關鍵詞：在系統可編程器件，彩燈，控制系統

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1 引言

現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。傳統的彩燈控制系統實現方法是采用中小規模集成電路和計算機控制等，其主要缺點是體積大、功耗大、成本高、實現起來較麻煩且花案、功能不齊全。本文介紹一種基于在系統可編程器件（ISP）來實現的可編程的現代彩燈控制系統。該方案的優點是系統體積小、功耗小、可靠性高、調節靈活、多功能、多花案、使用靈活方便。該控制系統可控制的燈具數為64組，控制方案多達64種，能根據需要減少或擴展燈具組數和控制方案的種數，可以控制發光電壓至220V的大彩燈、霓虹燈。用8種頻率信號控制彩燈掃描速度，每次大循環下來可自動也可手動改變掃描速度，且每次循環后可控制語音集成電路放一段話或音樂，并可隨時改變掃描速度。通過把64組彩燈在空間適當排列組合，可得各種花案效果，該彩燈控制系統除用于高樓大廈室外點綴外，還可用于家庭、大酒店和娛樂場所等的室內裝潢。

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2 大型多花案彩燈控制系統的工作原理

圖1為控制系統方框圖。控制系統工作原理如下：用555定時器外接電阻、電容產生128Hz的脈沖信號，此信號經分頻器分別產生64Hz、32Hz、16Hz、8Hz、4Hz、2Hz、1Hz、0.5Hz的8種頻率的信號。自動方式時，這8種頻率的信號通過8選1數據選擇器（MUX）選擇其中之一種信號；手動方式時，這8種頻率的信號通過手動撥碼開關選擇其中之一種信號，被選出的信號送至12位2進制加法計數器，產生12位2進制信號，范圍為000000000000-111111111111，此信號送至控制方案電路產生64種控制方案64路TTL電平輸出，64路輸出分別通過晶體管-可控硅電路放大驅動220V的彩燈或霓虹燈。64種控制方案循環下來后，立刻發出一控制脈沖，此脈沖一方面送8進制加法計數器產生3位2進制信號作為MUX的地址信號，產生自動改變掃描速度的效果；另一方面，經處理，送語音控制電路發出語音信號。圖1中，大方框內的電路全部設計于在系統可編程器件內部。

3 大型多花案彩燈控制系統的具體實現方法

本控制系統的設計是采用基于ISP芯片的自頂而下的模塊化設計方法，ISP芯片選用Lattice公司的ispLSI1048E-70PQFP128器件，該器件有48個宏單元，內部寄存器數288個，8000個PLD等效門，106個輸入及I/O端，最高工作頻率為70MHz。設計工具選用Lattice公司和DATA I/O公司聯合設計的isp Synario System應用開發軟件，該軟件是一套進行FPLD設計的高級設計工具，它基于Windows操作系統，支持多種模塊設計輸入方式，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，它是一種先進的FPLD設計系統。在控制系統的數字部分，系統頂層設計包括了子系統功能分配、內部功能塊的聯結和對外的接口關系，采用電路原理圖輸入；底層設計既可采用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D觸發器組成，用原理電路圖設計。12位2進制加法計數器由12個J-K觸發器組成，仿照4位2進制加法計數器的設計，用原理電路圖設計而成。8選1數據選擇器（MUX）用ABEL-HDL語言設計而成（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，內設12個輸入端，低位6個輸入端用于具體方案掃描，高位6個輸入端用于產生64種顯示方案，同時，設64個輸出端經晶體管-可控硅放大驅動大彩燈，1個控制脈沖輸出端用于每次大循環結束時自動改變掃描速度。

在每次大循環結束時，發出串行控制信號，經在ISP器件內部用原理圖設計的串行-并行轉換，再經處理后觸發語音集成電路，使之發出相應的音樂。本設計中，語音集成電路選用幾片5觸發端的HFC5218芯片，所放音樂分別預先存放在芯片里，再通過觸發將音樂放出來。如圖2所示。

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在頂圖原理設計中，輸入輸出必須加緩沖器，鎖定在ispLSI1048E的管腳上，本研究的技術路線是：數字系統部分設計→輸入計算機產生JEDEC文件→下載到ISP器件里→設計外圍電路（脈沖產生電路、穩壓電路、放大驅動電路、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→準備好器件、工具→安裝、焊接、調試→測試、驗證。

該大型多花案彩燈控制系統，采用ISP器件設計，不僅簡化了硬件的開發和制造過程，而且使體積大大減小，提高了系統的可靠性。最為重要的是，可以在不修改硬件電路的基礎上，僅通過更改軟件就可實現不同的燈組數不同的方案，實現簡單，使用靈活方便。

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參考文獻

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1 徐志軍.大規模可編程邏輯器件及其應用.成都：電子科技大學出版社，1998

2 黃正瑾.在系統編程技術及其應用.南京：東南大學出版社，1999

3 閻石.數字電子技術基礎.北京：高等教育出版社，1997