1_彩灯循环控制器

4．2 应用电路1 彩灯循环控制器的设计与仿真分析

变换的彩灯已经成为人们日常生活不可缺少的点缀。那么这些变化的灯光是如何控制的呢? 这就是我们下面要讨论的课题——彩灯循环控制电路。

在实际工作中，能够实现彩灯循环控制要求的电路形式或方案很多，现给出几种与数字电路内容结合紧密且容易实现的电路方案，以期使读者开阔思路，学习数字电路的设计与制作方法。

1电路设计分析

(1)彩灯循环控制技术指标

①彩灯能够自动循环点亮。

②彩灯循环显示且频率快慢可调。

③该控制电路具有8路以上输出。

(2)方案论证与实现

彩灯循环控制电路主要由3部分组成，其整体框图如图4—5所示。

①振荡电路。

主要用来产生时间基准信号(脉冲信号)。因为循环彩

灯对频率的要求不高，只需要能产生高低电平，且脉冲

信号的频率可调，所以采用555定时器组成的振荡器，

其输出的脉冲作为下一级的时钟信号。电路如图4-6所不，接上示波器是为了调试振荡器输出信号波形，调试好后就可以去掉示波器，振荡器电路作为一个模块就可以和后续电路相连接了。图4—7为调试好的振荡器输出波形。

②计数器／译码分配器。

计数器是用来累计和寄存输入脉冲个数的时序逻辑部件。在此电路中采用十进制计数／分频器CD4017，它是一种用途非常广泛的集成电路芯片。其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是00、01、02、…、09依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。

CD40 1 7有3个输入端(MR、CP0和～CP 1)，MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时，其输出O0为高电平，其余输出端(O1～O9)均为低电平。CP0和～CP l是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CP l端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多的二极管发光。

CD401 7有10个输出端(O0～O9)和1个进位输出端～O5-9。每输入10个计数脉冲，～O5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。

由此可见，当CD401 7有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。

CD401 7的仿真引脚图如图4-8所示。CD401 7的实际引脚图如图4-9所示。

其实际引脚含义如下。

CO：进位脉冲输出端；CP：时钟输入端；CR：清除端；INH：禁止端；Q0～Q9计数脉冲输出端；VDD：正电源；VSS：地。

CD401 7的仿真测试电路及波形分别如图4．10、图4—11所示。

从CD40 1 7的波形图可以看到，CD40 1 7的输出端依次输出高电平，一个轮次送完，～O5-9就可得到1个进位正脉冲，该脉冲用于级联控制。

③显示电路。

显示电路主要由发光二极管组成，当CD40 1 7的输出端依次输出高电平时，驱动发光二极管也依次点亮，产生一种流动变化的效果。发光二极管要求驱动电压小一点，一般在1.66V左右，电流在5mA左右。彩灯的循环速度由脉冲源频率决定。R、C构成微分电路，用于上电复位。如有兴趣也可以把发光二极管换成各种颜色的彩灯，这样循环起来就更加好看。

2元器件选取及电路组成

(1)元器件选取

仿真电路所用元器件及选取途径如下。

①电源VCC：Place Source →POWER SOURCES→VCC。

②接地：Place Source →POWER SOURCES →GROUND，选取电路中的接地。

③电阻：Place Basic →RESISTOR，选取1kΩ、300Ω。

④电位器：Place Basic →POTENTIOMETER→10kΩ。

⑤电容：Place Basic →CAPACITOR，选取lμF、100nF和10nF。

⑥555定时器：Place Mixed→TIMER→LM555CM。

⑦计数器CD4017：Place CMOS→CMOS_5V→4017BD_5V，如图4—12所示。

⑵电路组成

将元器件放好并连接，彩灯循环控制仿真电路如图4-13所示。

3. 仿真分析

打开仿真开关，可以看到发光二极管依次点亮，如流动一般，调整振荡器的电阻，可以改变发光二极管闪烁的频率，仿真结果显示，该电路达到了设计指标的要求。

4仿真分析总结

①本例利用的主要芯片是十进制计数／分频器CD4017，了解该芯片的功能才能更好地使用。由于CD4017的功能较为简单，所以本例的彩灯循环控制电路也是比较简单的，电路

简单，性能就稳定，性价比就高。彩灯循环控制的方案是多样的，了解了设计的方法，使用者就能设计出自己的控制方式。

②实际应用中，彩灯的控制电路众多，甚至已有专门的灯光控制专用芯片，想做好灯光的控制电路，对这些新知识的了解是必不可少的。

③由丁CPLD和单片机技术的发展，以及CPLD)芯片价格的下降，很多复杂的灯光控制往往是靠编程并灌入芯片的方式实现的，这样做的好处是电路大大简化了，性能更加稳定，调试更加方便，功能更加完善，代表了现代电子的发展方向。

5彩灯循环控制的其他方案

下面介绍另一种彩灯循环控制的设计方案，读者可以自行比较两种电路的区别。

(1)电路组成

该循环控制电路由555定时器、同步4位二进制计数器74HCl63和4线-16线译码器／分配器74HCl54组成。

(2)电路原理分析

电路中555定时器组成多谐振荡器，输出一定频率的矩形脉冲。74HC163是同步4位二进制计数器，当输入周期性脉冲信号时，其输出为二进制数形式，并且随着脉冲信号的输入，其输出在0000～1111循环变化。通过4线-16线译码器/分配器74HCl54，其16条输出线,按照74HCl63所加的二进制数依次变成低电平，哪条输出线为低电平，与它相连的发光二极管就亮。因为任何一时刻只有1个发光二极管亮，故所有16个发光二极管只接1个限流电阻。该电路的16个发光二极管，若组成一个环状，则发光二极管依次点亮时就像一个光环在滚动一样，可用在灯光布置或装饰上。其整体电路设计与仿真如图4 -14所示，图中使用了两条总线BUS1和BUS2，使电路连线简单、清晰。关于总线的使用方法，前面内容已有介绍，这里不再重复。