基于CPLD的音樂(lè)LED彩燈控制系統(tǒng)

楊金紅 安雪娥

（淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 淮安 223003）

基于CPLD的音樂(lè)LED彩燈控制系統(tǒng)

楊金紅 安雪娥

（淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 淮安 223003）

文章介紹了一種音樂(lè)LED彩燈控制系統(tǒng)，系統(tǒng)由軟件與硬件兩部分組成，硬件部分由CPLD EPM1270、LED彩燈控制電路、數(shù)碼顯示電路、按鍵電路和揚(yáng)聲器電路組成，LED彩燈控制芯片為CD4017.軟件部分由音樂(lè)產(chǎn)生及控制模塊及數(shù)碼顯示模塊組成.CPLD產(chǎn)生的不同音樂(lè)節(jié)拍可以使能不同的CD4017芯片，使組成某種圖案的不同顏色彩燈隨音樂(lè)節(jié)拍閃爍，具有很好的觀賞性.系統(tǒng)具有硬件電路簡(jiǎn)單、體積小、功耗低、可靠性高，特別是可以在不修改硬件電路的基礎(chǔ)上，僅通過(guò)更改軟件就可變換LED彩燈的顯示花樣.

彩燈控制器；EPM1270；CD4017；V HDL

0 引言

隨著科技日新月異的發(fā)展，在現(xiàn)代生活中，彩燈作為一種景觀，可以應(yīng)用到廣場(chǎng)燈光布置、舞廳燈光布置等場(chǎng)合，也可以起到廣告宣傳的作用.LED彩燈屬于冷光源，效率及發(fā)熱量是普通發(fā)光器件難以比擬的，它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，具有：耗電少、使用壽命長(zhǎng)、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)、規(guī)格品、可靠耐用、應(yīng)用靈活、安全、響應(yīng)時(shí)間短、綠色環(huán)保、控制靈活種等特點(diǎn).通常的LED彩燈控制系統(tǒng)只完成彩燈閃爍的功能，只具有視覺(jué)效果.本文設(shè)計(jì)的彩燈控制器使用通過(guò)CPLD［1］EPM1270，通過(guò)VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)程序，完成音樂(lè)產(chǎn)生及控制工作，彩燈控制芯片為CD4017，音樂(lè)的不同節(jié)拍控制組成圖案的不同顏色的LED彩燈閃爍，具有良好的視聽(tīng)效果.

1 硬件介紹

本音樂(lè)彩燈控制系統(tǒng)的硬件組成有CPLDEPM1270、LED彩燈控制電路、揚(yáng)聲器電路、按鍵電路和數(shù)碼顯示電路，CPLDEPM1270完成音樂(lè)產(chǎn)生、數(shù)碼顯示控制及對(duì)揚(yáng)聲器和CD4017的控制，LED彩燈控制電路通過(guò)6片CD4017完成對(duì)6組，紅、黃、綠三種顏色的彩燈實(shí)現(xiàn)控制，6組彩燈組成具體的圖案.按鍵的功能是實(shí)現(xiàn)不同歌曲的選擇，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了三首歌曲，揚(yáng)聲器實(shí)現(xiàn)音樂(lè)的播放.數(shù)碼顯示電路完成對(duì)播放節(jié)拍的顯示.整體硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示.

1.1 EPM1270簡(jiǎn)介

本設(shè)計(jì)使用的Altera公司的MAXII系列的EPM1270.MAXII EPM1270芯片包含1 270個(gè)LE，相當(dāng)于40 000個(gè)邏輯門(mén)數(shù)，980個(gè)等效宏單元數(shù)，8 K用戶可用flash比特?cái)?shù)，116個(gè)用戶可用I／O全部引出，擴(kuò)展方便，同時(shí)具有用戶Flash存儲(chǔ)器，實(shí)時(shí)在系統(tǒng)可編程性（ISP），JTAG解釋器，能實(shí)現(xiàn)高度的功能集成，減小系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本.在各種控制應(yīng)用中如上電順序，系統(tǒng)配置，I／O擴(kuò)展和接口橋接等有著廣泛的用處.該器件采用全新的構(gòu)架，低功耗的工藝技術(shù)，把高密度的CPLD和PCI核結(jié)合起來(lái)，與傳統(tǒng)的CPLD相比成本價(jià)降低了一半，功率降至十分之一，容量增加了四倍，性能增加了兩倍.

1.2 LED彩燈控制電路

圖1 彩燈控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

彩燈控制器為十進(jìn)制計(jì)數(shù)／分頻器CD4017［2］，其內(nèi)部由計(jì)數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)的分配，整個(gè)輸出時(shí)序就是Q0，Q1，Q2，…，Q9依次出現(xiàn)與時(shí)鐘同步的高電平，寬度等于時(shí)鐘周期.

在本設(shè)計(jì)中使用六片CD4017芯片，其中有兩片CD4017控制紅燈閃爍，兩片控制綠燈閃爍，兩片控制紅燈閃爍，六個(gè)片子的時(shí)鐘輸入端連接到EMP1270的57引腳.控制紅燈的CD4017的使能端連在58腳，控制紅燈的CD4017的使能端連在59腳，控制綠燈的CD4017的使能端連在60腳.不同的音樂(lè)節(jié)拍使能不同組的CD4017，從而使彩燈隨音樂(lè)節(jié)拍閃爍達(dá)到很好的視聽(tīng)效果，彩燈使用了紅、黃、綠三種顏色的發(fā)光二極管.每?jī)蓚€(gè)CD4017芯片控制一種彩燈，芯片U1和U2控制紅燈，U3和U4控制綠燈，U5和U6控制黃燈.每個(gè)芯片的輸出端Q1～Q9共9個(gè)引腳分別控制一個(gè)彩燈，當(dāng)向不同的引腳加高電平或低電平時(shí)，其對(duì)應(yīng)的彩燈點(diǎn)亮或熄滅.彩燈控制電路原理圖如圖2所示.

圖2 彩燈控制電路原理圖

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 音樂(lè)產(chǎn)生及控制電路設(shè)計(jì)

音樂(lè)模塊部分實(shí)現(xiàn)的功能主要有音樂(lè)演奏、樂(lè)曲選擇及彩燈控制的功能.樂(lè)曲演奏程序中高中低三個(gè)音.設(shè)計(jì)了三首歌曲，不同按鍵按下可以實(shí)現(xiàn)不同歌曲的演奏.

在彩燈控制部分，音節(jié)1到來(lái)時(shí)使能控制綠燈的一組CD4017，綠燈亮；音節(jié)2到來(lái)時(shí)使能控制紅燈的一組CD4017，紅燈亮；音節(jié)3到來(lái)時(shí)使能控制黃燈的一組CD4017，黃燈亮；音節(jié)4到來(lái)時(shí)使能控制黃燈、綠燈的兩組CD4017，黃燈、綠燈同時(shí)亮；音節(jié)5到來(lái)時(shí)使能控制黃燈、紅燈的兩組CD4017，黃燈、紅燈同時(shí)亮；音節(jié)6到來(lái)時(shí)使能控制紅燈、綠燈的兩組CD4017，紅燈、綠燈同時(shí)亮；音節(jié)7到來(lái)時(shí)使能控制黃燈、綠燈、紅燈的三組CD4017，黃燈、綠燈、紅燈同時(shí)亮.具有很好的觀賞性.部分程序如下：

2.2 數(shù)碼顯示模塊

數(shù)碼顯示［3］模塊實(shí)現(xiàn)的功能是在數(shù)碼管上顯示某一時(shí)刻音樂(lè)的節(jié)拍.編寫(xiě)數(shù)碼顯示程序，使音樂(lè)節(jié)拍和數(shù)碼顯示數(shù)字對(duì)應(yīng)，再將CPLD的7個(gè)引腳鎖定到數(shù)碼管上.部分程序如下：

［1］黃正謹(jǐn).FPGA＼CPLD應(yīng)用設(shè)計(jì)200例［M］.上冊(cè).北京：電子工業(yè)出版社，2002：4-5

［2］陳國(guó)華.CD4017集成電路應(yīng)用200例［M］.北京：人民郵電出版社，1996：16-17

［3］張洪潤(rùn)，張亞凡.FPGA＼CPLD應(yīng)用設(shè)計(jì)200例［M］.上冊(cè).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009：198-200

The Music LED Light Controller Based on CPLD

Yang Jinhong An Xuee
（Huaian College of Information Technology，Huaian 223003，China）

A musical LED lantern control system is pnesented，the system consists of two parts，software and hardware.The hardware concludes the CPLDEPM1270，LED lights control circuit，the digital display circuit，key circuit and speaker circuit，and LED lights controlling chip is CD4017.Software concludes the music produce－control module and digital display module.Different beat of the music is produced by CPLD，it can enable different CD4017 chip，and the different color lantern of the composition flashing with the music.The hardware circuit of the system has particular in simple，small size，low power consumption，high reliability，and particularly，we can easily change the pattern of the LED lights through modifyign the software，but not the hardware.

lantern control device；EPM1270；CD4017；VHDL

王映苗】

1672-2027（2012）01-0099-05

TP332

A

2011-11-02

楊金紅（1980-），女，吉林遼源人，碩士，淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師、工程師，主要從事單片機(jī)、PLD、EDA和光電一體化的教學(xué)和研究.