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。若將一定數量的彩色燈組合聯接，就能營造出平面上色彩變化的場景，這比通常控制一條線上的色彩流動更加豐富絢麗。本控制器采用數字集成塊，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。

本文以二維彩燈控制信號流程為線索，分析了相關數字集成電路基本工作過程，按電子裝接工藝要求介紹了二維彩燈控制器的制作過程。愿此文對電子技校同學和電子愛好者了解和熟悉數字電路的應用有所啟示。

電路工作原理

二維彩燈控制器電路如圖1所示，主要由非
門IC1（CD4069）、計數/時序分配電路IC2（CD4017）、模擬電子開關IC3（CD4066）及Ｄ觸發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，產生約3Hz的脈沖方波，供給CD4017作計數脈沖和CD40174作移位脈沖。R3、C4為振蕩定時元件，調節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的計數脈沖輸入端{14}腳。CD4017為十進制計數/時序分配器，用于產生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、計數器置零態。CD4017具有自動啟動功能，即在電路進入無效狀態時，在計數脈沖作用下，最多經過兩個時鐘周期就能回到正常循環圈中，因此本控制器的CD4017未設置加電復位電路。Co為進位輸出端，當計數滿10個時鐘脈沖時輸出一個正脈沖。CD4017有CL和EN兩個計數輸入端，CL端為脈沖上升沿觸發端，若計數脈沖從CL端輸入，則EN端應接低電平；EN端為脈沖下降沿觸發端，若計數脈沖從EN端輸入，則CL端應接高電平，否則禁止輸入計數脈沖。取自CD4069的計數脈沖從其CL端{14}腳輸入，故EN端{13}腳接地。Y0～Y9為計數器的十個輸出端，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。

當第一個計數脈沖到來時，CD4017內電路翻轉，{3}腳Y0呈高電平，經二極管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}腳變為高電平。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。

CD4066{10}腳輸出的高電平信號直接送入D觸發器CD40174的串行輸入端{3}腳。CD40174內部含有6個D型觸發器，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為最高位觸發器，D2為最低位觸發器（D1未用），依次排列。每個觸發器都有各自的輸入端和輸出端，高一位觸發器的輸出端Q與低一位觸發器的輸入端D相接，只有最高位觸發器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為高電平，并在工作期間一直保持。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，C3充電結束，在其負極端形成一個穩定的低電平，經F3倒相后來滿足寄存器工作期間的需要。各觸發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器D6，寄存器的輸出端狀態由初始的“00000”變為“10000”，CD40174{2}{4}腳呈高電平。此高電平經隔離電阻R11加到三極管VT1放大、再從其發射極輸出，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。

當第二個計數脈沖到來時，CD4017計數輸出端Y1呈高電平。此高電平從其{2}腳輸出，經二極管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。在第二個移位脈沖作用下，寄存器的輸出狀態由“10000”變為“11000”，CD40174{2}{4}腳、{5}{6}腳呈高電平，經三極管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。

當第三個計數脈沖到來時，CD4017計數輸出端Y2呈高電平。此高電平從其{4}腳輸出，經二極管VD6加到CD4066{12}腳。開關B繼續接通，繼續維持CD40174{3}腳的高電平。第三個移位脈沖使寄存器的輸出狀態由“11000”變為“11100”，CD40174{2}{4}腳、{5}{6}腳、{7}{11}腳同時呈高電平，經三極管VT1、VT2、VT3驅動晶閘管VS1、VS2、VS3導通。第Ⅰ、Ⅱ路彩燈繼續點亮，第Ⅲ路彩燈又被點亮。

同理，當第四、五個計數脈沖到來時，CD4017計數輸出端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。第四、五個移位脈沖使寄存器的輸出狀態依次為“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。