八位彩灯控制器电路

六、八位彩灯控制器电路

(一)实训

1.实训电路设计要求

设计一个彩灯控制器，可以控制八路或彩灯串，既可以向左(逆时针)移动，也可以向右(顺时针)移动，还可以左右交替移动；彩灯控制起始状态可以预置，移动速度和左右交替周期可以调节，并且可以设置彩灯串的彩灯个数。

2.实训目的

①了解集成电路的CD40194、CD4071工作原理及方法。

②对移位寄存器的工作的熟悉。

3.实训原理图

如图8－12所示。

4.实训知识储备

①了解集成电路的CD40194、CD4071工作原理及方法。

②对移位寄存器的工作的熟悉。

5.实训电路工作原理

(1)双向移位寄存电路工作原理

彩灯控制电路主要是由IC5与IC6构成，IC5与IC6均是采用CD40194集成电路。CD40194是一块四位双向通用寄存器集成电路，将IC5与IC6两片CD40194级联即可组成八位移位寄存器。电路中，IC5第一位输出端(Q0)接IC6的左移串行输入端DL，IC5的第四位输出端(Q3)接IC6右移串行输入端DR，同时将IC6第一位输出端(Q0)接IC5的左移串行输入端DL，IC6的第四位输出端(Q3)接IC5右移串行输入端DR，再把两片IC相应的CP、S0、S1并联在一起即可。右移时，数据按Q0→Q1→Q2→Q3→Q4→Q5→Q6→Q7的方向移动，Q7的信号又经右移串行数据输入端DR送至Q0，形成循环。左移时，Q7→Q6→Q5→Q4→Q3→Q2→Q1→Q0的方向移动Q0的信号又经左移串行数据输入端DL送至Q7，形成循环。

(2)彩灯起始状态预设的电路工作原理

彩灯起始状态预设电路主要由四位拨码开关S2、S3和按钮开关S1构成，用于设置彩灯的初始状态，即彩灯的起始状态。每个拨码开关中包含四个开关，开关闭合时为“1”，开关断开时为“0”，可根据要求设置。移存器的两个状态控端ST0、ST1分别是由四2输入或门集成电路C4071的两个或门U4A、U4B控制。当按下开关S1时，高电平1加至U4A、U4B输入端，U4A、U4B均输出“1”，使ST0、ST1=11。此时就可以的预设并行输入的彩灯数，即彩灯工作的起始状态。例如：　设置P0～P7为“11001100”，按下S1时，Q0～Q7便输出“111001100”，相应的LED发光二极管LED0、LED1、LED4、LED5发光，LED2、LED3、LED6、LED7不发光。松开开关S1时，ST0、ST1≠“11”，移位寄存器在CP的作用下按预设状态移动。

(3)彩灯移动方式控制调节电路工作原理

彩灯的移动方式主要由NE555集成电路U1、U2组成的多谐振荡器和或门U4A、U 4B控制。而彩灯的移动方式由ST0、ST1的状态决定，为了使彩灯能向左移动，向右移动及交替移动，电路设计了由U1、U2两个NE555组成的两个多谐振荡器。两个多谐振荡器的工作情况由单刀三掷开关S4控制，开关S4通过U1、U2两个多谐振荡器的工作情况，来控制ST0、ST1的状态，从而来控制彩灯的移动方向。

①当S4的1脚和2脚相连时，U2多谐振荡器停止振荡，U1多谐振荡器起振，S0、S1此时输出为“10”彩灯向右移动。

②当S4的1脚和4脚相连时，U1多谐振荡器停止振荡，U2多谐振荡器起振，S0、S1此时输出为“01”彩灯向左移动。

③当S4的1脚与3脚相连时，U1、U2多谐振荡电路同时起振，使S0、S1的状态在“10”和“01”之间来回变化，这样彩灯左右交替移动。

④通过调节RP1、RP2大小来改变U1、U2多谐振荡器的震荡周期，从而改变彩灯向左、向右、左右交替的移动方式。

(4)彩灯速度调节电路

双向移位寄存器在脉冲CP作用下工作，CP时钟脉冲频率高低决定了彩灯的移动速度。而时钟脉冲主要是由NE555集成电路U3组成的多谐振荡产生的，通过调节RP3大小来改变U3多谐振荡器的周期，从而改变彩灯的移动速度。

(5)彩灯串个数预设电路

彩灯的串入个数主要是由四位地址开关决定。移动顺序主要由两个拨码开关S2、S3决定。每个拨码中包含四个开关，分别控制四个彩灯，开关闭合时为“1”开关断开时为“0”可根据要求设置彩灯的串入个数。例如：　设置S2、S3为“11000000”，则相当于设置两位发光二极管LED0、LED1串接。

(6)作品调试

①多谐振荡器进行检测调试。通电后三个多谐振荡器是否起振，分别调节可调电阻RP1、RP2、RP3大小来观看发光LED8、LED9、LED10发光情况和用万用表测试三个多谐振荡器的输出端电压。如果二极管会一闪一闪或万用表测得电压会变化，说明多谐振荡器在工作。

②检测彩灯移动方向控制调试。本电路有U1、U2多谐振荡器和CD4071中的两个或门U4A、U4B等组成。通电后调节单刀三掷开关，用万用表测试U4A、U4B输出端，看一下电压变化情况，会不会存在10、01、或10、01交替状态，如果有则说明是正常情况。

③预置电路及显示电路工作调试。通过拨码开关S2、S3及开关S1，来检测LED0～LED7发光情况。按下开关S1，把拨码开关都合上，此时的P0～P7为“11111111”，则LED0～LED7均发光，则说明是正常的。

6.实训中出现的问题及问题解决方框图

(1)电路工作方框图(图8－11)

图8－11　八位彩灯控制器电路工作方框图

(2)实训中出现的问题及解决方法

①按开关S1，设置P0～P7为“10001000”，LED0、LED4不亮，而其余六个发光。A.像这种问题首先用万用表检测S2、S3工作情况，若不正常更换。B.若正常检查U5、U6输出端情况，便可解决问题。

②通电后，按下S1预设了彩灯初始状态，松开开关S1后，彩灯按预设的点亮，但不发生移动。A.像这种问题首先用万用表检测U5、U6的CP端对地电压工作情况，若有脉冲电压的话更换U5、U6即可。B.若无脉冲电压，便检查U3工作情况及其余CP的连接电路即可解决问题。

(二)元器件选择

1.元器件清单

表8－6　八位彩灯控制器电路元器件清单表

续表：

2.元器件选件注意点

①为了作品产生的更好效果及方便调试，本实训用到的11个发光二极管尽量选用多种颜色。

②S2～S3为四位拨码开关，S4为单刀三掷开关。

(三)知识升华

假设在本实训的基础上，设计一个12路彩灯控制电路，彩灯的移动方式和移动速度均可以调节，该如何去设计？