基于TTL電路的LED可調彩燈控制器

摘要：為解決目前市場上銷售的LED彩燈控制器閃爍頻率不可調或不容易調的問題，設計出一種基于TTL電路的LED可調彩燈控制器，電路采用計數(shù)器和按鈕開關作為手動檔位控制，共有10檔可調；配上譯碼器和數(shù)碼管實現(xiàn)檔位自動監(jiān)測顯示；由時間振蕩電路和16通道多路復用器HCC4067BF組成可調定時器，可產生10組時鐘振蕩脈沖送入觸發(fā)器DM74LS74AN；再由雙D觸發(fā)器74LS74作為分頻器控制彩燈閃爍頻率；通過實際組裝電路調試，電路順利實現(xiàn)了10個檔位手動控制，通過改變LED彩燈閃爍頻率，提高了LED彩燈控制性能和閃爍效果。
關鍵詞：頻率；可調；LED；彩燈

    在日常生活、生產中LED彩燈由于其低耗節(jié)能、燈光色彩豐富，造價低廉等特點而得到了廣泛的應用。目前市場上銷售的全硬件LED彩燈控制器大多數(shù)頻率不可調，導致閃亮模式單一、選擇性差。嵌入單片機的彩燈控制器，雖然可以通過修改程序來調整頻率，但一般用戶往往很難做到，從某種程度上說這也是一種頻率單一的彩燈控制器。為此有必要對現(xiàn)有控制電路進行改進，在電路的設計上實現(xiàn)了檔位控制和檔位自動顯示；通過可調定時器產生10組時鐘振蕩脈沖送入觸發(fā)器DM74LS74AN；再由觸發(fā)器74LS74實現(xiàn)四分頻控制彩燈閃爍頻率；實際組裝電路調試結果表明，控制電路能對彩燈閃爍頻率進行10組控制，進一步增強動態(tài)效果；提高了彩燈控制性能、制作簡單、操作方便。

1 LED彩燈控制器的基本結構
    LED彩燈控制器的基本結構如圖1所示，主要由檔位控制器、可調定時器、檔位顯示、分頻器、彩燈電路等組成，檔位控制器設有按鈕開關，共有0～9檔可供選擇，且可不斷循環(huán)；檔位顯示電路由數(shù)據(jù)選擇器SN74LS247N和七段LED數(shù)碼管組成，能監(jiān)控、顯示按鈕開關動作；可調定時器選用多諧振蕩器實現(xiàn)，可提供10組定時控制，分頻器采用雙D觸發(fā)器74L574，進行二分頻和四分頻；彩燈電路選擇不同顏色發(fā)光二極組合。

2 控制器設計
    整個電路主要由檔位控制、定時、檔位顯示、分頻、彩燈等電路組成，電路設計如圖2所示。

2．1 檔位控制設計
    檔位控制主要由同步4位向上計數(shù)器DM74LS190N和按鈕開關構成，DM74LS190N的LD端接高電平，EN和D／U端接低電平，計數(shù)輸入端1、9、10、15腳接地，CLK時鐘信號端作為按鈕開關SW輸入，QD～QA輸出端，CLK端接按鈕時鐘脈沖，對時鐘脈沖上升沿進行加法計數(shù)，每按一次SW按鈕，產生一個高電平的時鐘脈沖，QD～QA輸出相應的“0”至“9”遞增可循環(huán)BCD碼，該BCD碼送至SN74LS247N的A2～A0預置端和HCC4067 BF，按鈕開關每按一次，QC～QA輸出一個信號，共有0～9檔可供選擇，且不斷循環(huán)，LED數(shù)碼管自動顯示檔位情況。
2．2 可調定時器設計
    可調定時器主要由多諧振蕩電路和16通道多路復用器HCCA067BF組成，UA、UB構成多諧振蕩器，振蕩周期T=2．2C1Rn(n=2～11)。多諧振蕩脈沖經U8C反相緩沖后作為時鐘脈沖送至DM74LS74AN的CLK端，16多路選擇開關的A、B、C、D分別與SN74LS247N的A0～A3端及DM74LS190N的
QA～QD端相連，INH和GND接地，I01～I09分別與電阻R2～R1連接，二進制信號中選擇0～9通道被打開“ON”和連接的輸入輸出，當DM74LS190 N上的按鈕開關第一次按下時，QD～QA輸出信號0000，0000經DM74LS74AN譯碼后在數(shù)碼管宣示0，與此同時HCC4067BF的A、B、C、D接收到信號0000后，接通100端口，多諧振蕩器工作，產生1個周期T=2．2C1R2振蕩脈沖，此脈沖經U8C反相緩沖后送至DM74LS74AN的CLK端作為時鐘脈沖信號，當DM74LS190N上的按鈕開關第二次按下時，數(shù)碼管顯示1，多諧振蕩器產生另一個周期為T=2．2C1R3振蕩脈沖；如此類推，可產生10組時鐘振蕩脈沖送入DM74LS74AN，共有10檔可調。
2．3 檔位顯示設計
    檔位顯示電路主要由譯碼器SN74LS247N和七段LED數(shù)碼管HDSP-511E組成，SN74LS247N的LT、RBI、BI／RB0端接電源，譯碼輸入A0～A3接DM74LS190N的QA～QD，譯碼輸出a～g為低電平有效；HDSP-511E為共陽極，當DM74LS190N上的按鈕開關動作，A0～A3接收DM74LS190N的輸出信號，譯碼輸出后送LED數(shù)碼管顯示，這樣顯示電路就能監(jiān)控按鈕開關的檔位情況。
2．4 分頻器設計
    分頻器采用雙D觸發(fā)器74LS74組成，D觸發(fā)器的狀態(tài)方程為，其輸出狀態(tài)的更新發(fā)生在CP脈沖的上升沿，故又稱為上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器，觸發(fā)器的狀態(tài)只取決于時鐘到來前的D端狀態(tài)，廣泛應用于分頻和波形產生。每當CP1端輸入兩個時鐘脈沖Q1端就產生一個時鐘脈沖，從而實現(xiàn)了二分頻，從Q1端輸出的時鐘脈沖送USB的CP2，Q2端輸出的頻率就是USA的3腳輸出的時鐘脈沖信號即CP1的1／4，從而實現(xiàn)了四分頻。
2．5 彩燈電路設計
    彩燈電路主要由三極管、二極管、電阻等組成，在設計三極管發(fā)射極接地，集電極與二極管相接，在實際使用中選用多個不同顏色二極管并聯(lián)。當USA的3腳輸出的時鐘脈沖為低電平時，發(fā)光二極管V1正向導通發(fā)光，3腳輸出的時鐘脈沖為高電平時，V1反向截止而熄滅，而V3、V5因Q、輸出的總是一個為高電平“1”，一個為低電平“0”，因而，交替發(fā)光閃爍，V3，V5的閃爍頻率為V1閃爍頻率的二分之一，即為二分頻，因為Q2端輸出頻率為CP1的1／4，所以V7、V9的閃爍頻率又為V3、V5閃爍頻率的二分之一，實現(xiàn)了四分頻。二分頻、四分頻的二極管的閃爍周期見下表。

3 電路調試
    主要做好檔位控制電路、彩燈電路調試，在檔位控制電路中按鈕開關每按一次，LED數(shù)碼管自動顯示檔位情況，觀察看是否顯示0～9，當按到第十一次時，應該重新從0開始，且不斷循環(huán)；在彩燈電路調試方面，一是看二極管能否正常發(fā)光，其次，觀察V3、V5和V7、V9應為交替發(fā)光閃爍，再次，觀察V3、V5的閃爍頻率應為V1閃爍頻率的二分之一，V7、V9的閃爍頻率又為V5、V7閃爍頻率的二分之一。

4 可調彩燈控制器應用
    此電路非常適合于音樂會、舞臺、舞廳、婚慶、舞臺、節(jié)日背景布置，可用在賓館、酒樓、櫥窗、店鋪等各種場所。很多商店的門面或柜臺都裝有普通彩色燈泡做為裝飾，這種彩色燈泡耗電量大，又不能引起行人的注意，改用耗電微小的LED發(fā)光二極管彩燈，不但能節(jié)省大量的電費，再配上10檔可調控制帶來動感變幻效果，能把店面裝飾得更加絢麗多姿，在家庭音箱裝上本控制器作用下的發(fā)光二極管，可根據(jù)需要選擇不同變化模式，動感魅力無窮、增添生活情趣。

5 結束語
    基于TTL電路的LED可調彩燈控制器，電路主要由時間振蕩電路和16通道多路復用器組成可調定時器，D觸發(fā)器為分頻器；譯碼器和數(shù)碼管為監(jiān)測顯示電路；計數(shù)器和按鈕開關作為手動檔位控制開關。通過實際組裝電路調試的結果來看，與市場上大多數(shù)的LED彩燈全硬件控制器相比，具有3個特點：1)對比嵌入單片機的彩燈控制器、不必再通過修改程序來調整閃爍頻率，只要采取手工切換方式，就可獲得多種閃爍效果，解決了一般用戶修改程序的苦惱；2)實現(xiàn)檔位自動監(jiān)測顯示，檔位一目了然；3)改變了一般彩燈閃亮模式單調、選擇性差的缺陷，由于其低耗節(jié)能、燈光色彩豐富，造價低廉、操作簡單，本控翻器應具有良好的市場前景。