基于ISP芯片的大型多花案彩燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：在系統(tǒng)可編程器件，彩燈，控制系統(tǒng)

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1 引言

現(xiàn)代都市夜晚的金碧輝煌、雄偉壯觀是和各式各樣的彩燈及其規(guī)則有序的顯示花案分不開的，彩燈不但給人類帶來了光明，更帶來了溫馨和美好。傳統(tǒng)的彩燈控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法是采用中小規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制等，其主要缺點(diǎn)是體積大、功耗大、成本高、實(shí)現(xiàn)起來較麻煩且花案、功能不齊全。本文介紹一種基于在系統(tǒng)可編程器件（ISP）來實(shí)現(xiàn)的可編程的現(xiàn)代彩燈控制系統(tǒng)。該方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)體積小、功耗小、可靠性高、調(diào)節(jié)靈活、多功能、多花案、使用靈活方便。該控制系統(tǒng)可控制的燈具數(shù)為64組，控制方案多達(dá)64種，能根據(jù)需要減少或擴(kuò)展燈具組數(shù)和控制方案的種數(shù)，可以控制發(fā)光電壓至220V的大彩燈、霓虹燈。用8種頻率信號控制彩燈掃描速度，每次大循環(huán)下來可自動(dòng)也可手動(dòng)改變掃描速度，且每次循環(huán)后可控制語音集成電路放一段話或音樂，并可隨時(shí)改變掃描速度。通過把64組彩燈在空間適當(dāng)排列組合，可得各種花案效果，該彩燈控制系統(tǒng)除用于高樓大廈室外點(diǎn)綴外，還可用于家庭、大酒店和娛樂場所等的室內(nèi)裝潢。

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2 大型多花案彩燈控制系統(tǒng)的工作原理

圖1為控制系統(tǒng)方框圖?？刂葡到y(tǒng)工作原理如下：用555定時(shí)器外接電阻、電容產(chǎn)生128Hz的脈沖信號，此信號經(jīng)分頻器分別產(chǎn)生64Hz、32Hz、16Hz、8Hz、4Hz、2Hz、1Hz、0.5Hz的8種頻率的信號。自動(dòng)方式時(shí)，這8種頻率的信號通過8選1數(shù)據(jù)選擇器（MUX）選擇其中之一種信號；手動(dòng)方式時(shí)，這8種頻率的信號通過手動(dòng)撥碼開關(guān)選擇其中之一種信號，被選出的信號送至12位2進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，產(chǎn)生12位2進(jìn)制信號，范圍為000000000000-111111111111，此信號送至控制方案電路產(chǎn)生64種控制方案64路TTL電平輸出，64路輸出分別通過晶體管-可控硅電路放大驅(qū)動(dòng)220V的彩燈或霓虹燈。64種控制方案循環(huán)下來后，立刻發(fā)出一控制脈沖，此脈沖一方面送8進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器產(chǎn)生3位2進(jìn)制信號作為MUX的地址信號，產(chǎn)生自動(dòng)改變掃描速度的效果；另一方面，經(jīng)處理，送語音控制電路發(fā)出語音信號。圖1中，大方框內(nèi)的電路全部設(shè)計(jì)于在系統(tǒng)可編程器件內(nèi)部。

3 大型多花案彩燈控制系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方法

本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是采用基于ISP芯片的自頂而下的模塊化設(shè)計(jì)方法，ISP芯片選用Lattice公司的ispLSI1048E-70PQFP128器件，該器件有48個(gè)宏單元，內(nèi)部寄存器數(shù)288個(gè)，8000個(gè)PLD等效門，106個(gè)輸入及I/O端，最高工作頻率為70MHz。設(shè)計(jì)工具選用Lattice公司和DATA I/O公司聯(lián)合設(shè)計(jì)的isp Synario System應(yīng)用開發(fā)軟件，該軟件是一套進(jìn)行FPLD設(shè)計(jì)的高級設(shè)計(jì)工具，它基于Windows操作系統(tǒng)，支持多種模塊設(shè)計(jì)輸入方式，如：電路原理圖、ABEL-HDL等。該軟件支持邏輯功能仿真、器件時(shí)序仿真及邏輯綜合，可用原理圖、語言和混合法三種輸入方式工作，它是一種先進(jìn)的FPLD設(shè)計(jì)系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)的數(shù)字部分，系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)包括了子系統(tǒng)功能分配、內(nèi)部功能塊的聯(lián)結(jié)和對外的接口關(guān)系，采用電路原理圖輸入；底層設(shè)計(jì)既可采用ABEL-HDL語言，也可利用isp Synario System宏庫功能采用原理圖輸入。

分頻器由8個(gè)D觸發(fā)器組成，用原理電路圖設(shè)計(jì)。12位2進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器由12個(gè)J-K觸發(fā)器組成，仿照4位2進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)，用原理電路圖設(shè)計(jì)而成。8選1數(shù)據(jù)選擇器（MUX）用ABEL-HDL語言設(shè)計(jì)而成（如下所示）。

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

控制方案電路用ABEL-HDL語言描述，內(nèi)設(shè)12個(gè)輸入端，低位6個(gè)輸入端用于具體方案掃描，高位6個(gè)輸入端用于產(chǎn)生64種顯示方案，同時(shí)，設(shè)64個(gè)輸出端經(jīng)晶體管-可控硅放大驅(qū)動(dòng)大彩燈，1個(gè)控制脈沖輸出端用于每次大循環(huán)結(jié)束時(shí)自動(dòng)改變掃描速度。

在每次大循環(huán)結(jié)束時(shí)，發(fā)出串行控制信號，經(jīng)在ISP器件內(nèi)部用原理圖設(shè)計(jì)的串行-并行轉(zhuǎn)換，再經(jīng)處理后觸發(fā)語音集成電路，使之發(fā)出相應(yīng)的音樂。本設(shè)計(jì)中，語音集成電路選用幾片5觸發(fā)端的HFC5218芯片，所放音樂分別預(yù)先存放在芯片里，再通過觸發(fā)將音樂放出來。如圖2所示。

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在頂圖原理設(shè)計(jì)中，輸入輸出必須加緩沖器，鎖定在ispLSI1048E的管腳上，本研究的技術(shù)路線是：數(shù)字系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)→輸入計(jì)算機(jī)產(chǎn)生JEDEC文件→下載到ISP器件里→設(shè)計(jì)外圍電路（脈沖產(chǎn)生電路、穩(wěn)壓電路、放大驅(qū)動(dòng)電路、語音電路等）→繪制總原理圖和接線圖→繪制制造好印刷電路板→準(zhǔn)備好器件、工具→安裝、焊接、調(diào)試→測試、驗(yàn)證。

該大型多花案彩燈控制系統(tǒng)，采用ISP器件設(shè)計(jì)，不僅簡化了硬件的開發(fā)和制造過程，而且使體積大大減小，提高了系統(tǒng)的可靠性。最為重要的是，可以在不修改硬件電路的基礎(chǔ)上，僅通過更改軟件就可實(shí)現(xiàn)不同的燈組數(shù)不同的方案，實(shí)現(xiàn)簡單，使用靈活方便。

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參考文獻(xiàn)

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2 黃正瑾.在系統(tǒng)編程技術(shù)及其應(yīng)用.南京：東南大學(xué)出版社，1999

3 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，1997