LED廣告燈設(shè)計說明書

1、 工程研發(fā)部管理制度_設(shè) 計 指 導 教 師 _李多友_設(shè) 計 輔 導 教 師 _李多友_（完成日期）2009 年 4月23日目錄頁腳內(nèi)容0 工程研發(fā)部管理制度一、緒論-31.1選題意義- 31.2系統(tǒng)概述-3二、硬件電路的介紹塊-42.1單片機數(shù)據(jù)處理模-42.2燈光顯示模塊-62.3穩(wěn)壓電路-6三、軟件設(shè)計述案-83.1概-83.2主程序方-9四、仿真調(diào)試果-114.1調(diào)試結(jié)-11小結(jié)-12參考文獻-15致謝-16頁腳內(nèi)容1 工程研發(fā)部管理制度附錄一：照明燈系統(tǒng)程序-17附錄二：電路原理圖-24摘要隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色霓虹燈。廣告燈由于其豐富的燈光色彩，

2、低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應用。用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時尚。本設(shè)計提出了一種基于 AT89C51 單片機控制 LED 廣告燈的方案，來實現(xiàn)對廣告燈的控制。本方案以 AT89C51單片機作為主控核心，由顯示、驅(qū)動和電源模塊組成核心主控制模塊。其中電源模塊采用全橋整流和穩(wěn)壓芯片 7805 為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的+5V 電壓。在主控模塊上設(shè)有 24 個廣告燈，根據(jù)用戶需要可以編寫各種亮燈模式。根據(jù)各種亮燈時間的不同需要，在不同時刻輸出燈亮或燈滅的控制信號，然后驅(qū)動各種顏色的燈亮滅。關(guān)鍵詞：照明燈；單片機AT89C51，光耦合MOC3020。頁腳內(nèi)容2 工程研發(fā)部管理制度一

3、 緒論1.1 選題意義燈光是一種最基本的需求，人們的生活與燈光是息息相關(guān)，不管是在工業(yè)還是在農(nóng)業(yè)上都離不開它，隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高和發(fā)展各種各樣的燈光不僅僅是照明用來照明了。隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，廣告燈應用越來越廣泛，市場對廣告燈的需求會越來越大。因此本設(shè)計對廣告燈的設(shè)計有實際應用價值。1.2 系統(tǒng)概述本課題廣告燈光的設(shè)計系統(tǒng)采用單片機 AT89C51 控制，AT89C51 單片機組成主控電路，電源采用整流穩(wěn)壓電路，為整個系統(tǒng)供電，其中照明燈驅(qū)動采用光耦隔離電路，為了提供輸入電路和輸出電路間的隔離，使整個顯示電路更加穩(wěn)定，使本系統(tǒng)能應用在各種惡劣的環(huán)境中。程序采用匯編語言編寫有

4、主程序延時子程序組成，其中中斷子程序的使用為單片機提高了工作效率?？蛻艨梢愿膶懼袛嘧映坛绦騺韺崿F(xiàn)照明燈的各種控制，提高了其使用價值。因此本設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，適用于各類商業(yè)廣告中，有廣泛的應用和發(fā)展前景。頁腳內(nèi)容3 工程研發(fā)部管理制度二 硬件電路設(shè)計照明燈燈系統(tǒng)的電路主要分為單片機數(shù)據(jù)處理模塊、照明燈顯示模塊及電源模塊等幾個部分，結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.1 所示。下面對電路分模塊進行說明。AT89C51顯 示 模塊圖 2.1 系統(tǒng)框圖2.1 單片機數(shù)據(jù)處理模塊AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasab

5、le ReadOnly Memory）的低電壓，高性能CMOS8 位微處理器。AT89C51 采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C51 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案1主要特性：與 MCS-51 兼容4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命：1000 寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10 年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定128*8 位內(nèi)部 RAM頁腳內(nèi)容4 工程研發(fā)部管理制度32 可編程

6、 I/O 線兩個 16 位定時器/計數(shù)器5 個中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時鐘電路T1T031EA/VP910113029RESET圖 2.2 AT89C51 引腳功能圖12M80312管腳功能說明，如圖 2.2 所示C130p3振蕩器電路：圖 2.3 振蕩電路圖XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸 入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器，和片外振蕩器兩種。本系統(tǒng)采用的是內(nèi)部振蕩方式，其外接晶振采用 12MHz，電容 C1、C2 采用 30pF，此時的機器周期的 1us。時鐘振蕩電路如圖 2.3 所示。頁腳內(nèi)容5 工程研發(fā)部管理制度4復位電路單片機的復

7、位靠外部電路實現(xiàn)，信號由 RST (RESET)引腳輸入，其復位電路由兩種：一是上電復位，二是上電和手動電平復位（按鍵復位）。本設(shè)計系統(tǒng)采用的上電復位，當接通電源后單片機立即復位。單片機從 PC指針 0000H 開始讀程序。其電路圖如圖 2.4 所示。因晶振采用 12MHz，所以 C1 為 10uF，R1 為 8.1，R2 為 200。VCC10ufU1P10123456783938373635343332P00P01P02P03P04P05P06P07P11P12P13P14P15P16P17S16113122122232425262728INT1INT0P20P21P22P23P24P25

8、P26P271514T1T0131EA/VP1918X1X2910113029RESETRXDTXD1716RDALE/PPSENWR8031圖 2.4 復位電路2.2 燈光顯示模塊燈光顯示模塊在整個系統(tǒng)中起一個顯示作用，由 74HC595、照明燈、晶閘管、光耦合組成，其電路框圖如圖 2.5 所示，74HC595 的作用是串入并出，為光耦合送入信息，晶閘管在顯示電路中起一個控制燈的作用，光耦合在電路中起保護隔離作用，使顯示高壓部分和控制部分分離，對單片機模塊有一個保護作用，防止因電壓過高燒毀單片機，使整個系統(tǒng)癱瘓，提高了整個系統(tǒng)適應惡劣環(huán)境的能力。74HC595光耦合晶閘管照明燈圖 2.5 顯

9、示電路框圖1.74HC59574HC595 為 8 位串入并出的移位寄存器，其引腳如圖 2.5 所示，Q7Q0 為八位并行輸出端；Q7為級聯(lián)輸出端；DS 是串行數(shù)據(jù)輸入端；MR 為數(shù)據(jù)清零端，低電平有效；OE 為片選端，低電平有效；SH_CP 引腳上升沿時數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)移位，ST_CP 引腳上升沿時移位寄存器的數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)存儲寄存器，下降沿時存儲寄存器數(shù)據(jù)不變。其中 74HC595 的 DS 引腳接 P3.0（RXD），SH_CP 引腳接 P3.1(TXD)做為移位時鐘脈沖輸入端，ST_CP引腳接 P3.3 做為鎖存器的時鐘脈沖的輸入端。在電路中起一個串入并出的作用，這樣可以節(jié)省電路接口，使

10、電路連接簡單。頁腳內(nèi)容6 工程研發(fā)部管理制度圖 2.4 74HC595 引腳功能圖2.光電耦合器光耦合器（optical coupler，英文縮寫為 OC）亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡稱光耦。它是以光為媒介來傳輸電信號的器件，通常把發(fā)光器（紅外線發(fā)光二極管LED）與受光器（光敏半導體管）封裝在同一管殼內(nèi)。當輸入端加電信號時發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實現(xiàn)了“電光電”轉(zhuǎn)換。以光為媒介把輸入端信號耦合到輸出端的光電耦合器，由于具有輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸信號等優(yōu)點，在數(shù)字電路上獲得廣泛的應用。在本電路中的作用是通過光耦來隔離強電和弱電部分，對單片機部分有

11、保護作用。設(shè)計中采用 TLP521-4 光耦合器，其具有四路輸入輸出的功能，工作電壓在+5V,其性能穩(wěn)定各個功能引腳圖入圖 2.6 所示引腳功能圖VCCVCCDS1LAMPR510KVCCQ1SCRU2SERO0O1O2O3O4O5O6O7111023OPTOTRIAC4P1.05RCLKE679Q7U3SERO0O1O2O3O4O5TXDP1.1234125RCLK 工程研發(fā)部管理制度圖 2.7 顯示模塊電路圖2.3 穩(wěn)壓電源1. 電源電路因為單片機工作電源為+5V，且底層電路功耗很小。采用 7805 三端穩(wěn)壓片即可滿足要求。220V 交流電通過變壓為 1 55 的變壓器變成為 4.1V 的

12、交流電，通過全橋整流變?yōu)?3.6V 的半波電源，最后通過濾波電容輸出有波動的+5V 的電壓，最后通過 W7805 對電壓進行穩(wěn)壓輸出穩(wěn)定的+5V 電壓，為整個單片機系統(tǒng)供電。其中在電源前端用一個光敏二極管控制個繼電器繼而控制整個電源電路，當有光的時候光敏二極管不導通，繼電器不吸合電源電路不工作，當無光的時候光敏二極管導通，繼電器吸合電源電路工作。其電路如圖2.8 所示780513+5VVinVout12.8 電源電路42100UF2104104100UF軟件設(shè)計3.1 概述3整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：

13、一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實質(zhì)性的功能如測量、計算、顯示等。每一個執(zhí)行軟件也就是一個小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實時性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。3.2 主程序方案主程序調(diào)用了 3 個子程序，分別是流水等狀態(tài)子程序、串口發(fā)送子程序、延時子程序。頁腳內(nèi)容8 工程研發(fā)部管理制度主程序結(jié)構(gòu)組成首先對主程序設(shè)置中斷入口

14、地址，設(shè)置好以后調(diào)用流水燈狀態(tài)子程序，調(diào)用成功以后進行發(fā)送信息，用于顯示模塊顯示，延時子程序。將各個功能程序以子程序的形式寫好，當寫主程序的時候，只需要調(diào)用子程序，然后在寄存器的分配上作一下調(diào)整，消除寄存器沖突和 I/O 沖突即可。程序應該盡可能多的使用調(diào)用指令代替跳轉(zhuǎn)指令。因為跳轉(zhuǎn)指令使得程序難以看懂各程序段之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。而調(diào)用指令則不同，調(diào)用指令使得程序結(jié)構(gòu)清晰，無論是修改還是維護都比較方便。將功能程序段寫成子程序的形式，除了方便調(diào)用之外，還有一個好處那就是以后寫程序的時候如果要用到，就可以直接調(diào)用這個單元功能模塊。其主程序流程圖如圖3.1 所示,串口發(fā)送子程序如圖 3.2 所示。系統(tǒng)程

15、序見附錄一開始系統(tǒng)初始化調(diào)用串口發(fā)送子程序返回3.1 主程序流程圖發(fā)送三字節(jié)發(fā)送延時返回頁腳內(nèi)容9 工程研發(fā)部管理制度圖 3.2 串口發(fā)送子程序程序舉例說明如下：MAIN:MOV R6,#50KK1:MOV A,#0FFHMOV R7,#2HLCALL XIANSHILCALL YANSHI1XIANSHI: CLR P1.0CLR P1.1CLR P1.2CLR P1.3MOV SBUF,ADE:JNB TI,DECLR TISETB P1.0SETB P1.1SETB P1.2SETB P1.3RETYANSHI1: MOV R3,#01DELAY4:MOV R5,#250DELAY3:

16、MOV R4,#250DELAY2:NOP頁腳內(nèi)容10 工程研發(fā)部管理制度DJNZ R4,DELAY2DJNZ R5,DELAY3DJNZ R3,DELAY4RET此程序是控制三組燈輪流導通，其中對 R6 中存入顯示循環(huán)的次數(shù)，來控制此狀態(tài)顯示時間的長短，控制照明系統(tǒng)的電平為高電平，當串口輸出高電平后，晶閘管的到高電平而使照明系統(tǒng)工作。送入 A 的數(shù)據(jù)是 0FFH因都是高電平所以輸出的八位高電平，這時一組的燈亮。調(diào)用顯示的子程序，顯示的方法是從串口發(fā)送數(shù)據(jù)，P3.0 口輸出顯示數(shù)據(jù)，P0.1 輸出時鐘信號控制 74HC595 的時鐘信號，P3.0 輸出的數(shù)據(jù)送入 74HC595 的 DS 的數(shù)

17、據(jù)輸入端，當有時鐘信號時數(shù)據(jù)時，串口輸出的數(shù)據(jù)存入 74HC595 的寄存器中，這時給 74HC595 STCP 引腳一個上升沿信號 74HC595 的鎖存器將把寄存器數(shù)據(jù)送出，此程序 CLR P1.0 CLR P1.1 CLR P1.2 SETB P1.0SETB P1.1 SETB P1.2 可以實現(xiàn)此功能當光耦合器得到次數(shù)據(jù)的信號控制晶閘管的關(guān)斷導通。下一條調(diào)用延時子程序來保持這種數(shù)據(jù)狀態(tài)，延時子程序延時時間為 125Ms,因采用 12MHz 所以一個機器周期為 1us，而 DJNZ的指令是雙周期指令，也就是執(zhí)行此程序需要的時間為 2us，經(jīng)過計算延時時間為 125ms ，這時將一直執(zhí)行

18、此循環(huán)程序，只到延時時間到將結(jié)束此循環(huán)。這時有一組的燈點亮，當執(zhí)行下一次的的串口發(fā)送直流時，下一組燈將點亮，這樣循環(huán)執(zhí)行，三組燈將輪流點亮，會出現(xiàn)如下圖 3.2 燈的組合圖 3.2 廣告燈的一種點燈組合四 仿真調(diào)試在原理電路圖和控制程序完成后，還沒有制作 PCB 板，這時可以用電路仿真軟件進行電路和程序的測試。課題就是采用電路仿真軟件 protl 99 對系統(tǒng)的設(shè)計進行仿真。頁腳內(nèi)容11 工程研發(fā)部管理制度4.1 仿真結(jié)果仿真結(jié)果如圖 4.1 所示頁腳內(nèi)容12 工程研發(fā)部管理制度致 謝本設(shè)計能夠順利的完成得到了院系領(lǐng)導老師的大力支持和幫助，尤其是我的指導老師李多友老師，在百忙之中抽出寶貴的休息

19、時間，仔細耐心為我指導。設(shè)計過程中，李老師一并幫我分析遇到的種種困難。一直支持，鼓勵我要有解決問題的信心，使設(shè)計得以順利的完成。在開發(fā)的同時，和同學們之間的相互探討也使我獲益匪淺。在此，對他們表示由衷的感謝！電子信息技術(shù)日新月異地飛速發(fā)展，人們總是處在不斷學習階段，再加上我水平有限，所以本設(shè)計肯定存在許多不盡如人意的地方，歡迎廣大老師和同學批評指正。最后，要感謝自動化系所有老師，他們精心的栽培為我以后的學習工作打下了堅實的基礎(chǔ)。參考文獻：頁腳內(nèi)容13 工程研發(fā)部管理制度1 李全利 單片機原理及應用. 高等教育出版社 20042 祁偉 楊婷 單片機 C51 程序設(shè)計教程與實驗M 北京航空航天大學

20、3 張躍電子愛好者. 電子科技大學 2005原理圖VCCVCCDS1LAMPR21KR510K 工程研發(fā)部管理制度附錄一：廣告燈程序頁腳內(nèi)容15 工程研發(fā)部管理制度ORG 0000HAJMP MAINORG 090HMAIN:MOV R6,#50KK1:MOV A,#0FFHMOV R7,#2HLCALL XIANSHILCALL YANSHI1MOV A,#00HKK0:LCALL XIANSHILCALL YANSHI1DJNZ R7,KK0DJNZ R6,KK1MOV R6,#50MOV A,#00HLCALL XIANSHIMOV A,#0EFHKK5: LCALL XIANSHILC

21、ALL YANSHI0RL ADJNZ R6,KK5MOV R6,#50頁腳內(nèi)容16 工程研發(fā)部管理制度KK4:MOV A,#0FHLCALL XIANSHILCALL YANSHI1SWAP ALCALL XIANSHILCALL YANSHI1DJNZ R6,KK4MOV R6,#50MOV A,#00HLCALL XIANSHIMOV A,#01HKK: LCALL XIANSHILCALL YANSHI0RR ADJNZ R6,KKMOV R6,#50MOV A,#00HLCALL XIANSHIMOV A,#01HKK6: LCALL XIANSHILCALL YANSHI1MOV

22、R7,ACLR A頁腳內(nèi)容17 工程研發(fā)部管理制度LCALL XIANSHILCALL YANSHI1MOV A,R7RR ADJNZ R6,KK6MOV R6,#50MOV A,#00HLCALL XIANSHIMOV A,#03HKK2: LCALL XIANSHILCALL YANSHI0RR ADJNZ R6,KK2MOV R6,#50MOV A,#00HLCALL XIANSHIMOV A,#07HKK3: LCALL XIANSHILCALL YANSHI0RR ADJNZ R6,KK3MOV R7,#30MAIN1:LCALL LOOP0頁腳內(nèi)容18 工程研發(fā)部管理制度LCALL

23、 LOOPLCALL LOOP1LCALL LOOP2LCALL LOOP3LCALL LOOP4LCALL LOOP5LCALL LOOP6LCALL LOOP5LCALL LOOP4LCALL LOOP3LCALL LOOP2LCALL LOOP1LCALL LOOPDJNZ R7,MAIN1LJMP MAINLOOP0: MOV R6,#150LOOP01:MOV A,#00HLCALL XIANSHILCALL YANSHI3DJNZ R6,LOOP01RETLOOP: MOV R6,#150LOOP02: MOV A,#01H頁腳內(nèi)容19 工程研發(fā)部管理制度LCALL XIANSHILCALL YANSHI3DJNZ R6,LOOP02RETLOOP1:MOV R6,#150LOOP13:MOV A,#03HLCALL XIANSHILCALL YANSHI3DJNZ R6,LOOP13RETLOOP2: MOV R6,#150LOOP24:MOV A,#07HLCALL XIANSHILCALL YANSHI3DJNZ