基于TTL电路的LED可调彩灯控制器

摘要：为解决目前市场上销售的LED彩灯控制器闪烁频率不可调或不容易调的问题，设计出一种基于TTL电路的LED可调彩灯控制器，电路采用计数器和按钮开关作为手动档位控制，共有10档可调；配上译码器和数码管实现档位自动监测显示；由时间振荡电路和16通道多路复用器HCC4067BF组成可调定时器，可产生10组时钟振荡脉冲送入触发器DM74LS74AN；再由双D触发器74LS74作为分频器控制彩灯闪烁频率；通过实际组装电路调试，电路顺利实现了10个档位手动控制，通过改变LED彩灯闪烁频率，提高了LED彩灯控制性能和闪烁效果。
关键词：频率；可调；LED；彩灯

    在日常生活、生产中LED彩灯由于其低耗节能、灯光色彩丰富，造价低廉等特点而得到了广泛的应用。目前市场上销售的全硬件LED彩灯控制器大多数频率不可调，导致闪亮模式单一、选择性差。嵌入单片机的彩灯控制器，虽然可以通过修改程序来调整频率，但一般用户往往很难做到，从某种程度上说这也是一种频率单一的彩灯控制器。为此有必要对现有控制电路进行改进，在电路的设计上实现了档位控制和档位自动显示；通过可调定时器产生10组时钟振荡脉冲送入触发器DM74LS74AN；再由触发器74LS74实现四分频控制彩灯闪烁频率；实际组装电路调试结果表明，控制电路能对彩灯闪烁频率进行10组控制，进一步增强动态效果；提高了彩灯控制性能、制作简单、操作方便。

1 LED彩灯控制器的基本结构
    LED彩灯控制器的基本结构如图1所示，主要由档位控制器、可调定时器、档位显示、分频器、彩灯电路等组成，档位控制器设有按钮开关，共有0～9档可供选择，且可不断循环；档位显示电路由数据选择器SN74LS247N和七段LED数码管组成，能监控、显示按钮开关动作；可调定时器选用多谐振荡器实现，可提供10组定时控制，分频器采用双D触发器74L574，进行二分频和四分频；彩灯电路选择不同颜色发光二极组合。

2 控制器设计
    整个电路主要由档位控制、定时、档位显示、分频、彩灯等电路组成，电路设计如图2所示。

2．1 档位控制设计
    档位控制主要由同步4位向上计数器DM74LS190N和按钮开关构成，DM74LS190N的LD端接高电平，EN和D／U端接低电平，计数输入端1、9、10、15脚接地，CLK时钟信号端作为按钮开关SW输入，QD～QA输出端，CLK端接按钮时钟脉冲，对时钟脉冲上升沿进行加法计数，每按一次SW按钮，产生一个高电平的时钟脉冲，QD～QA输出相应的“0”至“9”递增可循环BCD码，该BCD码送至SN74LS247N的A2～A0预置端和HCC4067 BF，按钮开关每按一次，QC～QA输出一个信号，共有0～9档可供选择，且不断循环，LED数码管自动显示档位情况。
2．2 可调定时器设计
    可调定时器主要由多谐振荡电路和16通道多路复用器HCCA067BF组成，UA、UB构成多谐振荡器，振荡周期T=2．2C1Rn(n=2～11)。多谐振荡脉冲经U8C反相缓冲后作为时钟脉冲送至DM74LS74AN的CLK端，16多路选择开关的A、B、C、D分别与SN74LS247N的A0～A3端及DM74LS190N的
QA～QD端相连，INH和GND接地，I01～I09分别与电阻R2～R1连接，二进制信号中选择0～9通道被打开“ON”和连接的输入输出，当DM74LS190 N上的按钮开关第一次按下时，QD～QA输出信号0000，0000经DM74LS74AN译码后在数码管宣示0，与此同时HCC4067BF的A、B、C、D接收到信号0000后，接通100端口，多谐振荡器工作，产生1个周期T=2．2C1R2振荡脉冲，此脉冲经U8C反相缓冲后送至DM74LS74AN的CLK端作为时钟脉冲信号，当DM74LS190N上的按钮开关第二次按下时，数码管显示1，多谐振荡器产生另一个周期为T=2．2C1R3振荡脉冲；如此类推，可产生10组时钟振荡脉冲送入DM74LS74AN，共有10档可调。
2．3 档位显示设计
    档位显示电路主要由译码器SN74LS247N和七段LED数码管HDSP-511E组成，SN74LS247N的LT、RBI、BI／RB0端接电源，译码输入A0～A3接DM74LS190N的QA～QD，译码输出a～g为低电平有效；HDSP-511E为共阳极，当DM74LS190N上的按钮开关动作，A0～A3接收DM74LS190N的输出信号，译码输出后送LED数码管显示，这样显示电路就能监控按钮开关的档位情况。
2．4 分频器设计
    分频器采用双D触发器74LS74组成，D触发器的状态方程为，其输出状态的更新发生在CP脉冲的上升沿，故又称为上升沿触发的边沿触发器，触发器的状态只取决于时钟到来前的D端状态，广泛应用于分频和波形产生。每当CP1端输入两个时钟脉冲Q1端就产生一个时钟脉冲，从而实现了二分频，从Q1端输出的时钟脉冲送USB的CP2，Q2端输出的频率就是USA的3脚输出的时钟脉冲信号即CP1的1／4，从而实现了四分频。
2．5 彩灯电路设计
    彩灯电路主要由三极管、二极管、电阻等组成，在设计三极管发射极接地，集电极与二极管相接，在实际使用中选用多个不同颜色二极管并联。当USA的3脚输出的时钟脉冲为低电平时，发光二极管V1正向导通发光，3脚输出的时钟脉冲为高电平时，V1反向截止而熄灭，而V3、V5因Q、输出的总是一个为高电平“1”，一个为低电平“0”，因而，交替发光闪烁，V3，V5的闪烁频率为V1闪烁频率的二分之一，即为二分频，因为Q2端输出频率为CP1的1／4，所以V7、V9的闪烁频率又为V3、V5闪烁频率的二分之一，实现了四分频。二分频、四分频的二极管的闪烁周期见下表。

3 电路调试
    主要做好档位控制电路、彩灯电路调试，在档位控制电路中按钮开关每按一次，LED数码管自动显示档位情况，观察看是否显示0～9，当按到第十一次时，应该重新从0开始，且不断循环；在彩灯电路调试方面，一是看二极管能否正常发光，其次，观察V3、V5和V7、V9应为交替发光闪烁，再次，观察V3、V5的闪烁频率应为V1闪烁频率的二分之一，V7、V9的闪烁频率又为V5、V7闪烁频率的二分之一。

4 可调彩灯控制器应用
    此电路非常适合于音乐会、舞台、舞厅、婚庆、舞台、节日背景布置，可用在宾馆、酒楼、橱窗、店铺等各种场所。很多商店的门面或柜台都装有普通彩色灯泡做为装饰，这种彩色灯泡耗电量大，又不能引起行人的注意，改用耗电微小的LED发光二极管彩灯，不但能节省大量的电费，再配上10档可调控制带来动感变幻效果，能把店面装饰得更加绚丽多姿，在家庭音箱装上本控制器作用下的发光二极管，可根据需要选择不同变化模式，动感魅力无穷、增添生活情趣。

5 结束语
    基于TTL电路的LED可调彩灯控制器，电路主要由时间振荡电路和16通道多路复用器组成可调定时器，D触发器为分频器；译码器和数码管为监测显示电路；计数器和按钮开关作为手动档位控制开关。通过实际组装电路调试的结果来看，与市场上大多数的LED彩灯全硬件控制器相比，具有3个特点：1)对比嵌入单片机的彩灯控制器、不必再通过修改程序来调整闪烁频率，只要采取手工切换方式，就可获得多种闪烁效果，解决了一般用户修改程序的苦恼；2)实现档位自动监测显示，档位一目了然；3)改变了一般彩灯闪亮模式单调、选择性差的缺陷，由于其低耗节能、灯光色彩丰富，造价低廉、操作简单，本控翻器应具有良好的市场前景。