基于單片機(jī)的霓虹燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄0. 前言11. 總體方案設(shè)計(jì)12. 硬件電路的設(shè)計(jì)22.1 單片機(jī)系統(tǒng)22.2 LED概述32.3 外部時(shí)鐘方式電路42.4 手動(dòng)復(fù)位電路42.5 霓虹燈控制電路53 軟件設(shè)計(jì)53.1中斷服務(wù)流程53.2霓虹燈控制電路流程64.聯(lián)合調(diào)試65. 課設(shè)小結(jié)及進(jìn)一步設(shè)想7參考文獻(xiàn)8附錄I 元件清單9附錄II 整體電路圖10附錄III 源程序清單11基于單片機(jī)的霓虹燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本文主要設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的霓虹燈控制系統(tǒng)。以AT89C51單片機(jī)為控制核心電路，應(yīng)用片內(nèi)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)對(duì)霓虹燈的控制。該系統(tǒng)由單片機(jī)的控制部分和顯示部分組成，運(yùn)用中斷定時(shí)器控制發(fā)光二極管（或LED），使其產(chǎn)生有規(guī)律

2、的閃爍和移動(dòng)。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)；發(fā)光二極管；定時(shí)中斷0. 前言隨著時(shí)代的進(jìn)步，人們對(duì)物質(zhì)生活的迫切追求，使周邊環(huán)境發(fā)生翻天覆地的變化。從鉆木取火走到今天燈火闌珊，各種繁華夜景層出不窮，讓人嘆為觀止。這些輝煌景象都離不開電子技術(shù)。事實(shí)證明電子技術(shù)對(duì)社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機(jī)的發(fā)展，使傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器在原理、功能、精度及自動(dòng)化水平等方面發(fā)生了巨大的變化，形成了一種完全突破傳統(tǒng)概念的新一代測(cè)試儀器智能儀器。智能儀器是以微處理器為核心的電子儀器，它不僅要求設(shè)計(jì)者熟悉電子儀器的工作原理，而且還要求其掌握微型計(jì)算機(jī)硬件和軟件的原理。目前，有很多的傳統(tǒng)電子儀器已有相

3、應(yīng)的替代產(chǎn)品，而且還出現(xiàn)不少全新的儀器類型和測(cè)試系統(tǒng)體系。在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，如何用簡(jiǎn)單便宜、性能良好的元器件制造出對(duì)人類生活有用的產(chǎn)品，已經(jīng)成為人們研究的主要趨勢(shì)。在自動(dòng)化技術(shù)中，無論是過程控制技術(shù)還是數(shù)據(jù)采集技術(shù)還是測(cè)控技術(shù)，都離不開單片機(jī)，在工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域中，機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)揮越來越重要的作用。 1. 總體方案設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，硬件部分由單片機(jī)系統(tǒng)、LED發(fā)光二極管組成。原理圖如圖1所示。單片機(jī)選用的是AT89C51單片機(jī)，利用其中的一個(gè)定時(shí)器設(shè)定燈光閃爍的時(shí)間，時(shí)鐘電路選用的是11.0592M的晶振。復(fù)位電路部分采用的是上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種復(fù)位方式。由于考慮到單片機(jī)I/O端口

4、的帶載能力，LED發(fā)光二極管采用共陽極的接法，用470的電阻分壓。 軟件部分，由于采用的是11.0592M晶振的時(shí)鐘電路，單片機(jī)定時(shí)器的最大定時(shí)時(shí)間為65.536ms，不能達(dá)到要求的閃爍頻率。所以采用定時(shí)50ms，10個(gè)定時(shí)中斷燈光進(jìn)行一次亮滅的跳變。并在每一次跳變時(shí)記錄下燈閃爍的次數(shù)，通過對(duì)閃爍次數(shù)的判斷，來進(jìn)行對(duì)不同LED燈的亮滅的整體時(shí)序循環(huán)控制。單片機(jī)LED顯示電路復(fù)位電路時(shí)鐘電路 圖1 單片機(jī)的霓虹燈控制電路原理圖2. 硬件電路的設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)型89系列單片機(jī)是與MCS-51系列單片機(jī)兼容的。在內(nèi)部含有4KB或8KB可重復(fù)編程的Flash存儲(chǔ)器，可進(jìn)行1000次擦寫操作。

5、全靜態(tài)工作為033MHz，有3級(jí)程序存儲(chǔ)器加密鎖定，內(nèi)含有128256字節(jié)的RAM、32條可編程的I/O端口、23個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，68級(jí)中斷，此外有通用串行接口、低電壓空閑模式及掉電模式。AT89C51相當(dāng)于將8051中的4KB ROM換成相應(yīng)數(shù)量的Flash存儲(chǔ)器，其余結(jié)構(gòu)、供電電壓、引腳數(shù)量及封裝均相同，使用時(shí)可直接替換。AT89C51在內(nèi)部采用40條引腳的雙列直插式封裝，引腳排列如圖2所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖3所示。圖2 AT89C51芯片引腳I/O存儲(chǔ)器EPROM/ROM定時(shí)/計(jì)數(shù)器運(yùn)算器控制器中斷CPU片內(nèi)振蕩器RAM/SFP并行口存儲(chǔ)器擴(kuò)展控制器串行口XTAL圖3 AT89

6、C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖本設(shè)計(jì)中AT89C51使用11.0592MHz晶振。XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）：外接晶體引腳，XTAL1和XTAL2分別接外部晶振一端。RST：即為RESET，該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。在此設(shè)計(jì)中接正常模式按扭。P1.0、P1.1、P1.2：用來控制LED顯示器的顯示控制。2.2 LED概述 LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由三部分組成，

7、一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子，中間通常是1至5個(gè)周期的量子阱。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子和空穴就會(huì)被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。它是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。由于具有容易控制、低壓直流驅(qū)動(dòng)、組合后色彩表現(xiàn)豐富、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于城市各工程中、大屏幕顯示系統(tǒng)。LED可以作為顯示屏，在計(jì)算機(jī)控制下，顯示色彩變化萬千的視

8、頻和圖片。 LED是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體。近十幾年來，為了開發(fā)藍(lán)色高亮度發(fā)光二極管，世界各地相關(guān)研究的人員無不全力投入。而商業(yè)化的產(chǎn)品如藍(lán)光及綠光發(fā)光二級(jí)管LED及激光二級(jí)管LD的應(yīng)用無不說明了IIIV族元素所蘊(yùn)藏的潛能。在目前商品化LED之材料及其外延技術(shù)中，紅色及綠色發(fā)光二極管之外延技術(shù)大多為液相外延成長(zhǎng)法為主，而黃色、橙色發(fā)光二極管目前仍以氣相外延成長(zhǎng)法成長(zhǎng)磷砷化鎵GaAsP材料為主。LED的具體結(jié)構(gòu)如圖4所示： 圖4 LED的結(jié)構(gòu)圖2.3 外部時(shí)鐘方式電路 外部時(shí)鐘電路如圖5所示，它在單片機(jī)的外部通過XTAL1、XTAL2這兩個(gè)引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成穩(wěn)定的自激

9、振蕩器。本系統(tǒng)采用的為11.0592MHz的晶振，一個(gè)機(jī)器周期為1us，C1、C2為22PF。 圖5 外部時(shí)鐘方式電路圖2.4 手動(dòng)復(fù)位電路復(fù)位電路分為上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位，RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信號(hào)是高電平有效。上電自動(dòng)復(fù)位通過電容C3和電阻R2來實(shí)現(xiàn)，按鍵手動(dòng)復(fù)位是圖6中復(fù)位鍵來實(shí)現(xiàn)的。 圖6 手動(dòng)復(fù)位電路2.5 霓虹燈控制電路 霓虹燈控制電路用紅色、綠色、黃色LED發(fā)光二極管，分別與三個(gè)470的分壓電阻相串聯(lián)，分別與單片機(jī)的P1.0，P1.1，P1.2口相連，如圖7所示： 圖7 霓虹燈控制電路 3 軟件設(shè)計(jì)3.1中斷服務(wù)流程調(diào)用中斷子程序，設(shè)定中斷返回地址，中斷響應(yīng)時(shí)，

10、執(zhí)行中斷服務(wù)程序；手動(dòng)復(fù)位后，返回主程序。中斷響應(yīng)設(shè)置中斷返回地址中斷返回 圖8 中斷服務(wù)程序流程圖3.2霓虹燈控制電路流程Red led=flickerRed led=flickerYNTH0,TL0裝初值開中斷，啟動(dòng)T0開始0n<20Red led=flickerYN20n<40Green led=flickerYN40n<60Yellow led=flickerTMOD初始化 圖9 霓虹燈控制電路主程序流程圖4.聯(lián)合調(diào)試在protues上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。首先使用Keil uVsion 2將編寫完成的程序編譯生成HEX文件，將HEX文件燒錄到單片機(jī)中，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖

11、10所示，可以看到，LED已經(jīng)選擇性的閃爍。 圖10 仿真圖5. 課設(shè)小結(jié)及進(jìn)一步設(shè)想通過這次緊張的課程設(shè)計(jì)，我收獲頗多，每天面對(duì)著電腦，翻閱各種相關(guān)資料，也親自動(dòng)手焊接硬件，體會(huì)頗深。在這次課設(shè)中，加深了單片機(jī)相關(guān)知識(shí)的理解，也接觸了燒錄器。在課設(shè)開始的前期，也遇到了麻煩，比如說，LED閃爍時(shí)間不符合要求，C語言編程不太熟練，很感謝徐濤老師的耐心教導(dǎo)，他的幽默讓我們覺得親切，他的認(rèn)真負(fù)責(zé)讓我們折服。在繁忙的一個(gè)學(xué)期即將結(jié)束之時(shí)，我的思想成熟了，這次的課設(shè)讓我找到了方向，讓我懂得了很多，有知識(shí)方面的，但大部分還是人格方面的。我相信，只要不放棄，只要努力，就一定可以！由于時(shí)間緊促，自身水平有限，

12、本論文還有許多部分未能詳細(xì)分析，在此僅作簡(jiǎn)單了解和認(rèn)識(shí)。參考文獻(xiàn)1 趙茂泰.智能儀器原理及應(yīng)用.北京: 電子工業(yè)出版社,2004.72 張毅剛,劉杰.MCS51單片機(jī)原理及應(yīng)用.哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2004.63 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編.北京: 北京航天航空大學(xué)出版,2002.54 張軍,梅麗鳳.單片機(jī)原理接口技術(shù).北京交通大學(xué)出版社,2006.55 張婧武,周靈彬.單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真.北京: 電工出版社,2007.46 周佩玲,彭虎.微機(jī)原理與接口技術(shù).北京: 電子工業(yè)出版社,2005.47 李群芳,張士軍.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù).北京: 電子工業(yè)出版社,

13、2008.5附錄I 元件清單元件名稱型號(hào)數(shù)量單片機(jī)AT89C511LEDArk SM470501K3極性電容10uF1電容22pf2電阻4703電阻1K2排線 2按鍵1晶振11.0592MHz1附錄II 整體電路圖附錄III 源程序清單#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit RED_LED = P10; /端口定義。sbit GREEN_LED = P11; sbit YELLOW_LED = P12; uint flicker,i,n; void int0()TMOD=0x01;TH0=0x3C;TL0=0xAF;TR0=1;/啟動(dòng)定時(shí)器。ET0=1;/開定時(shí)器中斷。EA=1;/開總中斷void main() /主函數(shù)。 n=0; i=0; GREEN_LED=1; YELLOW_LED=1; flicker=0; int0();while(1) if(0<=n&&n<20) YELLOW_LED=1;GREEN_LED=1;RED_LED=flicker; if(20<=n&&n<