灯光程序控制器

本装置使用一只时基电路及一只TTL四D触发器组成逻辑电路，循环方式变化多样，可广泛用于广告灯及流动灯饰的程序控制，4路输出（也可为6路或8路）每路的功率可根据需要作成500～2000W。

整机由时钟脉冲电路、逻辑电路、驱动电路和电源四部分组成，见图1。

时钟脉冲信号由时基电路IC\(_{1}\)等组成的自激多谐振荡器产生，调节W可改变振荡频率，从而控制逻辑电路的循环周期。

逻辑电路的核心是一块TTL四D触发器74LS175，其内部逻辑图见图2。其中的每个D触发器都有独立的数据输入端D和相应的输出端Q和Q-，时钟端CP和清除端Cr是共用的。BG\(_{1}\)～BG4为晶体管射极输出形式，用来驱动可控硅。R\(_{3}\)、R5、R\(_{7}\)、R9为限流电阻。当某一个触发器的Q输出端出现高电位时，通过限流电阻使相应的发光二极管点亮（用来监视此路输出状态），并使与之相连的驱动晶体管饱和导通，这一路双向可控硅被触发导通，与其相接的灯点亮；当触发器的Q端为低电位时，驱动管截止，可控硅也关断，故灯熄灭。CZ\(_{1}\)～CZ4为四路输出插座，每路的负载可由若干只瓦数相同的灯泡并联而成，并联后的总功率不应大于控制器的单路输出功率，每路并联的灯泡个数要相等。排列时，按顺序每4只灯泡一组连成灯串。

当开关K\(_{2}\)置“1”时，此时应先按一下AN1按钮，使清除端Cr接地（低电位），各触发器都置零，输出端Q都为低电位。由于最后一个触发器的输出端4Q通过K\(_{2}\)-1及R11接BG\(_{5}\)的基极，此时BG5将截止，其集电极为高电位，而第一个触发器的输入端1D通过K\(_{2}\)-2接BG5的集电极，故1D为高电位。此时，当有时钟脉冲到来后，1Q将变成高电位，而其余三个触发器因当时D端的状态为低电位，所以它们的输出端Q仍为低电位。当第二个时钟脉冲到来时，此时的2D已为高电位，故2Q也变成了高电位，而1D的高电位不变，故1Q仍保持高电位，依次类推，当第四个时钟脉冲到来后，四个D触发器的输出端Q都变成了高电位。由于四个触发器的输出Q端分别通过R\(_{3}\)、R5、R\(_{7}\)、R9接到驱动管BG\(_{1}\)—BG4的基极，使各管依次导通，从而控制双向可控硅KS\(_{1}\)～KS4依次导通，使与它们串连的CZ\(_{1}\)等所连的四路灯依次点亮。同时，4Q端的高电位将通过R11对C\(_{2}\)充电，经过一段时间后，C2上所充的电压使BG\(_{5}\)饱和导通，其集电极随之变为低电位，因而使1D为低电位。当有时钟脉冲到来时1Q将变成低电位，通过连锁反应，2D也为低电位，当第二个时钟脉冲到来时，2Q又成低电位，直到第四个时钟脉冲到来后，四个D触发器的输出Q端又逐个变为低电位。由于C2的充电作用，BG\(_{5}\)不能马上截止，1D仍为低电位（其余也如此），此时尽管有时钟脉冲输入，但由于各触发器的D端为低电位，故输出端Q都仍为低电位，因此BG1～BG\(_{4}\)截止，可控硅KS1～KS\(_{4}\)都不导通，各路灯都灭掉。经过一段时间后，C2通过R\(_{12}\)及BG5的b、e结放电结束，BG\(_{5}\)截止，1D又变为高电位，于是开始第二个循环。随着如上所述Q1～Q\(_{4}\)电位的变化，将使各路灯依次逐个点亮→延时→依次逐个熄灭→延时→再依次逐个点亮，如此循环不已。

当K\(_{2}\)置“2”时，触发器的清除端Cr通过K2-2接到BG\(_{5}\)的集电极，而1D因悬空为高电位，同前述原理，先按一下AN1使电路置“0”，BG\(_{5}\)截止，触发器的清除端为高电位，此时四个触发器的输入端除1D为高电位外，其余均为低电位，在时钟脉冲的作用下，四个触发器的输出Q端将依次变成高电位，4Q的高电位经过R11对C\(_{2}\)进行充电，经过一段时间后，BG5饱和导通，使清除端又变成低电位，四个触发器同时置“0”，延时后BG\(_{5}\)又截止，使触发器的清除端又变为高电位，于是第二个循环开始。上述循环将使每路灯依次逐个点亮→延时→同时熄灭→再依次逐个点亮。这种循环方式与第一种方式的不同之处在于，前者的清除端Cr一直处于高电位状态，1D随4Q的电位而变化，各触发器输出Q端的状态由时钟脉冲到来时D端的状态决定。而后者的1D一直处于高电位状态，清除端Cr随4Q的电位而变化，当Cr为高电位时，触发器输出Q端的状态由时钟到来时D端的状态决定，而当Cr为低电位时，不管输入端D当时的状态如何及有无时钟脉冲，触发器的输出Q端均为“0”状态。

当K\(_{2}\)置“3”时，四个D触发器接成了环形，此时BG5的基极从电路上断开，将一直处于截止状态，使触发器的清除端一直为高电位，通过按动AN\(_{2}\)可使电路予置四种逻辑状态。这里只分析其中的一种情况：先按一下AN1使电路置“0”后，四个触发器的输出端Q均为低电位，四路灯全熄。此时，虽然清除端Cr为高电位，也有时钟脉冲输入，但由于电路中每个触发器的D端与前一个触发器的Q端相连，故使各触发器的D端一直处于低电位，四路灯也一直熄灭。当按下AN\(_{2}\)后，使1D与4Q断开，1D由于悬空而为高电位（其余仍为低电位），当时钟脉冲到来后，1Q即为高电位，使第1路灯亮。在第1路灯亮后第2路灯亮之前迅速松开AN2，此时各触发器的状态如下：1D与4Q接通而变成低电位，2D受1Q的控制变成高电位，3D、4D仍为低电位，当第二个时钟脉冲到来后，1Q即变为低电位，而2Q变为高电位，因此第1路灯熄灭，第2路灯点亮（第3、4路灯仍熄）。此时各触发器的状态为：1D、2D为低电位，3D则变成了高电位，当第三个时钟脉冲到来后，又使2Q变为低电位，3Q变为高电位，使第2路灯熄灭，第3路灯点亮。同理，当时钟脉冲到来后，总是在前面一路灯熄灭的同时点亮后一路灯，当最后一路灯点亮时，又使第一个触发器的输入端1D变为高电位，开始第二个循环。这样，每来一个时钟脉冲，灯光就会向后移动一位，形成光点流动的效果。根据前述原理只要掌握好按下与松开AN\(_{2}\)的次数与时间，即可予置另外三种逻辑状态，请读者自行分析。若要使各路灯一直全亮时，只须按下AN2直到各路灯都亮后再松开即可。

开启电源开关K\(_{1}\)后，方式选择开关K2置“1”或“2”时，可分别产生单亮——单熄或单亮——全熄的循环工作方式；K\(_{2}\)置“3”时，予置四种不同循环方式的方法如下：先按动AN1使各路灯全熄，并调节W使循环速度放慢以便于操作。①按下AN\(_{2}\)，在第1路灯亮后第2路灯亮前松开，为光点流动式；②按下AN2，在第1、2、3路灯全亮后，第4路灯亮前松开为暗点流动式；③按下AN\(_{2}\)，在1路灯亮后第2路灯亮前松开，当第2路灯亮后（此时第1路灯又熄）第3路灯亮前再次按下AN2，当1、3路灯亮后（此时第2路灯又熄），第4路灯亮前松开，即可得到两路灯交替闪亮的“拉锯”式移动效果。④按下AN\(_{2}\)，待第1、2路灯亮后、第3路灯亮前松开即为两亮两暗的移动循环方式。

由于TTL电路对电源的要求较高（5V±10％）必须采取稳压措施才能保证逻辑电路的正常工作，本线路使用了一只三端固定正输出集成稳压器W7805，可使电源电压稳定在5V±10％范围内。

IC\(_{1}\)为NE555时基电路，也可用其它类型的如5G1555等；IC2为互补输出低功耗肖特基4D触发器（国标型号为T4175），也可用单输出的6D或8D触发器（触发器的个数增加时可予置的逻辑状态也相应增多）；KS\(_{1}\)～KS4可根据负载功率大小选用3A～12A、耐压在400V以上的双向可控硅；电源开关K\(_{1}\)选用KN-D1小船形开关；AN1、AN\(_{2}\)选用自动复位按键；方式选择开关K2的型号为SK～23H01。BG\(_{1}\)～BG5的β≥80、V（BR）CEO≥10V；电解电容C\(_{1}\)～C3的耐压均为6.3V，C\(_{4}\)为16V。电源变压器B的功率为2—3VA，次级输出电压为9～15V，可用收录机的电源变压器代替。

图3为印刷线路板图，电位器W，方式选择开关K\(_{2}\)，按钮AN1、AN\(_{2}\)均直接焊在线路板上。采用卧式结构，使其控制手柄与线路板平行，以便装入机壳时能伸出壳外。集成电路IC1、IC\(_{2}\)焊在有铜箔的一面，将其引脚向外弯曲90°后焊上即可。

安装完毕通电后，如发现灯光有闪烁或抖动现象，一般是可控硅的触发电流不够，减小R\(_{2}\)、R4、R\(_{6}\)、R8的阻值或换用β值较高的驱动管即可解决。(路玉民)