双向流动彩灯控制器的设计

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摘要：文章采用生活中随处可见的彩灯装饰品作为实验项目的背景，结合具体的实际应用，将220V交流用电经变压装置转换为5V直流电源，为整个控制装置提供电源，然后经过时钟控制电路、脉冲控制循环发生电路和彩灯点亮方向控制器完成对各个彩灯点亮频率及顺序的控制，以完成实验。

关键词：直流稳压；双向流动彩灯控制器；时钟脉冲；循环显示；Multisim 电路板

中图分类号：TM923

文献标识码：A

文章编号：1009-2374（2012）23-0046-02

1　工作原理

本文主要介绍彩灯循环控制电路的设计组成及工作原理。

电路中的220V电压通过以小型交流变压器转为12V的交流电压，再经过直流稳压电源电路为整个系统提供直流5V电压。

由以555为核心的时钟发生器电路产生的时钟脉冲送入计数器，随着时钟脉冲的不断输入，计数器的各输出端的信号通过反馈到芯片的同步置数端，从而开始从0000到0111四位二进制加计数，形成时序控制信号。

时序控制信号经驱动电路送入发光二极管，从而控制相应彩灯被依次点亮（熄灭），实现循环。

此外，我运用Multisim仿真软件，对该实验项目完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

2　设计要求

控制五路彩灯，每路以100W、220V的白炽灯为负载或以霓虹灯为负载，也可以用发光二极管为负载，要求彩灯双向流动点亮，其闪烁频率在1～10Hz内连续可调。

3　设计方案的选择

方案采用555定时器连接成多谐振荡器，产生频率在1～10Hz内连续可调的时钟信号，将时钟信号输出，通过计数器接受。然后，经过八进制加法计数器的循环计数实现双向流动功能。最后，通过译码器译码，选择某一彩灯进行亮灯。

4　硬件电路的设计

4.1　单元电路的设计

实验电路由直流稳压电源电路、时钟发生器电路、彩灯点亮方向控制电路等部分组成。

4.1.1　直流稳压电源电路。市电220V首先通过交流电源变压器降压为12V交流电，通过单项桥式整流电路形成脉动直流电压，再通过单项桥式整流电容滤波形成平滑的直流电压，最后通过稳压电路给负载提供稳定电压。

4.1.2　时钟发生器电路。时钟发生器电路，即为555定时器构成的多谐振荡器电路，最核心的组成部分就是555定时器。

主要参数计算：

T＝（R1+2R2+R3）Cln2≈0.7（R1+2R2+R3）C

这样，通过控制电容充放电时间，使多谐振荡器产生时钟信号，然后，通过调节滑动变阻器使多谐振荡器产生的时钟信号频率在1～10Hz内连续可调。

实验中由于元器件的限制，我们选择C＝3.3uF，R2＝18千欧，R1＝7.3千欧，滑动变阻器R3＝500千欧，由实验要求得知频率为1～10Hz，经计算得滑动变阻器的使用范围为0～390千欧。

4.1.3　循序脉冲发生电路。本部分电路的核心器件为74LS160。74LS160是一个BCD码的计数器。74LS160具有同步置数端与异步置数端，它受时钟脉冲控制，当下一个计数脉冲的有效到来时，才能实现置数。循环脉冲发生电路即利用74LS160制作八进制加法计数器。计数器从0000～0111正常运行，到0111时，计数状态经四输入与非门反馈到同步置数端，此时同步置数端为低电平有效信号，当下一个有效脉冲来的时候，进行同步置数使其变为0000，再从0000依次递加，实现八进制循环计数。此电路的反馈部分还用到了四输入与非门74LS20。

4.1.4　彩灯点亮方向控制器电路。由循序脉冲发生电路产生从0000到0111的信号进入译码器74LS138D，产生相应的彩灯控制信号，设定0000间接控制彩灯1，使0001和0111间接控制彩灯2，使0010和0110间接控制彩灯3，使0011和0101间接控制彩灯4，使0100间接控制彩灯5。循序脉冲输出信号与彩灯点亮顺序如下表所示：

控制

信号 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111

彩灯

序号 LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED4 LED3 LED2

控制信号从0000到0111不断循环，又因为74LS138D输出端为低电平有效信号，故在控制LED2、LED3、LED4的两种不同的信号由或非门74LS03D后，再接一级非门74LS04D，由此实现五路彩灯双向流动功能。

5　实验仿真及运行

图1　制作成品图

经由仿真软件Multisim进行实验仿真，与预期实验结果相同，实验成功。最后经电路板制作，电路调试，完成成品。

作者简介：郭晖（1990-），男，宁夏人，西南交大电气工程学院学生，研究方向：电力系统。