三态彩灯控制电路设计方案比较分析

王宇佳 李飞雄 杨尘 高扬帆

摘 要：随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。LED 彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用。彩灯在我们生活中随处可见，基于数字技术的循环流水彩灯系统结合了传统的数字电路基础技术和模块化设计的思路，其简易轻巧，外貌美观，能呈现多彩颜色的特点使它在现实生活中得到了广泛的应用。所以此流水彩灯的设计可以进一步增加我们对流水灯的了解，感受流水灯給我们生活带来的方便。

关键词：彩灯;控制;LED灯;芯片;装饰

一、设计背景

随着社会市场经济的不断繁荣和发展，彩灯控制器在我们日常生活中有着非常广泛的运用，在大型晚会的现场，彩灯更是成为不可缺少的一道景观。小型的彩灯多为采用霓虹灯电路则不能胜任。彩灯控制器可以自动控制多路彩灯按照不同的节拍循环显示各种灯光变换花型，它广泛用于大型灯会，舞台灯光控制、体育馆灯光控制以及节假日灯光装饰中。彩灯已经成为一种时尚。彩灯广泛应用于流水灯、跑马灯、鸳鸯戏水灯、流水灯控制器等，本次课题主要研究的是彩灯设计控制器，应用了数字逻辑电路的有关知识，此课题设计具有很大现实意义。

二、方案比较

关于实现彩灯控制，有多种方案能做到，下面将介绍两种方案，并比较两种方案的优缺点。

1、方案一

根据设计要求，通过我们本学期学习的数字电子基础，可以使用计数器来实现循环功能：

1）彩灯左右摆动的循环二进制代码为：0101——1010;

2）彩灯暗点移动的二进制代码为：

1110——0111——1011——1101——1110（循环）;

3）彩灯逐次亮灭的二进制代码为：

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

其中左右摆动和暗点移动2种图案的运动状态可由移位寄存器循环右移及环形计数器来获得，而逐次亮灭的运动状态可通过移位寄在器最高位取反后循环右移及扭环形计数器得到，因此，状态变换产生电路可由移位寄存通过适当的反馈电路构成的环形和扭环形计数器来实现。为链接三种运动状态，需找到三种状态的联系。

首先得到三进制计数器，其计数循环为：1101——1110——1111——1101（循环）

经过一定的组合逻辑变换为：0101——1110——1111（即为三种计数原则的初态）

本设计方案的原理框图如图2.1所示，各单位电路选用的元器件为：

1）初态产生电路：选用74ls161构成的计数器可以提供三个起始初态;

2）初态置入电路：选用74ls123构成的单稳态触发器;

3）计数控制及速度变换电路：选用74ls151得到计数控制和速度变换产生;

4）时钟信号产生电路：由CD4060能提供三个不同脉冲;

5）驱动电路：由4个led构成;

6）状态变换产生电路：由一片74LS195移位寄存器来实现功能，其输入端直接和初态置入电路相连。

2、方案二

以AT89C51单片机为控制核心，采用模块化得设计方案，运用LED彩灯、按键等组成电路，实现彩灯在开启时满足不一样的闪亮方法。按键可以再彩灯使用的时候选择不同的亮法，使彩灯变化多样，按键一可以使彩灯常亮， 按键二可以使彩灯闪烁，三号按键键使流水线亮，四号按键使彩灯单数等闪亮累计5次后，换双数灯闪亮5次，依次交换。通过按键能方便使用者选择不同样的亮法。根椐彩灯的亮灭规律，为了便于控制，采用移位型系统方案。即用移位寄存器模块的输出驱动彩灯，彩灯亮，灭和花型的转换通过改变移位寄存器的工作方式来实现。16路彩灯需要移位寄存器模块的规模为16位，但为了便于实现花型4的演示花型，将其分为左，右两个8位移位寄存器模块LSR8和RSR8。由按键控制功能的流水灯，其中的LED采取共阳极接法，通过依次向连接LED的I /0口送出低电平，可实现题目要求的功能。

三、方案论证

方案一通过芯片的逻辑组合实现了三种彩灯模式的协调转换，并且实现彩灯的模式控制与衔接，联系三种初态关系，关联16进制计数器，向移位寄存器提供三种不同的初始态，并根据CD4060的三种时钟信号关系，协调三个彩灯模式的交换，方案一是合理可行的，方案二中单片机的LED彩灯系统包括5大部分，即闪烁系统，脉冲震荡系统，核心控件（89C51主控模块），复位电路。主控模块，具有控制功能，闪烁系统是受控模块，上面有16个LED灯及16个电阻。核心控件主要由89C51芯片组成，是整个彩灯循环系统的核心，是控制彩灯循环闪烁等等一切功能的部件。复位开关连接控制器的RST端实现复位控制。

四、方案选择

方案一中的知识多为数字电路，是我们熟悉的课程，能帮助我们巩固提升知识，使用了常见的几种芯片，电路简单易行，调试简单，成本低。缺点就是功能比较单一。方案二则较为繁复，且设备要求高，但能实现更丰富的效果。基于以上原由和自身条件原因，选择更简单的方案一进行操作。

参考文献

[1]秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术[M].北京：北京大学出版.