基于ISP芯片的大型多花案彩灯控制系统的设计

摘  要：介绍了一种大型多花案彩灯控制系统，重点介绍了应用新型在系统可编程器件（ISP）来实现大型多花案彩灯控制系统的设计方法。
关键词：在系统可编程器件，彩灯，控制系统

1 引言

    现代都市夜晚的金碧辉煌、雄伟壮观是和各式各样的彩灯及其规则有序的显示花案分不开的，彩灯不但给人类带来了光明，更带来了温馨和美好。传统的彩灯控制系统实现方法是采用中小规模集成电路和计算机控制等，其主要缺点是体积大、功耗大、成本高、实现起来较麻烦且花案、功能不齐全。本文介绍一种基于在系统可编程器件（ISP）来实现的可编程的现代彩灯控制系统。该方案的优点是系统体积小、功耗小、可靠性高、调节灵活、多功能、多花案、使用灵活方便。该控制系统可控制的灯具数为64组，控制方案多达64种，能根据需要减少或扩展灯具组数和控制方案的种数，可以控制发光电压至220V的大彩灯、霓虹灯。用8种频率信号控制彩灯扫描速度，每次大循环下来可自动也可手动改变扫描速度，且每次循环后可控制语音集成电路放一段话或音乐，并可随时改变扫描速度。通过把64组彩灯在空间适当排列组合，可得各种花案效果，该彩灯控制系统除用于高楼大厦室外点缀外，还可用于家庭、大酒店和娱乐场所等的室内装潢。

2 大型多花案彩灯控制系统的工作原理

    图1为控制系统方框图。控制系统工作原理如下：用555定时器外接电阻、电容产生128Hz的脉冲信号，此信号经分频器分别产生64Hz、32Hz、16Hz、8Hz、4Hz、2Hz、1Hz、0.5Hz的8种频率的信号。自动方式时，这8种频率的信号通过8选1数据选择器（MUX）选择其中之一种信号；手动方式时，这8种频率的信号通过手动拨码开关选择其中之一种信号，被选出的信号送至12位2进制加法计数器，产生12位2进制信号，范围为000000000000-111111111111，此信号送至控制方案电路产生64种控制方案64路TTL电平输出，64路输出分别通过晶体管-可控硅电路放大驱动220V的彩灯或霓虹灯。64种控制方案循环下来后，立刻发出一控制脉冲，此脉冲一方面送8进制加法计数器产生3位2进制信号作为MUX的地址信号，产生自动改变扫描速度的效果；另一方面，经处理，送语音控制电路发出语音信号。图1中，大方框内的电路全部设计于在系统可编程器件内部。

3 大型多花案彩灯控制系统的具体实现方法

    本控制系统的设计是采用基于ISP芯片的自顶而下的模块化设计方法，ISP芯片选用Lattice公司的ispLSI1048E-70PQFP128器件，该器件有48个宏单元，内部寄存器数288个，8000个PLD等效门，106个输入及I/O端，最高工作频率为70MHz。设计工具选用Lattice公司和DATA I/O公司联合设计的isp Synario System应用开发软件，该软件是一套进行FPLD设计的高级设计工具，它基于Windows操作系统，支持多种模块设计输入方式，如：电路原理图、ABEL-HDL等。该软件支持逻辑功能仿真、器件时序仿真及逻辑综合，可用原理图、语言和混合法三种输入方式工作，它是一种先进的FPLD设计系统。在控制系统的数字部分，系统顶层设计包括了子系统功能分配、内部功能块的联结和对外的接口关系，采用电路原理图输入；底层设计既可采用ABEL-HDL语言，也可利用isp Synario System宏库功能采用原理图输入。

    分频器由8个D触发器组成，用原理电路图设计。12位2进制加法计数器由12个J-K触发器组成，仿照4位2进制加法计数器的设计，用原理电路图设计而成。8选1数据选择器（MUX）用ABEL-HDL语言设计而成（如下所示）。

        EQUATIONS
        COUNT.CLK=CP；
    WHEN(COUNT= = ^ h7)THEN COUNT:=0；
    ELSE COUNT:=(COUNT.FB+1)；
   

    控制方案电路用ABEL-HDL语言描述，内设12个输入端，低位6个输入端用于具体方案扫描，高位6个输入端用于产生64种显示方案，同时，设64个输出端经晶体管-可控硅放大驱动大彩灯，1个控制脉冲输出端用于每次大循环结束时自动改变扫描速度。

    在每次大循环结束时，发出串行控制信号，经在ISP器件内部用原理图设计的串行-并行转换，再经处理后触发语音集成电路，使之发出相应的音乐。本设计中，语音集成电路选用几片5触发端的HFC5218芯片，所放音乐分别预先存放在芯片里，再通过触发将音乐放出来。如图2所示。

    在顶图原理设计中，输入输出必须加缓冲器，锁定在ispLSI1048E的管脚上，本研究的技术路线是：数字系统部分设计→输入计算机产生JEDEC文件→下载到ISP器件里→设计外围电路（脉冲产生电路、稳压电路、放大驱动电路、语音电路等）→绘制总原理图和接线图→绘制制造好印刷电路板→准备好器件、工具→安装、焊接、调试→测试、验证。

    该大型多花案彩灯控制系统，采用ISP器件设计，不仅简化了硬件的开发和制造过程，而且使体积大大减小，提高了系统的可靠性。最为重要的是，可以在不修改硬件电路的基础上，仅通过更改软件就可实现不同的灯组数不同的方案，实现简单，使用灵活方便。

参考文献

1 徐志军.大规模可编程逻辑器件及其应用.成都：电子科技大学出版社，1998
2 黄正瑾.在系统编程技术及其应用.南京：东南大学出版社，1999
3 阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，1997