接，主要是控制开关作用，继电器得电时接通电路，灯泡亮，断电时，开关断开，灯泡熄灭。（ 2）二极管 D2 与继电器 K1 并联反接在电路中，主要作用是当继电器线圈中有电流通过时， 其两端会有感应电动势产生， 当电流消失时， 其感应电动势会对电路中的元件产生反向电压。 当反向电压高于元件的反向击穿时， 会把元件烧坏（ 如三极管等），此时，线圈产生的感应电动势通过二极管 D2 和线圈构成的回路消耗掉，从而保证电路中其它元件的安全。（ 3）三极管 Q1 主要应用它的开关作用。（ 4） R4 与电容串联接在CD4013 的引脚 1 上主要作用是为了保持 1 脚为低电平，因为如果 1 脚是高电平时， 就会对由 R4 和 C1 组成的积分电路进行充电，当充电到 C1 的正极为高电平时，R 为 1，S 为 0，Q1 输出为 0，即 4 脚为高电平时，1 脚就会复位，这时 1 脚会重新变为低电平。

　　2． 单键触发台灯电路工作原理： 每次按下 S1， 灯的状态就会发生改变。 也就是说，如果灯泡原状态是亮的，当按下 S1 时，灯就会熄灭；如果灯泡原状态是灭的，当按下 S1 时，灯就会亮。CD4013 的 1 脚（ Q 端）定会保持低电平，因为如果 1 脚是高电平时，就会对由 R4 和 C1 组成的积分电路进行充电，当充电到 C1 的正极为高电平时，R 为 1，S 为 0，Q1 输出为 0，即 4 脚为高电平时，1 脚就会复位，这时 1 脚会重新变为低电平。 当按下 S1 时，相当于给 3 脚（ CP 端）输送一个上升沿，此时，就会把 5 脚的高电平输送到 1 脚，这时 1 脚就从低电平跳变到高电平，也就是给11 脚输送了一个上升沿，如果 13 脚（ Q 端） 的初始状态为低电平，9 脚就为高电平（ 9 脚跟 12 脚相连），D1 亮，D3 灭，同时灯泡灭；当 11 脚来了一个上升沿时，9 脚的高电平就会送到 13 脚，同时 12 脚变为低电平，9 脚也为低电平，这时 D1 灭，D3 亮，同时灯泡也会亮；如果 13 脚（ Q 端）的初始状态为高电平，9 脚就为低电平（ 9 脚跟 12 脚相连），D1 灭，D3 亮，同时灯泡也会亮；当 11 脚来了一个上升沿时，9 脚的低电平就会送到 13 脚，同时 12 脚变为高电平，这时 D1 亮，D3 灭，同时灯泡会熄灭。

　　3．利用PROTEL制作的 PCB 效果图（ 图 3），打印设计图纸，将电路图转印到铜板，通过腐蚀、钻孔等工艺，最后根据电路要求完成元器件的安装及调试工作。

　　
图  3