肖學(xué)玲

摘要:霓虹燈的應(yīng)用非常廣泛,其控制電路種類也很多,現(xiàn)介紹一種全彩霓虹燈控制電路的設(shè)計方法,并從電路結(jié)構(gòu)、工作原理和對存儲器編程幾方面進(jìn)行詳細(xì)的論述。采用此方法所設(shè)計出的全彩霓虹燈控制電路經(jīng)濟(jì)實用、結(jié)構(gòu)簡單、容易操作、維修方便、變換樣式多。

關(guān)鍵詞:霓虹燈;控制電路;設(shè)計

1霓虹燈現(xiàn)階段的發(fā)展

從上世紀(jì)九十年代開始,隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長和人民物質(zhì)生活水平的不斷提高,城市化建設(shè)的日臻完善,霓虹燈行業(yè)得到了空前的發(fā)展。霓虹燈作為一種五彩繽紛的城市照明光源,由于外形變化多端、加工靈活、色彩豐富等特點,在廣告、商業(yè)、交通、建筑、室內(nèi)外裝飾、舞臺布景、家用電器、城市美化等領(lǐng)域發(fā)揮了其特有的作用。在人們眼中,霓虹燈似乎成了社會繁榮的象征,現(xiàn)代文明的標(biāo)志,美化城市的必要裝點及廣告宣傳的重要手段。隨著社會主義市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,伴隨著精神、物質(zhì)文明建設(shè)的需要,對城市光亮美化的要求越來越高。霓虹燈作為商品宣傳的傳統(tǒng)手段已成為城鄉(xiāng)亮光工程的主要風(fēng)景線之一。

全彩霓虹燈在實際生活中應(yīng)用很廣泛,各高校的實驗實訓(xùn)中也是學(xué)生非常感興趣的一個項目,這里所設(shè)計的全彩霓虹燈控制既可作為學(xué)生的動手實踐項目,又能在實際中應(yīng)用。

2硬件設(shè)計方案

2.1硬件電路設(shè)計思想

霓虹燈控制電路采用模塊化的設(shè)計思想,主要由五個模塊電路組成的,即:電源及脈沖模塊、計數(shù)模塊、存儲模塊、緩沖模塊和顯示模塊,其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示:

2.2整個霓虹燈的工作原理:

工作時,由于脈沖電路不斷地輸出脈沖。計數(shù)器每收到一個脈沖就計數(shù)一次,此數(shù)作為存儲器的一個存儲地址,并讀出該存儲地址所對應(yīng)的存儲單元中的數(shù)據(jù)信息,從存儲器中讀出的數(shù)據(jù)流入數(shù)據(jù)緩沖器的輸入,緩沖后從數(shù)據(jù)緩沖器中流出,到限流電阻,再到發(fā)光二極管進(jìn)行顯示。動態(tài)效果的變換式樣由預(yù)置在各存儲單元里的數(shù)據(jù)組合提供。整個過程是霓虹燈電路按照一定的速度從存儲器中依次取出各存儲單元里的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)決定某一瞬間各盞霓虹燈的亮暗組合,這些組合隨時間不斷的變化,就形成豐富多彩的動態(tài)效果。

2.3電路的部分功能模塊

2.3.1計數(shù)器模塊

由三片74LS161(記為U1,U2和U3)四位同步計數(shù)器構(gòu)成十二位二進(jìn)制計數(shù)器。在設(shè)計中,計數(shù)器不需預(yù)置數(shù)據(jù);計數(shù)值從12個0計數(shù)到12個1,再通過反相器(74LS04為六反相器集成電路,此設(shè)計中電路只用到其六個反相器中的一個反相器)的反相作用將計數(shù)器模塊中的12個1全部復(fù)位,所有輸出為0。

四位二進(jìn)制計數(shù)器即每片74LS161芯片有Q0-Q3四個輸出端,每次能輸出四位二進(jìn)制數(shù),故稱為四位二進(jìn)制計數(shù)器,該計數(shù)器計數(shù)可以從0000-1111,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒達(dá)到所設(shè)計的要求,因此采用了級聯(lián)技術(shù),具體實現(xiàn)是將U1的TC引腳接到U2的CEP和CET引腳上,將U2的TC引腳接到U3的CEP和CET引腳上。

通過級聯(lián)后計數(shù)器的計數(shù)是每來一個脈沖,計數(shù)器就加1,即從000000000000-111111111111 的計數(shù),以此來滿足設(shè)計的要求。

2.3.2 EPROM存儲器模塊

該存儲模塊電路由1片2764芯片構(gòu)成。該芯片是可重復(fù)擦除和寫入的EPROM,擦出原先ROM中的信息并且可以寫入所需的新數(shù)據(jù)。解決了PROM芯片只能寫入一次的弊端。EPROM芯片有一個很明顯的特征,在其正面的陶瓷封裝上,開有一個玻璃窗口,透過該窗口,可以看到其內(nèi)部的集成電路,紫外線透過該孔照射內(nèi)部芯片就可以擦除其內(nèi)的數(shù)據(jù),完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器。EPROM內(nèi)資料的寫入要用專用的編程器,該芯片在寫入資料后,要以不透光的貼紙或膠布把玻璃窗口封住,以免受到周圍的紫外線照射而使資料受損。

采用光擦除可編程ROM的2764作為存儲器,其13根地址線表示內(nèi)部有8K個存儲單元;8根數(shù)據(jù)線表示每個存儲單元存放八位二進(jìn)制數(shù)。存儲器的地址由計數(shù)器給出,每計數(shù)一個值,就會自動流到存儲器作為存儲器的地址,同時流出該存儲地址所對應(yīng)的存儲單元中的數(shù)據(jù)。裝在存儲器中的數(shù)據(jù)信息決定霓虹燈閃爍的動態(tài)效果。

2.3.3數(shù)據(jù)緩沖器模塊

由四片(記為U1至U4)74LS374數(shù)據(jù)鎖存器組成,采用多級緩沖,以串聯(lián)方式構(gòu)成八位一組的移位寄存器。由存儲器的輸出數(shù)據(jù)作為U1的輸入數(shù)據(jù);U1的輸出數(shù)據(jù)作為U2的輸入數(shù)據(jù),U2的輸出數(shù)據(jù)作為U3的輸入數(shù)據(jù), U3的輸出數(shù)據(jù)作為U4的輸入數(shù)據(jù)。在時鐘脈沖CP的控制下,實現(xiàn)八位數(shù)據(jù)并行的移位過程。U1至U4的輸出端各控制一組八個共陰極發(fā)光二極管的亮或滅。數(shù)據(jù)緩沖器模塊的具體原理圖見圖3所示。

2.3.4顯示模塊

該模塊是由四組八個色環(huán)電阻和四組八個發(fā)光二極管組成。發(fā)光二極管按照共陰極方式接線(發(fā)光二極管的陽極接限流電阻一端),全部陰極接地。每個數(shù)據(jù)緩沖器的八位數(shù)據(jù)輸出分別接對應(yīng)的色環(huán)電阻另一端,發(fā)光二極管陽極為高電時,就發(fā)光,否則熄滅。

由于發(fā)光二極管發(fā)光需要的電流很小,為使發(fā)光二極管能正常工作。故每個發(fā)光二極管都串聯(lián)了一個電阻來分壓,設(shè)計中所采用的發(fā)光二極管有紅、綠、黃三種顏色,在板子上是按一定的順序排列的,顯示出各種美麗的圖案。該電路可根據(jù)顯示的效果還可以進(jìn)一步擴(kuò)展成用多個數(shù)據(jù)緩沖器、電阻、發(fā)光二極管,以此讓顯示的效果更加明顯和美觀。

3存儲器編程

編程就是編寫能夠讓霓虹燈實現(xiàn)各種變換式樣動態(tài)效果的數(shù)據(jù)組合。并通過專用編程器把編寫好的數(shù)據(jù)寫入存儲器的各個存儲單元中。編寫數(shù)據(jù)可使用二進(jìn)制,也可使用十六進(jìn)制進(jìn)行編程,而用二進(jìn)制表示的一個數(shù)據(jù)在書寫時其代碼較長,不便于記錄,故一般采用十六進(jìn)制進(jìn)行編程。

由于存儲器中存放的數(shù)據(jù)信息就是霓虹燈閃爍的各種樣式,所以在編程時就要把希望閃爍的各種情況寫到存儲器中去,編程時先把要實現(xiàn)的動態(tài)效果設(shè)計成二進(jìn)制數(shù)據(jù)組合,再把這些數(shù)據(jù)譯成十六進(jìn)制,并填入用十六進(jìn)制表示地址的存儲單元中。如寫一段“流水燈”動態(tài)效果的數(shù)據(jù),存放在存儲器中從起始地址0000H開始的8個存儲單元中。如寫一段“拉幕”動態(tài)效果的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)存儲在從存儲地址為0008H開始的連續(xù)8個存儲單元中,再接著從存儲器的下一個地址開始寫一段 “開門、關(guān)門”動態(tài)效果的數(shù)據(jù)?？梢詫⒏鞣N數(shù)據(jù)進(jìn)行組合,并且每種閃爍規(guī)律又可以約定閃爍的次數(shù),這樣變換的種數(shù)就會更多,從而形成較為復(fù)雜的動態(tài)效果。

設(shè)計好動態(tài)效果后,可以用通用編程器寫人數(shù)據(jù)。由于采用的是可擦可編程的只讀存儲器EPROM,霓虹燈閃爍的動態(tài)效果不能滿足所需時,則可用光來擦除其中的信息,信息擦除后再用專門設(shè)備(編程器)寫入數(shù)據(jù)即可。該存儲器可以反復(fù)擦寫,直到達(dá)到霓虹燈的閃爍效果。對此,在安排存儲器時,注意:將存儲器放在芯片插座上,要修改存儲器的數(shù)據(jù),可隨時插和拔存儲器。

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