全彩霓虹灯控制电路的设计

肖学玲

摘要:霓虹灯的应用非常广泛,其控制电路种类也很多,现介绍一种全彩霓虹灯控制电路的设计方法,并从电路结构、工作原理和对存储器编程几方面进行详细的论述。采用此方法所设计出的全彩霓虹灯控制电路经济实用、结构简单、容易操作、维修方便、变换样式多。

关键词:霓虹灯;控制电路;设计

1霓虹灯现阶段的发展

从上世纪九十年代开始,随着我国经济的快速增长和人民物质生活水平的不断提高,城市化建设的日臻完善,霓虹灯行业得到了空前的发展。霓虹灯作为一种五彩缤纷的城市照明光源,由于外形变化多端、加工灵活、色彩丰富等特点,在广告、商业、交通、建筑、室内外装饰、舞台布景、家用电器、城市美化等领域发挥了其特有的作用。在人们眼中,霓虹灯似乎成了社会繁荣的象征,现代文明的标志,美化城市的必要装点及广告宣传的重要手段。随着社会主义市场经济的发展,伴随着精神、物质文明建设的需要,对城市光亮美化的要求越来越高。霓虹灯作为商品宣传的传统手段已成为城乡亮光工程的主要风景线之一。

全彩霓虹灯在实际生活中应用很广泛,各高校的实验实训中也是学生非常感兴趣的一个项目,这里所设计的全彩霓虹灯控制既可作为学生的动手实践项目,又能在实际中应用。

2硬件设计方案

2.1硬件电路设计思想

霓虹灯控制电路采用模块化的设计思想,主要由五个模块电路组成的,即:电源及脉冲模块、计数模块、存储模块、缓冲模块和显示模块,其结构图如图1所示:

2.2整个霓虹灯的工作原理:

工作时,由于脉冲电路不断地输出脉冲。计数器每收到一个脉冲就计数一次,此数作为存储器的一个存储地址,并读出该存储地址所对应的存储单元中的数据信息,从存储器中读出的数据流入数据缓冲器的输入,缓冲后从数据缓冲器中流出,到限流电阻,再到发光二极管进行显示。动态效果的变换式样由预置在各存储单元里的数据组合提供。整个过程是霓虹灯电路按照一定的速度从存储器中依次取出各存储单元里的数据,这些数据决定某一瞬间各盏霓虹灯的亮暗组合,这些组合随时间不断的变化,就形成丰富多彩的动态效果。

2.3电路的部分功能模块

2.3.1计数器模块

由三片74LS161(记为U1,U2和U3)四位同步计数器构成十二位二进制计数器。在设计中,计数器不需预置数据;计数值从12个0计数到12个1,再通过反相器(74LS04为六反相器集成电路,此设计中电路只用到其六个反相器中的一个反相器)的反相作用将计数器模块中的12个1全部复位,所有输出为0。

四位二进制计数器即每片74LS161芯片有Q0-Q3四个输出端,每次能输出四位二进制数,故称为四位二进制计数器,该计数器计数可以从0000-1111,这远远没达到所设计的要求,因此采用了级联技术,具体实现是将U1的TC引脚接到U2的CEP和CET引脚上,将U2的TC引脚接到U3的CEP和CET引脚上。

通过级联后计数器的计数是每来一个脉冲,计数器就加1,即从000000000000-111111111111 的计数,以此来满足设计的要求。

2.3.2 EPROM存储器模块

该存储模块电路由1片2764芯片构成。该芯片是可重复擦除和写入的EPROM,擦出原先ROM中的信息并且可以写入所需的新数据。解决了PROM芯片只能写入一次的弊端。EPROM芯片有一个很明显的特征,在其正面的陶瓷封装上,开有一个玻璃窗口,透过该窗口,可以看到其内部的集成电路,紫外线透过该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据,完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器。EPROM内资料的写入要用专用的编程器,该芯片在写入资料后,要以不透光的贴纸或胶布把玻璃窗口封住,以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。

采用光擦除可编程ROM的2764作为存储器,其13根地址线表示内部有8K个存储单元;8根数据线表示每个存储单元存放八位二进制数。存储器的地址由计数器给出,每计数一个值,就会自动流到存储器作为存储器的地址,同时流出该存储地址所对应的存储单元中的数据。装在存储器中的数据信息决定霓虹灯闪烁的动态效果。

2.3.3数据缓冲器模块

由四片(记为U1至U4)74LS374数据锁存器组成,采用多级缓冲,以串联方式构成八位一组的移位寄存器。由存储器的输出数据作为U1的输入数据;U1的输出数据作为U2的输入数据,U2的输出数据作为U3的输入数据, U3的输出数据作为U4的输入数据。在时钟脉冲CP的控制下,实现八位数据并行的移位过程。U1至U4的输出端各控制一组八个共阴极发光二极管的亮或灭。数据缓冲器模块的具体原理图见图3所示。

2.3.4显示模块

该模块是由四组八个色环电阻和四组八个发光二极管组成。发光二极管按照共阴极方式接线(发光二极管的阳极接限流电阻一端),全部阴极接地。每个数据缓冲器的八位数据输出分别接对应的色环电阻另一端,发光二极管阳极为高电时,就发光,否则熄灭。

由于发光二极管发光需要的电流很小,为使发光二极管能正常工作。故每个发光二极管都串联了一个电阻来分压,设计中所采用的发光二极管有红、绿、黄三种颜色,在板子上是按一定的顺序排列的,显示出各种美丽的图案。该电路可根据显示的效果还可以进一步扩展成用多个数据缓冲器、电阻、发光二极管,以此让显示的效果更加明显和美观。

3存储器编程

编程就是编写能够让霓虹灯实现各种变换式样动态效果的数据组合。并通过专用编程器把编写好的数据写入存储器的各个存储单元中。编写数据可使用二进制,也可使用十六进制进行编程,而用二进制表示的一个数据在书写时其代码较长,不便于记录,故一般采用十六进制进行编程。

由于存储器中存放的数据信息就是霓虹灯闪烁的各种样式,所以在编程时就要把希望闪烁的各种情况写到存储器中去,编程时先把要实现的动态效果设计成二进制数据组合,再把这些数据译成十六进制,并填入用十六进制表示地址的存储单元中。如写一段“流水灯”动态效果的数据,存放在存储器中从起始地址0000H开始的8个存储单元中。如写一段“拉幕”动态效果的数据,这些数据存储在从存储地址为0008H开始的连续8个存储单元中,再接着从存储器的下一个地址开始写一段 “开门、关门”动态效果的数据。可以将各种数据进行组合,并且每种闪烁规律又可以约定闪烁的次数,这样变换的种数就会更多,从而形成较为复杂的动态效果。

设计好动态效果后,可以用通用编程器写人数据。由于采用的是可擦可编程的只读存储器EPROM,霓虹灯闪烁的动态效果不能满足所需时,则可用光来擦除其中的信息,信息擦除后再用专门设备(编程器)写入数据即可。该存储器可以反复擦写,直到达到霓虹灯的闪烁效果。对此,在安排存储器时,注意:将存储器放在芯片插座上,要修改存储器的数据,可随时插和拔存储器。

参考文献:

[1]王松武.电子创新设计与实践[M].北京:国防工业出版社,2005.

[2]杨颂华.数字电子技术基础[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000.

[3]沈任元,吴勇.常用电子元器件简明手册[M].机械工业出版社,2004.

[4]杨志忠.数字电子技术[M].高等教育出版社,2003.