花样广告灯电路的设计与仿真

让人眼花缭乱的广告彩灯随处可见，它将城市的夜晚装扮的美丽迷人，商家已无法离开广告彩灯这一非常有效的宣传武器。利用价格低廉的普通集成芯片便可实现对多种花样的广告彩灯控制。本文利用最常用的555定时器及74LS系列器件设计8路彩灯控制电路，并基于Multis-im软件对设计电路进行了仿真验证，基于protel99设计了8路彩灯控制电路的PCB电路，实现了8路彩灯控制。

1 系统设计
1．1 系统功能
    8路彩灯控制系统框图如图1所示。由时钟产生电路产生频率约为1 Hz的时钟信号，以时钟产生电路的输出信号作为地址生成器的CP脉冲，控制地址生成器产生自动加1且循环变化的地址信号。地址生成器生成的地址控制时分电子开关分时通断，控制8路彩灯分时依次点亮，每灯持续点亮1 s，每8 s循环一次。广告彩灯的视觉效果受时分开关通断周期控制，而系统中时分开关的通断周期完全由时钟产生电路控制。

1．2 芯片功能介绍
    1)555定时器 555定时器是8引脚集成器件，其工作原理为：输出电压只有两种状态：高电平、低电平。在555定时器的复位端R端为低电平的条件下，无论阀值输入端TH和触发输入端取何值，输出端0UT输出低电平，且放电端口D与地接通。当复位端R为高电平时，如果阀值电压TH>2Vcc／3，且触发电压，输出端OUT输出低电平，且放电端口D与地接通；如果阀值电压TH<2Vcc／3，且触发电压，输出端0UT和放电端口D保持原状态不变：只要触发电压时，输出端0UT输出高电平，且放电端口D与地断开。
    2)16进制计数器74LS161 74LSl61是16引脚器件，其功能为：74LS16l具有清零，计数，置数功能，当清零端为低电平时，输出端Q0，Q1，Q2，Q3输出低电平；当清零端为高电平，且置数端为低电平时，在CP脉冲的上升沿到来时，完成置数功能，即Q0=D0，Q1=D1，Q2=D2，Q3=D3。当清零端、置数端，使能端CTP，CTT均为高电平时，完成对CP脉冲的计数功能。
    3)3线-8线译码器74LSl38 74LSl38是16引脚集成器件，其功能为：当使能端G1为高电平，为低电平时，74LS138具有译码功能，此时，当输入端C、B、A的输入信号由000依次变到111时，输出端Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7输出中的低电平从Y0依次移至Y7。
1．3 电路设计与仿真
    1)彩灯电路设计 彩灯电路采用彩色发光二极管和1 kΩ的限流电阻组成，共8路。考虑到时分电子开关电路的实现特点，将8路发光二极管电路设计成共阳极连接方式，即8个发光二极管的阳极共同连接在5 V的直流电压源上。阴极分别通过电阻与8路时分电子开关连接，由时分电子开关控制8路彩灯轮流通断。彩灯电路如图2中标识所示。

    2)时分电子开关设计 在系统中，时分电子开关的功能是自动控制8路彩灯电路轮流接通电源。利用74LSl38的译码特性，只要能使其输入地址CBA周期性地由000→00l→001→010→011→100→101→110→111变化，74LSl38就可以完成系统所需的时分电子开关功能。设计的时分电子开关电路如图2中的标识所示，8路开关接通的时序如图3所示。

    3)地址生成器设计 地址生成器的功能是自动生成周期性自动加l变化的地址，控制时分电子开关电路按照系统要求依次轮流通断。采用74LSl61，设计16进制计数，其输出信号能周期性的自动加1变化，利用其第3位输出为时分电子开关提供变化的地址。地址生成器电路如图2中标识所示，其低三位输出信号波形如图3所示。
    4)时钟生成器设计 时钟生成器电路为系统提供时钟信号，即为地址生成器提供时钟脉冲，它控制整个系统的节奏，控制彩灯的循环速度。由于系统工作对时钟频率稳定度要求不高，故采用555定时器设计的多谐振荡器即可满足系统时钟要求，考虑到广告彩灯的视觉效果要求，时钟生成振荡器的振荡频率设计为1 Hz。时钟生成器电路如图2中标识所示。

2 电路仿真
    设计的花样广告灯电路如图2所示。时钟生成器、地址生成器和时分电子开关电路的输出端接逻辑分析仪，对电路仿真结果如图4所示(为了快速方便的仿真，图4是在系统时钟频率为10 Hz的条件下的仿真结果，不影响对系统功能的验证)。由仿真波形可见，在时钟生成器输出信号每个脉冲的上升沿处，地址生成器输出地址发生一次变化，同时，时分电子开关有一路接通；在时钟脉冲的作用下，地址生成器的输出波形周期性的从000→001→010→011→100→10l→110→111，而时分电子开关接通(低电平)的顺序为Y0→Y1→Y2→Y3→Y4→Y5→Y6→Y7，仿真结果与理论分析结果及系统功能要求完全一致。

3 PCB电路设计及电路组装
    完成电路设计，并通过仿真验证电路功能正确无误后，基于Protel99设计印制电路，如图5所示。通过组装调试，电路功能完全正常。

4 结论
    采用通用、简单的集成电路和极少的元件实现了8路彩灯控制电路，具有电路简单，所用器件廉价且易购买，广告彩灯的视觉效果可通过彩灯摆放来调整，彩灯闪烁的速度可通过改变图2中电阻R1，R2和电容C1参数的大小来调整等特点，但彩灯变化花样简单，无法满足彩灯花样丰富多彩的要求，如要求彩灯变化多样，用简单的集成器件实现会使电路非常复杂，可基于单片机控制来实现。