平面彩燈控制器的電路圖

本彩燈控制器可控制五路彩燈逐行遞增點亮，再逐行遞減熄滅。然后再將一定數(shù)量的彩色燈組合聯(lián)接，就能營造出平面上色彩絢麗的場景。本控制器采用數(shù)字集成塊，外圍元器件少、電路結構簡單，只要元器件完好、裝接無誤，裝后無須調試即可一舉成功。

二維彩燈控制器電路如圖1所示，主要由非門IC1(CD4069)、計數(shù)/時序分配電路IC2(CD4017)、模擬電子開關IC3(CD4066)及D觸發(fā)IC4(CD40174)等組成。

CD4069邏輯功能及引腳如圖2a所示，其中非門F1、F2和外接電阻R2、R3、電容C4構成多諧振蕩器，產(chǎn)生約3Hz的脈沖方波，供給CD4017作計數(shù)脈沖和CD40174作移位脈沖。R3、C4為振蕩定時元件，調節(jié)這兩個元件可改變振蕩信號頻率，從而控制彩燈色彩的流動速度，以呈現(xiàn)各種不同的視覺效果。另外，CD4069的非門3還用作CD40174復位信號的倒相器。

CD4069為CMOS數(shù)字集成電路，是一種高輸入阻抗器件，容易受外界干擾造成邏輯混亂或出現(xiàn)感應靜電而擊穿場效應管的柵極。雖然器件內部輸入端設置了保護電路，但它們吸收瞬變能量有限，過大的瞬變信號和過高的靜電電壓將使保護電路失去作用，因此，CD4069中未使用的非門F4、F5、F6的輸入端{9}、{11}、{13}腳均接到Vss接地端，以作保護。

CD4069多諧振蕩器輸出端{4}腳送出的脈沖串，一路直接送入CD4017的計數(shù)脈沖輸入端{14}腳。CD4017為十進制計數(shù)/時序分配器，用于產(chǎn)生CD4066模擬開關切換的控制信號。其引腳功能如圖2b所示。Cr為復位端，當Cr端輸入高電平時、計數(shù)器置零態(tài)。CD4017具有自動啟動功能，即在電路進入無效狀態(tài)時，在計數(shù)脈沖作用下，最多經(jīng)過兩個時鐘周期就能回到正常循環(huán)圈中，因此本控制器的CD4017未設置加電復位電路。Co為進位輸出端，當計數(shù)滿10個時鐘脈沖時輸出一個正脈沖。CD4017有CL和EN兩個計數(shù)輸入端，CL端為脈沖上升沿觸發(fā)端，若計數(shù)脈沖從CL端輸入，則EN端應接低電平;EN端為脈沖下降沿觸發(fā)端，若計數(shù)脈沖從EN端輸入，則CL端應接高電平，否則禁止輸入計數(shù)脈沖。取自CD4069的計數(shù)脈沖從其CL端{14}腳輸入，故EN端{13}腳接地。Y0～Y9為計數(shù)器的十個輸出端，輸出端送出的脈沖方波通過隔離二極管VD3～VD12連接成兩路控制信號，加到模擬開關CD4066。

當?shù)谝粋€計數(shù)脈沖到來時，CD4017內電路翻轉，{3}腳Y0呈高電平，經(jīng)二極管VD5加到CD4066{12}腳。CD4066為雙向模擬開關，其引腳功能如圖2c所示，內部含有A、B、C、D四個獨立的模擬開關，本控制器使用了其中B、D兩個開關。每個開關有一個輸入端和一個輸出端，這兩端可以互換使用。B開關的輸入端{11}腳與電源相連、接入高電平;D開關的輸出端{8}腳接地;由于兩個開關接成串聯(lián)形式，B開關的輸出端{10}腳與D開關的輸入端{9}腳相連，作為高、低電平的切換點。另外，CD4066的{12}腳和{6}腳分別為開關B、D的選通端，輸入高電平時、開關閉合;輸入低電平時開關斷開。開關B在其選通端{12}腳輸入的高電平作用下，接通{11}腳和{10}腳，{10}腳變?yōu)楦唠娖?。與此同時，CD4017其余各輸出端Y1～Y9均為低電平，于是CD4066開關D的選通端也為低電平，開關D關斷，這樣不影響{10}腳的電平狀態(tài)。

CD4066{10}腳輸出的高電平信號直接送入D觸發(fā)器CD40174的串行輸入端{3}腳。CD40174內部含有6個D型觸發(fā)器，如圖2d所示。本控制器將其中的5個連接成串行輸入、并行輸出的五位移位寄存器。其中D6為最高位觸發(fā)器，D2為最低位觸發(fā)器(D1未用)，依次排列。每個觸發(fā)器都有各自的輸入端和輸出端，高一位觸發(fā)器的輸出端Q與低一位觸發(fā)器的輸入端D相接，只有最高位觸發(fā)器D6的輸入端CD40174{3}腳接收脈沖信號。CD40174{2}{4}腳、{5}{6}腳、{7}{11}腳、{10}{13}腳、{12}{14}腳分別為各相鄰觸發(fā)器輸入端和輸出端的連接點，作為五位寄存器的并行輸出端。各觸發(fā)器的復位端連在一起，作為寄存器的總清零端。寄存器工作前低電平復位有效，工作開始復位信號應跳變?yōu)楦唠娖剑⒃诠ぷ髌陂g一直保持。復位信號是由電容器C3、電阻器R4及CD4069非門3構成的復位電路提供的。在接通電源瞬間，電源電壓經(jīng)C3、R4微分成一個正脈沖，此脈沖通過非門F3倒相，從CD4069{6}腳輸出，送入CD40174復位端{1}腳，用以完成寄存器工作前的置零任務。隨著時間的延續(xù)，C3充電結束，在其負極端形成一個穩(wěn)定的低電平，經(jīng)F3倒相后來滿足寄存器工作期間的需要。各觸發(fā)器的時鐘脈沖輸入端也連接在一起，作為寄存器的移位脈沖輸入端。

移位脈沖取自CD4069{4}腳的脈沖串，從CD40174{9}腳輸入。在第一個移位脈沖的上升沿，CD40174{3}腳輸入的高電平信號移入觸發(fā)器D6，寄存器的輸出端狀態(tài)由初始的“00000”變?yōu)?ldquo;10000”，CD40174{2}{4}腳呈高電平。此高電平經(jīng)隔離電阻R11加到三極管VT1放大、再從其發(fā)射極輸出，送入雙向晶閘管VS1的控制極，驅動VS1導通，第Ⅰ路彩燈因其電流回路形成而被點亮。與此同時，寄存器其余的四個輸出端均為低電平，雙向晶閘管VS2～VS5無驅動信號而阻斷，所控制的四路彩燈Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ不亮。

當?shù)诙€計數(shù)脈沖到來時，CD4017計數(shù)輸出端Y1呈高電平。此高電平從其{2}腳輸出，經(jīng)二極管VD4加到CD4066{12}腳。保持開關B的接通，從而維持CD40174{3}腳串行輸入端的高電平狀態(tài)。在第二個移位脈沖作用下，寄存器的輸出狀態(tài)由“10000”變?yōu)?ldquo;11000”，CD40174{2}{4}腳、{5}{6}腳呈高電平，經(jīng)三極管VT1、VT2放大，驅動晶閘管VS1、VS2導通。這樣在保持第Ⅰ路彩燈點亮的同時，第Ⅱ路彩燈相繼被點亮，而其余三路彩燈則仍為熄滅狀態(tài)。

當?shù)谌齻€計數(shù)脈沖到來時，CD4017計數(shù)輸出端Y2呈高電平。此高電平從其{4}腳輸出，經(jīng)二極管VD6加到CD4066{12}腳。開關B繼續(xù)接通，繼續(xù)維持CD40174{3}腳的高電平。第三個移位脈沖使寄存器的輸出狀態(tài)由“11000”變?yōu)?ldquo;11100”，CD40174{2}{4}腳、{5}{6}腳、{7}{11}腳同時呈高電平，經(jīng)三極管VT1、VT2、VT3驅動晶閘管VS1、VS2、VS3導通。第Ⅰ、Ⅱ路彩燈繼續(xù)點亮，第Ⅲ路彩燈又被點亮。

同理，當?shù)谒?、五個計數(shù)脈沖到來時，CD4017計數(shù)輸出端Y3、Y4依次呈高電平。CD4066保持開關B的接通， CD40174{3}腳維持高電平狀態(tài)。第四、五個移位脈沖使寄存器的輸出狀態(tài)依次為“11110”和“11111”，晶閘管在控制點亮前三路彩燈的基礎上，又依次點亮了第Ⅳ、Ⅴ路彩燈。

由此可見，五路彩燈是按逐行遞增的方式點亮的。

當?shù)诹鶄€計數(shù)脈沖到來時，CD4017計數(shù)輸出端Y5呈高電平。此高電平從其{1}腳輸出，經(jīng)二極管VD3加到CD4066開關D的選通端{6}腳，接通{8}腳和{9}腳，從而使{9}腳接地。同時，CD4017其余的計數(shù)輸出端均為低電平，CD4066開關B因此而關斷，以防止電源被接通的開關D短路。由于CD40174{3}腳與CD4066{9}腳直接相連，于是CD40174寄存器的串行輸入端變?yōu)榈碗娖?。在第六個移位脈沖作用下，寄存器的輸出狀態(tài)由“11111”變?yōu)?ldquo;01111”，CD40174{2}{4}腳輸出低電平，三極管VT1截止。晶閘管VS1失去觸發(fā)信號，在交流電源過零瞬間自行阻斷，第Ⅰ路燈熄滅。而寄存器其余四路輸出端的高電平，通過VT2、VT3、VT4、VT5和VS2、VS3、VS4、VS5繼續(xù)控制第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四路彩燈點亮。

當?shù)谄邆€計數(shù)脈沖到來時，CD4017計數(shù)輸出端Y6呈高電平。此高電平從其{5}腳輸出，經(jīng)二極管VD7加到CD4066{6}腳，保持{9}腳接地。以維持CD40174寄存器串行輸入端的低電平。第七個移位脈沖使寄存器的輸出狀態(tài)由“01111”變?yōu)?ldquo;00111”，CD40174{2}{4}腳、{5}{6}腳同時輸出低電平，三極管VT1、VT2截止。晶閘管VS1因無觸發(fā)信號而維持其阻斷狀態(tài);VS2因失去觸發(fā)信號，在交流電源過零瞬間而阻斷。第Ⅰ、Ⅱ路彩燈熄滅。而寄存器其余三路輸出的高電平，依然控制第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三路彩燈點亮。

同理，當?shù)诎?、九、十個計數(shù)脈沖到來時，CD4017計數(shù)輸出端Y7、Y8、Y9依次輸出的高電平控制CD4066開關D的接通，維持CD40174寄存器串行輸入端的低電平。當寄存器的移位脈沖輸入端依次接收到第八、九、十個脈沖時，寄存器的輸出狀態(tài)則依次為“00011”、“00001”、“00000”，第3、4、5位的低電平控制晶閘管VS3、VS4、VS5依次阻斷，在第Ⅰ、Ⅱ路彩燈熄滅的情況下，第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三路彩燈依次熄滅。上述說明，五路彩燈是按逐行遞減的方式熄滅的。

當計數(shù)器CD4017計數(shù)滿10個脈沖時，其進位端{12}腳輸出一個正脈沖，直接反饋到其復位端{15}腳，使計數(shù)器復位，然后開始下一輪的計數(shù)過程，這樣彩燈就周而復始地循環(huán)工作。

電路中的電阻器R1、電容器C1、C2、二極管VD1、VD2組成電源電路。AC220V市電通過電源電路的降壓、整流、濾波及穩(wěn)壓處理，變換成比較穩(wěn)定的DC12V低壓，為各晶體管和集成電路提供工作電壓。