基于ISP芯片的大型多花案彩燈控制系統的設計

摘 要：介紹了一種大型多花案彩燈控制系統，重點(diǎn)介紹了應用新型在系統可編程器件（ISP）來(lái)實(shí)現大型多花案彩燈控制系統的設計方法。
關(guān)鍵詞：在系統可編程器件，彩燈，控制系統

1 引言

現代都市夜晚的金碧輝煌、雄偉壯觀(guān)是和各式各樣的彩燈及其規則有序的顯示花案分不開(kāi)的，彩燈不但給人類(lèi)帶來(lái)了光明，更帶來(lái)了溫馨和美好。傳統的彩燈控制系統實(shí)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(diǎn)是體積大、功耗大、成本高、實(shí)現起來(lái)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(lái)實(shí)現的可編程的現代彩燈控制系統。該方案的優(yōu)點(diǎn)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(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(lái)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(yǔ)音集成電路放一段話(huà)或音樂(lè )，并可隨時(shí)改變掃描速度。通過(guò)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(diǎn)綴外，還可用于家庭、大酒店和娛樂(lè )場(chǎng)所等的室內裝潢。

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?？刂葡到y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(guò)8選1數據選擇器（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(guò)手動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)選擇其中之一種信號，被選出的信號送至12位2進(jìn)制加法計數器，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(guò)晶體管-可控硅電路放大驅動(dòng)220V的彩燈或霓虹燈。64種控制方案循環(huán)下來(lái)后，立刻發(fā)出一控制脈沖，此脈沖一方面送8進(jìn)制加法計數器產(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(yǔ)音控制電路發(fā)出語(yǔ)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(shí)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(gè)宏單元，內部寄存器數288個(gè)，8000個(gè)PLD等效門(mén)，106個(gè)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(lián)合設計的isp Synario System應用開(kāi)發(fā)軟件，該軟件是一套進(jìn)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(shí)序仿真及邏輯綜合，可用原理圖、語(yǔ)言和混合法三種輸入方式工作，它是一種先進(jìn)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(lián)結和對外的接口關(guān)系，采用電路原理圖輸入；底層設計既可采用ABEL-HDL語(yǔ)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，用原理電路圖設計。12位2進(jìn)制加法計數器由12個(gè)J-K觸發(fā)器組成，仿照4位2進(jìn)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(yǔ)言設計而成（如下所示）。

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

控制方案電路用ABEL-HDL語(yǔ)言描述，內設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64個(gè)輸出端經(jīng)晶體管-可控硅放大驅動(dòng)大彩燈，1個(gè)控制脈沖輸出端用于每次大循環(huán)結束時(shí)自動(dòng)改變掃描速度。

在每次大循環(huán)結束時(shí)，發(fā)出串行控制信號，經(jīng)在ISP器件內部用原理圖設計的串行-并行轉換，再經(jīng)處理后觸發(fā)語(yǔ)音集成電路，使之發(fā)出相應的音樂(lè )。本設計中，語(yǔ)音集成電路選用幾片5觸發(fā)端的HFC5218芯片，所放音樂(lè )分別預先存放在芯片里，再通過(guò)觸發(fā)將音樂(lè )放出來(lái)。如圖2所示。

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(shù)路線(xiàn)是：數字系統部分設計→輸入計算機產(chǎn)生JEDEC文件→下載到ISP器件里→設計外圍電路（脈沖產(chǎn)生電路、穩壓電路、放大驅動(dòng)電路、語(yǔ)音電路等）→繪制總原理圖和接線(xiàn)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(jiǎn)化了硬件的開(kāi)發(fā)和制造過(guò)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(guò)更改軟件就可實(shí)現不同的燈組數不同的方案，實(shí)現簡(jiǎn)單，使用靈活方便。

參考文獻

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