全彩霓虹燈控制電路的設(shè)計(jì)

肖學(xué)玲

摘要:霓虹燈的應(yīng)用非常廣泛,其控制電路種類也很多,現(xiàn)介紹一種全彩霓虹燈控制電路的設(shè)計(jì)方法,并從電路結(jié)構(gòu)、工作原理和對(duì)存儲(chǔ)器編程幾方面進(jìn)行詳細(xì)的論述。采用此方法所設(shè)計(jì)出的全彩霓虹燈控制電路經(jīng)濟(jì)實(shí)用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易操作、維修方便、變換樣式多。

關(guān)鍵詞:霓虹燈;控制電路;設(shè)計(jì)

1霓虹燈現(xiàn)階段的發(fā)展

從上世紀(jì)九十年代開(kāi)始,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和人民物質(zhì)生活水平的不斷提高,城市化建設(shè)的日臻完善,霓虹燈行業(yè)得到了空前的發(fā)展。霓虹燈作為一種五彩繽紛的城市照明光源,由于外形變化多端、加工靈活、色彩豐富等特點(diǎn),在廣告、商業(yè)、交通、建筑、室內(nèi)外裝飾、舞臺(tái)布景、家用電器、城市美化等領(lǐng)域發(fā)揮了其特有的作用。在人們眼中,霓虹燈似乎成了社會(huì)繁榮的象征,現(xiàn)代文明的標(biāo)志,美化城市的必要裝點(diǎn)及廣告宣傳的重要手段。隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,伴隨著精神、物質(zhì)文明建設(shè)的需要,對(duì)城市光亮美化的要求越來(lái)越高。霓虹燈作為商品宣傳的傳統(tǒng)手段已成為城鄉(xiāng)亮光工程的主要風(fēng)景線之一。

全彩霓虹燈在實(shí)際生活中應(yīng)用很廣泛,各高校的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中也是學(xué)生非常感興趣的一個(gè)項(xiàng)目,這里所設(shè)計(jì)的全彩霓虹燈控制既可作為學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐項(xiàng)目,又能在實(shí)際中應(yīng)用。

2硬件設(shè)計(jì)方案

2.1硬件電路設(shè)計(jì)思想

霓虹燈控制電路采用模塊化的設(shè)計(jì)思想,主要由五個(gè)模塊電路組成的,即:電源及脈沖模塊、計(jì)數(shù)模塊、存儲(chǔ)模塊、緩沖模塊和顯示模塊,其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示:

2.2整個(gè)霓虹燈的工作原理:

工作時(shí),由于脈沖電路不斷地輸出脈沖。計(jì)數(shù)器每收到一個(gè)脈沖就計(jì)數(shù)一次,此數(shù)作為存儲(chǔ)器的一個(gè)存儲(chǔ)地址,并讀出該存儲(chǔ)地址所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)信息,從存儲(chǔ)器中讀出的數(shù)據(jù)流入數(shù)據(jù)緩沖器的輸入,緩沖后從數(shù)據(jù)緩沖器中流出,到限流電阻,再到發(fā)光二極管進(jìn)行顯示。動(dòng)態(tài)效果的變換式樣由預(yù)置在各存儲(chǔ)單元里的數(shù)據(jù)組合提供。整個(gè)過(guò)程是霓虹燈電路按照一定的速度從存儲(chǔ)器中依次取出各存儲(chǔ)單元里的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)決定某一瞬間各盞霓虹燈的亮暗組合,這些組合隨時(shí)間不斷的變化,就形成豐富多彩的動(dòng)態(tài)效果。

2.3電路的部分功能模塊

2.3.1計(jì)數(shù)器模塊

由三片74LS161(記為U1,U2和U3)四位同步計(jì)數(shù)器構(gòu)成十二位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。在設(shè)計(jì)中,計(jì)數(shù)器不需預(yù)置數(shù)據(jù);計(jì)數(shù)值從12個(gè)0計(jì)數(shù)到12個(gè)1,再通過(guò)反相器(74LS04為六反相器集成電路,此設(shè)計(jì)中電路只用到其六個(gè)反相器中的一個(gè)反相器)的反相作用將計(jì)數(shù)器模塊中的12個(gè)1全部復(fù)位,所有輸出為0。

四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器即每片74LS161芯片有Q0-Q3四個(gè)輸出端,每次能輸出四位二進(jìn)制數(shù),故稱為四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,該計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)可以從0000-1111,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)達(dá)到所設(shè)計(jì)的要求,因此采用了級(jí)聯(lián)技術(shù),具體實(shí)現(xiàn)是將U1的TC引腳接到U2的CEP和CET引腳上,將U2的TC引腳接到U3的CEP和CET引腳上。

通過(guò)級(jí)聯(lián)后計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)是每來(lái)一個(gè)脈沖,計(jì)數(shù)器就加1,即從000000000000-111111111111 的計(jì)數(shù),以此來(lái)滿足設(shè)計(jì)的要求。

2.3.2 EPROM存儲(chǔ)器模塊

該存儲(chǔ)模塊電路由1片2764芯片構(gòu)成。該芯片是可重復(fù)擦除和寫(xiě)入的EPROM,擦出原先ROM中的信息并且可以寫(xiě)入所需的新數(shù)據(jù)。解決了PROM芯片只能寫(xiě)入一次的弊端。EPROM芯片有一個(gè)很明顯的特征,在其正面的陶瓷封裝上,開(kāi)有一個(gè)玻璃窗口,透過(guò)該窗口,可以看到其內(nèi)部的集成電路,紫外線透過(guò)該孔照射內(nèi)部芯片就可以擦除其內(nèi)的數(shù)據(jù),完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器。EPROM內(nèi)資料的寫(xiě)入要用專用的編程器,該芯片在寫(xiě)入資料后,要以不透光的貼紙或膠布把玻璃窗口封住,以免受到周圍的紫外線照射而使資料受損。

采用光擦除可編程ROM的2764作為存儲(chǔ)器,其13根地址線表示內(nèi)部有8K個(gè)存儲(chǔ)單元;8根數(shù)據(jù)線表示每個(gè)存儲(chǔ)單元存放八位二進(jìn)制數(shù)。存儲(chǔ)器的地址由計(jì)數(shù)器給出,每計(jì)數(shù)一個(gè)值,就會(huì)自動(dòng)流到存儲(chǔ)器作為存儲(chǔ)器的地址,同時(shí)流出該存儲(chǔ)地址所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)。裝在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)信息決定霓虹燈閃爍的動(dòng)態(tài)效果。

2.3.3數(shù)據(jù)緩沖器模塊

由四片(記為U1至U4)74LS374數(shù)據(jù)鎖存器組成,采用多級(jí)緩沖,以串聯(lián)方式構(gòu)成八位一組的移位寄存器。由存儲(chǔ)器的輸出數(shù)據(jù)作為U1的輸入數(shù)據(jù);U1的輸出數(shù)據(jù)作為U2的輸入數(shù)據(jù),U2的輸出數(shù)據(jù)作為U3的輸入數(shù)據(jù), U3的輸出數(shù)據(jù)作為U4的輸入數(shù)據(jù)。在時(shí)鐘脈沖CP的控制下,實(shí)現(xiàn)八位數(shù)據(jù)并行的移位過(guò)程。U1至U4的輸出端各控制一組八個(gè)共陰極發(fā)光二極管的亮或滅。數(shù)據(jù)緩沖器模塊的具體原理圖見(jiàn)圖3所示。

2.3.4顯示模塊

該模塊是由四組八個(gè)色環(huán)電阻和四組八個(gè)發(fā)光二極管組成。發(fā)光二極管按照共陰極方式接線(發(fā)光二極管的陽(yáng)極接限流電阻一端),全部陰極接地。每個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器的八位數(shù)據(jù)輸出分別接對(duì)應(yīng)的色環(huán)電阻另一端,發(fā)光二極管陽(yáng)極為高電時(shí),就發(fā)光,否則熄滅。

由于發(fā)光二極管發(fā)光需要的電流很小,為使發(fā)光二極管能正常工作。故每個(gè)發(fā)光二極管都串聯(lián)了一個(gè)電阻來(lái)分壓,設(shè)計(jì)中所采用的發(fā)光二極管有紅、綠、黃三種顏色,在板子上是按一定的順序排列的,顯示出各種美麗的圖案。該電路可根據(jù)顯示的效果還可以進(jìn)一步擴(kuò)展成用多個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器、電阻、發(fā)光二極管,以此讓顯示的效果更加明顯和美觀。

3存儲(chǔ)器編程

編程就是編寫(xiě)能夠讓霓虹燈實(shí)現(xiàn)各種變換式樣動(dòng)態(tài)效果的數(shù)據(jù)組合。并通過(guò)專用編程器把編寫(xiě)好的數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器的各個(gè)存儲(chǔ)單元中。編寫(xiě)數(shù)據(jù)可使用二進(jìn)制,也可使用十六進(jìn)制進(jìn)行編程,而用二進(jìn)制表示的一個(gè)數(shù)據(jù)在書(shū)寫(xiě)時(shí)其代碼較長(zhǎng),不便于記錄,故一般采用十六進(jìn)制進(jìn)行編程。

由于存儲(chǔ)器中存放的數(shù)據(jù)信息就是霓虹燈閃爍的各種樣式,所以在編程時(shí)就要把希望閃爍的各種情況寫(xiě)到存儲(chǔ)器中去,編程時(shí)先把要實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)效果設(shè)計(jì)成二進(jìn)制數(shù)據(jù)組合,再把這些數(shù)據(jù)譯成十六進(jìn)制,并填入用十六進(jìn)制表示地址的存儲(chǔ)單元中。如寫(xiě)一段“流水燈”動(dòng)態(tài)效果的數(shù)據(jù),存放在存儲(chǔ)器中從起始地址0000H開(kāi)始的8個(gè)存儲(chǔ)單元中。如寫(xiě)一段“拉幕”動(dòng)態(tài)效果的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在從存儲(chǔ)地址為0008H開(kāi)始的連續(xù)8個(gè)存儲(chǔ)單元中,再接著從存儲(chǔ)器的下一個(gè)地址開(kāi)始寫(xiě)一段 “開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)”動(dòng)態(tài)效果的數(shù)據(jù)。可以將各種數(shù)據(jù)進(jìn)行組合,并且每種閃爍規(guī)律又可以約定閃爍的次數(shù),這樣變換的種數(shù)就會(huì)更多,從而形成較為復(fù)雜的動(dòng)態(tài)效果。

設(shè)計(jì)好動(dòng)態(tài)效果后,可以用通用編程器寫(xiě)人數(shù)據(jù)。由于采用的是可擦可編程的只讀存儲(chǔ)器EPROM,霓虹燈閃爍的動(dòng)態(tài)效果不能滿足所需時(shí),則可用光來(lái)擦除其中的信息,信息擦除后再用專門(mén)設(shè)備(編程器)寫(xiě)入數(shù)據(jù)即可。該存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦寫(xiě),直到達(dá)到霓虹燈的閃爍效果。對(duì)此,在安排存儲(chǔ)器時(shí),注意:將存儲(chǔ)器放在芯片插座上,要修改存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù),可隨時(shí)插和拔存儲(chǔ)器。

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