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彩灯档位脉冲基于TTL电路的LED可调彩灯控制器

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在日常生活、生产中LED彩灯由于其低耗节能、灯光色彩丰富,造价低廉等特点而得到了广泛的应用。目前市场上销售的全硬件LED彩灯控制器大多数频率不可调,导致闪亮模式单一、选择性差。嵌入单片机的彩灯控制器,虽然可以通过修改程序来调整频率,但一般用户往往很难做到,从某种程度上说这也是一种频率单一的彩灯控制器。为此有必要对现有控制电路进行改进,在电路的设计上实现了档位控制和档位自动显示;通过可调定时器产生10组时钟振荡脉冲送入触发器DM74LS74AN;再由触发器74LS74实现四分频控制彩灯闪烁频率;实际组装电路调试结果表明,控制电路能对彩灯闪烁频率进行10组控制,进一步增强动态效果;提高了彩灯控制性能、制作简单、操作方便。

1 LED彩灯控制器的基本结构
LED彩灯控制器的基本结构如图1所示,主要由档位控制器、可调定时器、档位显示、分频器、彩灯电路等组成,档位控制器设有按钮开关,共有0~9档可供选择,且可不断循环;档位显示电路由数据选择器SN74LS247N和七段LED数码管组成,能监控、显示按钮开关动作;可调定时器选用多谐振荡器实现,可提供10组定时控制,分频器采用双D触发器74L574,进行二分频和四分频;彩灯电路选择不同颜色发光二极组合。

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2 控制器设计
整个电路主要由档位控制、定时、档位显示、分频、彩灯等电路组成,电路设计如图2所示。

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2.1 档位控制设计
档位控制主要由同步4位向上计数器DM74LS190N和按钮开关构成,DM74LS190N的LD端接高电平,EN和D/U端接低电平,计数输入端1、9、10、15脚接地,CLK时钟信号端作为按钮开关SW输入,QD~QA输出端,CLK端接按钮时钟脉冲,对时钟脉冲上升沿进行加法计数,每按一次SW按钮,产生一个高电平的时钟脉冲,QD~QA输出相应的“0”至“9”递增可循环BCD码,该BCD码送至SN74LS247N的A2~A0预置端和HCC4067 BF,按钮开关每按一次,QC~QA输出一个信号,共有0~9档可供选择,且不断循环,LED数码管自动显示档位情况。
2.2 可调定时器设计
可调定时器主要由多谐振荡电路和16通道多路复用器HCCA067BF组成,UA、UB构成多谐振荡器,振荡周期T=2.2C1Rn(n=2~11)。多谐振荡脉冲经U8C反相缓冲后作为时钟脉冲送至DM74LS74AN的CLK端,16多路选择开关的A、B、C、D分别与SN74LS247N的A0~A3端及DM74LS190N的
QA~QD端相连,INH和GND接地,I01~I09分别与电阻R2~R1连接,二进制信号中选择0~9通道被打开“ON”和连接的输入输出,当DM74LS190 N上的按钮开关第一次按下时,QD~QA输出信号0000,0000经DM74LS74AN译码后在数码管宣示0,与此同时HCC4067BF的A、B、C、D接收到信号0000后,接通100端口,多谐振荡器工作,产生1个周期T=2.2C1R2振荡脉冲,此脉冲经U8C反相缓冲后送至DM74LS74AN的CLK端作为时钟脉冲信号,当DM74LS190N上的按钮开关第二次按下时,数码管显示1,多谐振荡器产生另一个周期为T=2.2C1R3振荡脉冲;如此类推,可产生10组时钟振荡脉冲送入DM74LS74AN,共有10档可调。
2.3 档位显示设计
档位显示电路主要由译码器SN74LS247N和七段LED数码管HDSP-511E组成,SN74LS247N的LT、RBI、BI/RB0端接电源,译码输入A0~A3接DM74LS190N的QA~QD,译码输出a~g为低电平有效;HDSP-511E为共阳极,当DM74LS190N上的按钮开关动作,A0~A3接收DM74LS190N的输出信号,译码输出后送LED数码管显示,这样显示电路就能监控按钮开关的档位情况。
2.4 分频器设计
分频器采用双D触发器74LS74组成,D触发器的状态方程为d.jpg,其输出状态的更新发生在CP脉冲的上升沿,故又称为上升沿触发的边沿触发器,触发器的状态只取决于时钟到来前的D端状态,广泛应用于分频和波形产生。每当CP1端输入两个时钟脉冲Q1端就产生一个时钟脉冲,从而实现了二分频,从Q1端输出的时钟脉冲送USB的CP2,Q2端输出的频率就是USA的3脚输出的时钟脉冲信号即CP1的1/4,从而实现了四分频。
2.5 彩灯电路设计
彩灯电路主要由三极管、二极管电阻等组成,在设计三极管发射极接地,集电极与二极管相接,在实际使用中选用多个不同颜色二极管并联。当USA的3脚输出的时钟脉冲为低电平时,发光二极管V1正向导通发光,3脚输出的时钟脉冲为高电平时,V1反向截止而熄灭,而V3、V5因Q、e.jpg输出的总是一个为高电平“1”,一个为低电平“0”,因而,交替发光闪烁,V3,V5的闪烁频率为V1闪烁频率的二分之一,即为二分频,因为Q2端输出频率为CP1的1/4,所以V7、V9的闪烁频率又为V3、V5闪烁频率的二分之一,实现了四分频。二分频、四分频的二极管的闪烁周期见下表。

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3 电路调试
主要做好档位控制电路、彩灯电路调试,在档位控制电路中按钮开关每按一次,LED数码管自动显示档位情况,观察看是否显示0~9,当按到第十一次时,应该重新从0开始,且不断循环;在彩灯电路调试方面,一是看二极管能否正常发光,其次,观察V3、V5和V7、V9应为交替发光闪烁,再次,观察V3、V5的闪烁频率应为V1闪烁频率的二分之一,V7、V9的闪烁频率又为V5、V7闪烁频率的二分之一。

4 可调彩灯控制器应用
此电路非常适合于音乐会、舞台、舞厅、婚庆、舞台、节日背景布置,可用在宾馆、酒楼、橱窗、店铺等各种场所。很多商店的门面或柜台都装有普通彩色灯泡做为装饰,这种彩色灯泡耗电量大,又不能引起行人的注意,改用耗电微小的LED发光二极管彩灯,不但能节省大量的电费,再配上10档可调控制带来动感变幻效果,能把店面装饰得更加绚丽多姿,在家庭音箱装上本控制器作用下的发光二极管,可根据需要选择不同变化模式,动感魅力无穷、增添生活情趣。

5 结束语
基于TTL电路的LED可调彩灯控制器,电路主要由时间振荡电路和16通道多路复用器组成可调定时器,D触发器为分频器;译码器和数码管为监测显示电路;计数器和按钮开关作为手动档位控制开关。通过实际组装电路调试的结果来看,与市场上大多数的LED彩灯全硬件控制器相比,具有3个特点:1)对比嵌入单片机的彩灯控制器、不必再通过修改程序来调整闪烁频率,只要采取手工切换方式,就可获得多种闪烁效果,解决了一般用户修改程序的苦恼;2)实现档位自动监测显示,档位一目了然;3)改变了一般彩灯闪亮模式单调、选择性差的缺陷,由于其低耗节能、灯光色彩丰富,造价低廉、操作简单,本控翻器应具有良好的市场前景。

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