基于CPLD的音乐LED彩灯控制系统

杨金红 安雪娥

（淮安信息职业技术学院，江苏 淮安 223003）

基于CPLD的音乐LED彩灯控制系统

杨金红 安雪娥

（淮安信息职业技术学院，江苏 淮安 223003）

文章介绍了一种音乐LED彩灯控制系统，系统由软件与硬件两部分组成，硬件部分由CPLD EPM1270、LED彩灯控制电路、数码显示电路、按键电路和扬声器电路组成，LED彩灯控制芯片为CD4017.软件部分由音乐产生及控制模块及数码显示模块组成.CPLD产生的不同音乐节拍可以使能不同的CD4017芯片，使组成某种图案的不同颜色彩灯随音乐节拍闪烁，具有很好的观赏性.系统具有硬件电路简单、体积小、功耗低、可靠性高，特别是可以在不修改硬件电路的基础上，仅通过更改软件就可变换LED彩灯的显示花样.

彩灯控制器；EPM1270；CD4017；V HDL

0 引言

随着科技日新月异的发展，在现代生活中，彩灯作为一种景观，可以应用到广场灯光布置、舞厅灯光布置等场合，也可以起到广告宣传的作用.LED彩灯属于冷光源，效率及发热量是普通发光器件难以比拟的，它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品、可靠耐用、应用灵活、安全、响应时间短、绿色环保、控制灵活种等特点.通常的LED彩灯控制系统只完成彩灯闪烁的功能，只具有视觉效果.本文设计的彩灯控制器使用通过CPLD［1］EPM1270，通过VHDL语言编写程序，完成音乐产生及控制工作，彩灯控制芯片为CD4017，音乐的不同节拍控制组成图案的不同颜色的LED彩灯闪烁，具有良好的视听效果.

1 硬件介绍

本音乐彩灯控制系统的硬件组成有CPLDEPM1270、LED彩灯控制电路、扬声器电路、按键电路和数码显示电路，CPLDEPM1270完成音乐产生、数码显示控制及对扬声器和CD4017的控制，LED彩灯控制电路通过6片CD4017完成对6组，红、黄、绿三种颜色的彩灯实现控制，6组彩灯组成具体的图案.按键的功能是实现不同歌曲的选择，本系统设计了三首歌曲，扬声器实现音乐的播放.数码显示电路完成对播放节拍的显示.整体硬件结构图如图1所示.

1.1 EPM1270简介

本设计使用的Altera公司的MAXII系列的EPM1270.MAXII EPM1270芯片包含1 270个LE，相当于40 000个逻辑门数，980个等效宏单元数，8 K用户可用flash比特数，116个用户可用I／O全部引出，扩展方便，同时具有用户Flash存储器，实时在系统可编程性（ISP），JTAG解释器，能实现高度的功能集成，减小系统设计成本.在各种控制应用中如上电顺序，系统配置，I／O扩展和接口桥接等有着广泛的用处.该器件采用全新的构架，低功耗的工艺技术，把高密度的CPLD和PCI核结合起来，与传统的CPLD相比成本价降低了一半，功率降至十分之一，容量增加了四倍，性能增加了两倍.

1.2 LED彩灯控制电路

图1 彩灯控制系统硬件结构图

彩灯控制器为十进制计数／分频器CD4017［2］，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Q0，Q1，Q2，…，Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期.

在本设计中使用六片CD4017芯片，其中有两片CD4017控制红灯闪烁，两片控制绿灯闪烁，两片控制红灯闪烁，六个片子的时钟输入端连接到EMP1270的57引脚.控制红灯的CD4017的使能端连在58脚，控制红灯的CD4017的使能端连在59脚，控制绿灯的CD4017的使能端连在60脚.不同的音乐节拍使能不同组的CD4017，从而使彩灯随音乐节拍闪烁达到很好的视听效果，彩灯使用了红、黄、绿三种颜色的发光二极管.每两个CD4017芯片控制一种彩灯，芯片U1和U2控制红灯，U3和U4控制绿灯，U5和U6控制黄灯.每个芯片的输出端Q1～Q9共9个引脚分别控制一个彩灯，当向不同的引脚加高电平或低电平时，其对应的彩灯点亮或熄灭.彩灯控制电路原理图如图2所示.

图2 彩灯控制电路原理图

2 软件设计

2.1 音乐产生及控制电路设计

音乐模块部分实现的功能主要有音乐演奏、乐曲选择及彩灯控制的功能.乐曲演奏程序中高中低三个音.设计了三首歌曲，不同按键按下可以实现不同歌曲的演奏.

在彩灯控制部分，音节1到来时使能控制绿灯的一组CD4017，绿灯亮；音节2到来时使能控制红灯的一组CD4017，红灯亮；音节3到来时使能控制黄灯的一组CD4017，黄灯亮；音节4到来时使能控制黄灯、绿灯的两组CD4017，黄灯、绿灯同时亮；音节5到来时使能控制黄灯、红灯的两组CD4017，黄灯、红灯同时亮；音节6到来时使能控制红灯、绿灯的两组CD4017，红灯、绿灯同时亮；音节7到来时使能控制黄灯、绿灯、红灯的三组CD4017，黄灯、绿灯、红灯同时亮.具有很好的观赏性.部分程序如下：

2.2 数码显示模块

数码显示［3］模块实现的功能是在数码管上显示某一时刻音乐的节拍.编写数码显示程序，使音乐节拍和数码显示数字对应，再将CPLD的7个引脚锁定到数码管上.部分程序如下：

［1］黄正谨.FPGA＼CPLD应用设计200例［M］.上册.北京：电子工业出版社，2002：4-5

［2］陈国华.CD4017集成电路应用200例［M］.北京：人民邮电出版社，1996：16-17

［3］张洪润，张亚凡.FPGA＼CPLD应用设计200例［M］.上册.北京：北京航空航天大学出版社，2009：198-200

The Music LED Light Controller Based on CPLD

Yang Jinhong An Xuee
（Huaian College of Information Technology，Huaian 223003，China）

A musical LED lantern control system is pnesented，the system consists of two parts，software and hardware.The hardware concludes the CPLDEPM1270，LED lights control circuit，the digital display circuit，key circuit and speaker circuit，and LED lights controlling chip is CD4017.Software concludes the music produce－control module and digital display module.Different beat of the music is produced by CPLD，it can enable different CD4017 chip，and the different color lantern of the composition flashing with the music.The hardware circuit of the system has particular in simple，small size，low power consumption，high reliability，and particularly，we can easily change the pattern of the LED lights through modifyign the software，but not the hardware.

lantern control device；EPM1270；CD4017；VHDL

王映苗】

1672-2027（2012）01-0099-05

TP332

A

2011-11-02

杨金红（1980-），女，吉林辽源人，硕士，淮安信息职业技术学院讲师、工程师，主要从事单片机、PLD、EDA和光电一体化的教学和研究.