單片機控制的霓虹燈控制器

1、四川師范大學(xué)成都學(xué)院現(xiàn)代通信原理課程設(shè)計單片機控制的霓虹燈控制器學(xué)生：xxx 指導(dǎo)教師：xxx內(nèi)容摘要：本設(shè)計采用at89c51單片機實現(xiàn)對霓虹燈的控制。系統(tǒng)的設(shè)計由霓虹燈的硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分組成。硬件設(shè)計分為發(fā)光二極管的設(shè)計、復(fù)位電路、時鐘電路、按鍵設(shè)計、外設(shè)接口設(shè)計五個模塊組成，按鍵主要功能是實現(xiàn)人為控制霓虹燈，實現(xiàn)單片機控制顯示不同的圖案以及想要的各種花樣閃爍，并能實現(xiàn)各種閃爍模式的互相切換。軟件部份是運用keil軟件基于c語言進行編寫的程序。該系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、易操作等優(yōu)點，具有較強的實用價值。并且有較強的實用性，操作簡單，擴展功能強。如需要增加功能可方便更改程序，靈活性

2、強。關(guān)鍵詞：單片機發(fā)光二極管花樣閃爍霓虹燈the neon light controller based on single chipabstract: this design uses at89c51 single-chip microcomputer to realize the control of neon lights. the design of the controller including the hardware circuit design and software design of the neon lightstwo parts. hardware design i

3、s divided into the light emitting diode design ,reset circuit ,clocking circuit design , key design and peripheral interface design. the main function of keys is to realize the anthropogenic control of neon lights, realize single-chip microcomputer control display different pattern and want all kind

4、s of pattern flicker, and can realize all kinds of scintillation mode switch to each other. the software part is to use keil software based on c language program.it has strong practicality, simple operation, and the function expended is strong.if we need to increase the function ,it will be easily c

5、hanged procedures, and it has high adaptability.keywords: single-chip light emitting diode flicker neon lights目 錄前言51 霓虹燈的設(shè)計51.1 設(shè)計任務(wù)51.2 總體設(shè)計方案61.2.1 單片機芯片的選擇61.2.2 接口設(shè)計61.2.3 方案設(shè)計62 設(shè)計原理62.1 單片機at89c5162.2 芯片pl2303hx83 霓虹燈的硬件設(shè)計93.1 復(fù)位控制電路93.2 時鐘電路103.3 發(fā)光二極管的設(shè)計103.4 外設(shè)usb接口113.5 按鍵設(shè)計124 霓虹燈的軟件設(shè)計13

6、4.1 延時函數(shù)134.2 按鍵控制程序134.3 霓虹燈控制程序145 結(jié)束語15參考文獻：16附錄1：設(shè)計原理圖17附錄2：源代碼18單片機控制的霓虹燈控制器前言 霓虹技術(shù)，在中國已經(jīng)發(fā)展了近百年的歷史了，在新的霓虹技術(shù)，在新的競爭形勢下，霓虹技術(shù)發(fā)展到今天，在中國目前最常用的霓虹技術(shù)有四種，即中國的日本制作工藝、美國制作工藝和俄羅斯制作工藝、傳統(tǒng)制作工藝。它們有各自的特征：日本制作工藝，以立式炮火進行對接和彎制一次成型，送氣以腳踏為主，主要分布在北京；美國制作工藝是以長排火技術(shù)進行彎制，主要特征是九孔和五孔對火進行焊接，分布在廣州等地區(qū)；而俄羅斯制作工藝的平臺是以耐火水泥板為主，特征是直

7、接燒制成型，主要在東北地區(qū)；中國傳統(tǒng)制作工世，燈管以立式炮火進行彎制，特征是以銅制獨孔對火焊接燈頭，主要分布在上海，甚至覆蓋了全國。目前，比較先進的是可以進行遠(yuǎn)距離遙控霓虹燈變化的控制器，遙控、定位、監(jiān)視、監(jiān)控等是其技術(shù)原理依據(jù)。在現(xiàn)在的商業(yè)時代，霓虹燈的的用處也越來越廣，而且越來越商業(yè)化，出現(xiàn)了很多新型霓虹燈產(chǎn)業(yè)。在商業(yè)領(lǐng)域的招牌、門面、字幕廣告、酒店酒吧、建筑物輪廓等都有霓虹燈閃爍的裝飾身影，它們都是用來引來消費者的關(guān)注，促進產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在一個燈紅酒綠的城市，霓虹燈是這個城市繁華的象征，是這個城市經(jīng)濟發(fā)展的標(biāo)志。但是，傳統(tǒng)的霓虹燈采用的是玻璃燈管，在包裝運輸時存在不易制作、安裝及易破碎等缺

8、陷。很久以前，人們就期望能用不同顏色的小燈泡安裝在電線里用于裝飾和照明。如今，這種燈已遍布各國的各個城市，走進了大街小巷，走進了我們的生活中，所以霓虹的發(fā)展是很有前景的。 1 霓虹燈的設(shè)計1.1 設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個單片機控制的霓虹燈控制器，通過程序控制單片機，讓26個發(fā)光二極管閃爍，形成各式各樣的花樣和圖案。1.2 總體設(shè)計方案1.2.1 單片機芯片的選擇從霓虹燈的成本上考慮，本次設(shè)計選擇成本校低的at89c51，此芯片功能強大，足以用于本次設(shè)計1.2.2 接口設(shè)計從使用者是否方便使用的角度考慮，本次設(shè)計的接口設(shè)計為usb接口，利用pl2303hx來實現(xiàn)此功能，使用者可以在任何有usb接口的電器

9、上使用此霓虹燈控制器，如電腦等。1.2.3 方案設(shè)計霓虹燈的設(shè)計選用的器件是發(fā)光二極管，將26個不同顏色的發(fā)光二極管連接在at89c51單片機上，但是at89c51單片機只有40個引腳，如果每個引腳上連接一個發(fā)光二極管，對二極管逐個控制，則需要26個引腳，不能實現(xiàn)資源的合理利用?？紤]到引腳有限，所以利用led顯示器里的動態(tài)掃瞄的方案，可以在p0的每個引腳上接4個發(fā)光二極管，然后再通過p2的前4個引腳各連接一個pnp三極管，通過給三極管低電平來掃瞄p0端口的發(fā)光二極管，類似于單片機中l(wèi)ed顯示器的掃瞄方法來實現(xiàn)位選碼和段選碼。2 設(shè)計原理2.1 單片機at89c51 at89c51是美國atme

10、l公司生產(chǎn)的低電壓，是一種帶4k字節(jié)可編程、可擦除的只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，是高性能cmos8位的微處理器，俗稱單片機。該器件是采用atmel的高密度、非易失存儲器制造技術(shù)進行制造的，該單片機與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳是相互兼容的。因為是將多功能的8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，at89c51是一種高效微控制器，為嵌入式控制系統(tǒng)提供了很多高靈活性且低成本的方案。at89c51的引腳如圖2.1-1所示，功能介紹如下：l vcc: 接+5v,電源端，為單片機提供電能。l

11、 gnd：接地端口。l rst：復(fù)位信號的輸入。當(dāng)該引腳連接振蕩器復(fù)位器件時，要讓rst腳保持兩個機器周期以上的高電平時間。l xtal1：接外部晶體的一個引腳，chmos單片機采用外部時鐘信號時，時鐘信號由此引腳引入。l xtal2：接外部晶體的一個引腳，hmos采用外部時鐘信號時，外部時鐘信號由此引腳引入。l ale/prog：地址鎖存允許。當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址。l ea/vpp：ea=0時，單片機只訪問外部程序存儲器；當(dāng)ea=1時，單片機訪問內(nèi)部程序存儲器；在at89c51單片機片內(nèi)eprom編程期間，此引腳引入21v編程電源vcc。l p0口：為一個8

12、位漏極開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。其內(nèi)部缺少一個上拉電阻。l p1口：是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。l p2口：為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流。p3口：p3口為雙功能靜態(tài)端口。l p3口：和p1、p2端口一樣，是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，但與p1、p2口有區(qū)別，它有自己獨有的特點，就是p3口可作為at89c51的一些特殊功能口，如用于定時器和計數(shù)器等。對于本次設(shè)計，我只選用了p0和p1端口作為數(shù)據(jù)輸入輸出端口，用于控制霓虹燈的發(fā)光二極管的控制引腳。圖2.1-1 at8

13、9c51引腳2.2 芯片pl2303hx 隨著電子技術(shù)的不斷更新發(fā)展，pl2303hx廣泛用于電子產(chǎn)業(yè)，用此芯片連接而成的usb接口已成為外設(shè)的連接標(biāo)準(zhǔn)。芯片pl2303hx的引腳如下圖2.2-1所示，特征介紹如下：u 對usb1.1協(xié)議完全兼容。u 能對輸出電壓進行調(diào)節(jié)，能滿足不同電壓的應(yīng)用。u 兩個gpio端口。u ssop小封裝的28個引腳。u 具有外部的流控制功能。圖2.2-1 pl2303hx引腳3 霓虹燈的硬件設(shè)計硬件設(shè)計分成三個模塊，分別是：復(fù)位控制電路模塊、時鐘電路模塊、發(fā)光二極管模塊、按鍵設(shè)計模塊和外設(shè)usb接口模塊，下面是對這些硬件設(shè)計模塊進行詳細(xì)的介紹。3.1 復(fù)位控制電

14、路單片機在啟動運行時都需要進行復(fù)位，復(fù)位能使cpu和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的工作狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。在系統(tǒng)中，有時也會出現(xiàn)不正常顯示和不正常運行的情況，并且為了我們方便調(diào)試，所以在單片機上需要設(shè)計一個復(fù)位電路，復(fù)位電路主要完成兩個功能，即系統(tǒng)的上電復(fù)位功能、系統(tǒng)在運行時用戶的按鍵復(fù)位功能。在本次設(shè)計中單片機的復(fù)位是靠外部電路來實現(xiàn)的，at89c51單片機有一個復(fù)位引腳rst，有效電平是高電平。若rst保持高電平，單片機便保持復(fù)位狀態(tài)。此時，ale/psen、p0、p1、p2和p3口都輸出的是高電平。若rst變成低電平后，則單片退出復(fù)位狀態(tài)，cpu開始正常工作。需要注意的是，復(fù)位

15、操作是不會影響到片內(nèi)ram工作的內(nèi)容。復(fù)位電路的基本功能是控制器上電時提供復(fù)位信號，直至控制器的電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號，單片機才進入正常工作狀態(tài)。圖3.1-1為基本rc復(fù)位電路，其電路為高電平復(fù)位有效。圖3.1-1 復(fù)位控制電路3.2 時鐘電路單片機的工作是在統(tǒng)一的時鐘脈沖的控制下運行，這個時鐘脈沖信號是由單片機的時鐘電路發(fā)出的，單片機的時鐘產(chǎn)生有內(nèi)部時鐘和外部時鐘兩種，本次設(shè)計采用的是內(nèi)部時鐘方式。此方式是利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳xtal1和xtal2兩個引腳上連接一個頻率為11.0592mhz的晶體振蕩器，就構(gòu)成了單片機的自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時鐘電路。外接晶振時，

16、c4和c5的值通常選擇為15pf33pf之間，電容對頻率有微調(diào)作用。時鐘控制電路圖如圖3.2-1所示：圖3.2-1 時鐘電路3.3 發(fā)光二極管的設(shè)計如圖3.3-1的發(fā)光二極管的電路是本次設(shè)計的最重要的硬件設(shè)計部份，26個發(fā)光二極管全部連接在p0端口的8個引腳上上的引腳，p0_6和p0_7兩個引腳上各自連接一個發(fā)光二極管的陰極，二極管的陽極直接與電源正極相連，通過給這個引腳低電平，就可以讓這兩個二極管閃爍。然后將剩下的24個發(fā)光二極管分成6組，p0_0到p0_5引腳分別與4個并連的發(fā)光二極管的陰極相連，然后在p1_2到p1_5引腳上各自連接一個pnp型三極管，將4個三極管的集電極與每組發(fā)光二極管

17、的其中一個的陽極相連，然后通過控制p1端口的三極管來向24個發(fā)光二極管提供高電平，通過p0端口向發(fā)光二極管提供低電平，實現(xiàn)26個發(fā)光二極管逐個點亮，以便于發(fā)光二極管閃爍出各種圖形。圖3.3-1 發(fā)光二極管電路3.4 外設(shè)usb接口單片機的外設(shè)有兩種方法：串口連接和usb接口，串口連接的外設(shè)是很不方便，但usb接口相對于串口來說，有更多的優(yōu)點，如：方便易用，數(shù)據(jù)傳輸速度與串口連接相比校快，可以連接多個設(shè)備等，已經(jīng)被廣泛使用。如圖3.4-1是本次設(shè)計的外設(shè)電路，可以實現(xiàn)控制器與電腦通信，用于向霓虹燈提供電源和程序下載等功能，用pl2303hx芯片實現(xiàn)usb接口。圖3.4-1 usb接口3.5 按鍵

18、設(shè)計在單片機應(yīng)用系統(tǒng)人機交互中，常需要配置一些開關(guān)，實現(xiàn)向單片機內(nèi)部輸入數(shù)據(jù)，傳送命令信號等功能，是單片機工作中進行人工干預(yù)系統(tǒng)的主要手段。開關(guān)具有“斷開”和“閉合”兩種穩(wěn)定狀態(tài)。通過簡單電路可將這兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為邏輯電平的“1”和“0”，從而在接口電路的控制下被cpu所檢測，常見的按鍵開關(guān)有按鈕開關(guān)和觸摸開關(guān)。本次設(shè)計采用的是兩個獨立按鍵，獨立式按鍵電路設(shè)計時，每個按鍵與p1端口的一個引腳相連，另一端接地。無鍵按下時，p1的2個i/o口均通過電阻接高電平，信息為“1”；有鍵按下時，將使對應(yīng)的i/o口通過該鍵接地，信息為“0”。通過這兩個按鍵對霓虹燈進行人為控制。按鍵的硬件設(shè)計如圖3.5-1所示

19、。圖3.5-1 按鍵的電路4 霓虹燈的軟件設(shè)計本次設(shè)計的軟件部分分成了兩個模塊：延時函數(shù)模塊和主函數(shù)模塊，程序設(shè)計簡單易懂。4.1 延時函數(shù)此延時函數(shù)是用于主函數(shù)調(diào)用，實現(xiàn)發(fā)光二極管的閃爍的功能，延時為0.2s。程序如下：void delay02s(void) unsigned char i,j,k;for(i=20;i>0;i-)for(j=20;j>0;j-)for(k=248;k>0;k-);4.2 按鍵控制程序程序設(shè)計效果是如果cpu檢測到k1按下，則霓虹燈將分成上下兩個部分交替閃爍；如果cpu檢測到k2按下，則霓虹燈將會整體被點亮，一起閃爍。因為按鍵按下到閉合后，會

20、再產(chǎn)生一個負(fù)的矩形脈沖，但由于在按動按鍵時，總會有一些抖動，所以為了克服按鍵觸點機械抖動所導(dǎo)致的檢測誤判，必須采取去抖動措施，可從硬件和軟件兩方面著手，但因為軟件去抖較為簡單，而且降低了成本，所友本次設(shè)計采用軟件去抖動。軟件上采取的措施是在檢測到有按鍵按下時，執(zhí)行一個10ms左右的延時程序，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，若仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)該鍵處于閉合狀態(tài)，從而消除抖動的影響。流程如圖4.2-1所示。圖4.2-1 按鍵去抖4.3 霓虹燈控制程序主程序主要負(fù)責(zé)各個模塊的初始化工作：建立兩個字符型數(shù)組，數(shù)組a和數(shù)組b；初始化p0和p1端口；用while循環(huán)語句對p0和p1端口進行動

21、態(tài)掃瞄，每掃瞄一次，對p0和p1端口進行初始化，輸入0xff的值，用于發(fā)光二極管的消隱，提高霓虹燈的閃爍質(zhì)量。 主函數(shù)中，每點亮一次發(fā)光二極管就調(diào)用一次延時函數(shù)，通過兩個字符型數(shù)組：a=0x7f,0xbf,0xdf,0xef;b=0x0f,0xf3,0xfc,0x37,0xcb,0xf7,0x9f,0x6f,0xfb分別對p1和p0端口進行掃瞄，實現(xiàn)霓虹燈先從上往下、從左往右、從右往左等順序輪流點亮閃爍。如圖4.3-1是該程序的流程圖：圖4.3-1 程序流程圖5 結(jié)束語本次設(shè)計是基于單片機的霓虹燈控制器，控制系統(tǒng)采用at89c51單片機，發(fā)光二極管的設(shè)計為主要硬件設(shè)計，成功實現(xiàn)霓虹燈的硬件電路

22、與軟件程序設(shè)計。實現(xiàn)了在單片機的8個引腳上單獨點亮26個不同顏色的發(fā)光二極管，可從上往下再從右往左等順序依次閃爍，實現(xiàn)霓虹燈的花樣閃爍。在本次設(shè)計中，在實現(xiàn)霓虹燈花樣閃爍的情況下，還添加了兩個獨立按鍵，對霓虹燈進行人為的控制，為使用者提供了更多的選擇，我們可以按照自己的意愿選擇霓虹燈的閃爍方式。本次設(shè)計充分鍛煉了我的動手操作能力，從理論到實踐的整個過程，獨自完成整個設(shè)計，自己學(xué)到了更多的知識。從開始著手設(shè)計到設(shè)計完成，了解到了設(shè)計的整個過程，雖然在設(shè)計的過程中遇到了很多的問題，但是通過同學(xué)和老師的幫助以及自己的努力之下，將本次設(shè)計圓滿完成。在設(shè)計的過程中，起初自己的知識只局限于書本上的知識和老

23、師教的知識，在設(shè)計方面自己的想法很不成熟，始終想不到方法在單片機上的8個引腳上連接26個發(fā)光二極管，并且能實現(xiàn)單獨控制每一個發(fā)光二極管，通過老師的引導(dǎo)以及自己不斷的實踐和嘗試，想到了單片機中的數(shù)碼管的動態(tài)掃瞄的方法。在本次設(shè)計中，我要感謝我的現(xiàn)代通信原理實驗課的孫活老師，是他良好的教學(xué)方案，讓我學(xué)到了更多的知識。在本次設(shè)計當(dāng)中我獲益匪淺，明白了三個道理：1、學(xué)習(xí)中要把理論和實踐聯(lián)系在一起，只有實踐才能開拓自己的思維；2、在遇到困難時，要保持清醒自己的頭腦，看清自己的問題，學(xué)會請教別人，學(xué)習(xí)別人的經(jīng)驗，不要遇到困難就退縮，退縮是永遠(yuǎn)無法成功的，所以我們要學(xué)會有條有理地外理任何的問題和困難；3、學(xué)

24、會獨立，學(xué)會獨自完成事情，不要總想著別人來幫自己，自己才能幫得了自己，只有自己親手做了，才能從中學(xué)到更多的知識，才能將知識有效的轉(zhuǎn)換成自己的。參考文獻：1 彭介華：電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)，高等教育出版社，2008.4，p3-p72 高吉祥、易凡：電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計，北京電子工業(yè)出版社，2005.6, p21-p30 3 任為民：電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計，中央廣播電視大學(xué)出版社，2006.12, p7-p154 李群芳、肖看、張士軍：單片機微型計算機與接口技術(shù)，電子業(yè)出版社，2011.11 , p52-p575 馬忠梅：單片機c語言應(yīng)用程序設(shè)計，北京航空航天大學(xué)出版社，2005.6, p31-p426 林立：單片機原理應(yīng)用基于proteus和keil，電子工業(yè)出版社，2009.7, p15-p27 附錄1：設(shè)計原理圖附錄2：源代碼 用c語言來編程，通過動態(tài)掃瞄的方法實現(xiàn)26個不同顏色的發(fā)光二極管按照一定的規(guī)律輪流閃爍。#include <regx51.h>void delay02s