三態(tài)彩燈控制電路設(shè)計方案比較分析

王宇佳 李飛雄 楊塵 高揚(yáng)帆

摘 要：隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色霓虹燈。LED 彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應(yīng)用。彩燈在我們生活中隨處可見，基于數(shù)字技術(shù)的循環(huán)流水彩燈系統(tǒng)結(jié)合了傳統(tǒng)的數(shù)字電路基礎(chǔ)技術(shù)和模塊化設(shè)計的思路，其簡易輕巧，外貌美觀，能呈現(xiàn)多彩顏色的特點使它在現(xiàn)實生活中得到了廣泛的應(yīng)用。所以此流水彩燈的設(shè)計可以進(jìn)一步增加我們對流水燈的了解，感受流水燈給我們生活帶來的方便。

關(guān)鍵詞：彩燈;控制;LED燈;芯片;裝飾

一、設(shè)計背景

隨著社會市場經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮和發(fā)展，彩燈控制器在我們?nèi)粘Ｉ钪杏兄浅V泛的運用，在大型晚會的現(xiàn)場，彩燈更是成為不可缺少的一道景觀。小型的彩燈多為采用霓虹燈電路則不能勝任。彩燈控制器可以自動控制多路彩燈按照不同的節(jié)拍循環(huán)顯示各種燈光變換花型，它廣泛用于大型燈會，舞臺燈光控制、體育館燈光控制以及節(jié)假日燈光裝飾中。彩燈已經(jīng)成為一種時尚。彩燈廣泛應(yīng)用于流水燈、跑馬燈、鴛鴦戲水燈、流水燈控制器等，本次課題主要研究的是彩燈設(shè)計控制器，應(yīng)用了數(shù)字邏輯電路的有關(guān)知識，此課題設(shè)計具有很大現(xiàn)實意義。

二、方案比較

關(guān)于實現(xiàn)彩燈控制，有多種方案能做到，下面將介紹兩種方案，并比較兩種方案的優(yōu)缺點。

1、方案一

根據(jù)設(shè)計要求，通過我們本學(xué)期學(xué)習(xí)的數(shù)字電子基礎(chǔ)，可以使用計數(shù)器來實現(xiàn)循環(huán)功能：

1）彩燈左右擺動的循環(huán)二進(jìn)制代碼為：0101——1010;

2）彩燈暗點移動的二進(jìn)制代碼為：

1110——0111——1011——1101——1110（循環(huán)）;

3）彩燈逐次亮滅的二進(jìn)制代碼為：

0000——1000——1100——1110——1111——0111——0011——0001——0000（循環(huán)）。

其中左右擺動和暗點移動2種圖案的運動狀態(tài)可由移位寄存器循環(huán)右移及環(huán)形計數(shù)器來獲得，而逐次亮滅的運動狀態(tài)可通過移位寄在器最高位取反后循環(huán)右移及扭環(huán)形計數(shù)器得到，因此，狀態(tài)變換產(chǎn)生電路可由移位寄存通過適當(dāng)?shù)姆答侂娐窐?gòu)成的環(huán)形和扭環(huán)形計數(shù)器來實現(xiàn)。為鏈接三種運動狀態(tài)，需找到三種狀態(tài)的聯(lián)系。

首先得到三進(jìn)制計數(shù)器，其計數(shù)循環(huán)為：1101——1110——1111——1101（循環(huán)）

經(jīng)過一定的組合邏輯變換為：0101——1110——1111（即為三種計數(shù)原則的初態(tài)）

本設(shè)計方案的原理框圖如圖2.1所示，各單位電路選用的元器件為：

1）初態(tài)產(chǎn)生電路：選用74ls161構(gòu)成的計數(shù)器可以提供三個起始初態(tài);

2）初態(tài)置入電路：選用74ls123構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器;

3）計數(shù)控制及速度變換電路：選用74ls151得到計數(shù)控制和速度變換產(chǎn)生;

4）時鐘信號產(chǎn)生電路：由CD4060能提供三個不同脈沖;

5）驅(qū)動電路：由4個led構(gòu)成;

6）狀態(tài)變換產(chǎn)生電路：由一片74LS195移位寄存器來實現(xiàn)功能，其輸入端直接和初態(tài)置入電路相連。

2、方案二

以AT89C51單片機(jī)為控制核心，采用模塊化得設(shè)計方案，運用LED彩燈、按鍵等組成電路，實現(xiàn)彩燈在開啟時滿足不一樣的閃亮方法。按鍵可以再彩燈使用的時候選擇不同的亮法，使彩燈變化多樣，按鍵一可以使彩燈常亮， 按鍵二可以使彩燈閃爍，三號按鍵鍵使流水線亮，四號按鍵使彩燈單數(shù)等閃亮累計5次后，換雙數(shù)燈閃亮5次，依次交換。通過按鍵能方便使用者選擇不同樣的亮法。根椐彩燈的亮滅規(guī)律，為了便于控制，采用移位型系統(tǒng)方案。即用移位寄存器模塊的輸出驅(qū)動彩燈，彩燈亮，滅和花型的轉(zhuǎn)換通過改變移位寄存器的工作方式來實現(xiàn)。16路彩燈需要移位寄存器模塊的規(guī)模為16位，但為了便于實現(xiàn)花型4的演示花型，將其分為左，右兩個8位移位寄存器模塊LSR8和RSR8。由按鍵控制功能的流水燈，其中的LED采取共陽極接法，通過依次向連接LED的I /0口送出低電平，可實現(xiàn)題目要求的功能。

三、方案論證

方案一通過芯片的邏輯組合實現(xiàn)了三種彩燈模式的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換，并且實現(xiàn)彩燈的模式控制與銜接，聯(lián)系三種初態(tài)關(guān)系，關(guān)聯(lián)16進(jìn)制計數(shù)器，向移位寄存器提供三種不同的初始態(tài)，并根據(jù)CD4060的三種時鐘信號關(guān)系，協(xié)調(diào)三個彩燈模式的交換，方案一是合理可行的，方案二中單片機(jī)的LED彩燈系統(tǒng)包括5大部分，即閃爍系統(tǒng)，脈沖震蕩系統(tǒng)，核心控件（89C51主控模塊），復(fù)位電路。主控模塊，具有控制功能，閃爍系統(tǒng)是受控模塊，上面有16個LED燈及16個電阻。核心控件主要由89C51芯片組成，是整個彩燈循環(huán)系統(tǒng)的核心，是控制彩燈循環(huán)閃爍等等一切功能的部件。復(fù)位開關(guān)連接控制器的RST端實現(xiàn)復(fù)位控制。

四、方案選擇

方案一中的知識多為數(shù)字電路，是我們熟悉的課程，能幫助我們鞏固提升知識，使用了常見的幾種芯片，電路簡單易行，調(diào)試簡單，成本低。缺點就是功能比較單一。方案二則較為繁復(fù)，且設(shè)備要求高，但能實現(xiàn)更豐富的效果。基于以上原由和自身條件原因，選擇更簡單的方案一進(jìn)行操作。

參考文獻(xiàn)

[1]秦長海，張?zhí)禊i，翟亞芳.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京：北京大學(xué)出版.