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        三態(tài)彩燈控制電路設(shè)計方案比較分析

        2022-07-04 02:20:24王宇佳李飛雄楊塵高揚帆
        科學(xué)與財富 2022年8期
        關(guān)鍵詞:彩燈控制裝飾

        王宇佳 李飛雄 楊塵 高揚帆

        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?;谝陨显珊妥陨項l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.

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