单片机控制的霓虹灯控制器讲解Word格式.docx
《单片机控制的霓虹灯控制器讲解Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机控制的霓虹灯控制器讲解Word格式.docx（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
而俄罗斯制作工艺的平台是以耐火水泥板为主，特征是直接烧制成型，主要在东北地区；
中国传统制作工世，灯管以立式炮火进行弯制，特征是以铜制独孔对火焊接灯头，主要分布在上海，甚至覆盖了全国。
目前，比较先进的是可以进行远距离遥控霓虹灯变化的控制器，遥控、定位、监视、监控等是其技术原理依据。
在现在的商业时代，霓虹灯的的用处也越来越广，而且越来越商业化，出现了很多新型霓虹灯产业。
在商业领域的招牌、门面、字幕广告、酒店酒吧、建筑物轮廓等都有霓虹灯闪烁的装饰身影，它们都是用来引来消费者的关注，促进产业的发展。
在一个灯红酒绿的城市，霓虹灯是这个城市繁华的象征，是这个城市经济发展的标志。
但是，传统的霓虹灯采用的是玻璃灯管，在包装运输时存在不易制作、安装及易破碎等缺陷。
很久以前，人们就期望能用不同颜色的小灯泡安装在电线里用于装饰和照明。
如今，这种灯已遍布各国的各个城市，走进了大街小巷，走进了我们的生活中，所以霓虹的发展是很有前景的。
1霓虹灯的设计
1.1设计任务
设计一个单片机控制的霓虹灯控制器，通过程序控制单片机，让26个发光二极管闪烁，形成各式各样的花样和图案。
1.2总体设计方案
1.2.1单片机芯片的选择
从霓虹灯的成本上考虑，本次设计选择成本校低的AT89C51，此芯片功能强大，足以用于本次设计
1.2.2接口设计
从使用者是否方便使用的角度考虑，本次设计的接口设计为USB接口，利用PL2303HX来实现此功能，使用者可以在任何有USB接口的电器上使用此霓虹灯控制器，如电脑等。
1.2.3方案设计
霓虹灯的设计选用的器件是发光二极管，将26个不同颜色的发光二极管连接在AT89C51单片机上，但是AT89C51单片机只有40个引脚，如果每个引脚上连接一个发光二极管，对二极管逐个控制，则需要26个引脚，不能实现资源的合理利用。
考虑到引脚有限，所以利用LED显示器里的动态扫瞄的方案，可以在P0的每个引脚上接4个发光二极管，然后再通过P2的前4个引脚各连接一个PNP三极管，通过给三极管低电平来扫瞄P0端口的发光二极管，类似于单片机中LED显示器的扫瞄方法来实现位选码和段选码。
2设计原理
2.1单片机AT89C51
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，是一种带4K字节可编程、可擦除的只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，是高性能CMOS8位的微处理器，俗称单片机。
该器件是采用ATMEL的高密度、非易失存储器制造技术进行制造的，该单片机与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚是相互兼容的。
因为是将多功能的8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，AT89C51是一种高效微控制器，为嵌入式控制系统提供了很多高灵活性且低成本的方案。
AT89C51的引脚如图2.1-1所示，功能介绍如下：
●VCC:
接+5V,电源端，为单片机提供电能。
●GND：
接地端口。
●RST：
复位信号的输入。
当该引脚连接振荡器复位器件时，要让RST脚保持两个机器周期以上的高电平时间。
●XTAL1：
接外部晶体的一个引脚，CHMOS单片机采用外部时钟信号时，时钟信号由此引脚引入。
●XTAL2：
接外部晶体的一个引脚，HMOS采用外部时钟信号时，外部时钟信号由此引脚引入。
●ALE/PROG：
地址锁存允许。
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址。
●EA/VPP：
EA=0时，单片机只访问外部程序存储器；
当EA=1时，单片机访问内部程序存储器；
在AT89C51单片机片内EPROM编程期间，此引脚引入21V编程电源VCC。
●P0口：
为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
其内部缺少一个上拉电阻。
●P1口：
是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
●P2口：
为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流。
P3口：
P3口为双功能静态端口。
●P3口：
和P1、P2端口一样，是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，但与P1、P2口有区别，它有自己独有的特点，就是P3口可作为AT89C51的一些特殊功能口，如用于定时器和计数器等。
对于本次设计，我只选用了P0和P1端口作为数据输入输出端口，用于控制霓虹灯的发光二极管的控制引脚。
图2.1-1AT89C51引脚
2.2芯片PL2303HX
随着电子技术的不断更新发展，PL2303HX广泛用于电子产业，用此芯片连接而成的USB接口已成为外设的连接标准。
芯片PL2303HX的引脚如下图2.2-1所示，特征介绍如下：
◆对USB1.1协议完全兼容。
◆能对输出电压进行调节，能满足不同电压的应用。
◆两个GPIO端口。
◆SSOP小封装的28个引脚。
◆具有外部的流控制功能。
图2.2-1PL2303HX引脚
3霓虹灯的硬件设计
硬件设计分成三个模块，分别是：
复位控制电路模块、时钟电路模块、发光二极管模块、按键设计模块和外设USB接口模块，下面是对这些硬件设计模块进行详细的介绍。
3.1复位控制电路
单片机在启动运行时都需要进行复位，复位能使CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的工作状态，并从这个状态开始工作。
在系统中，有时也会出现不正常显示和不正常运行的情况，并且为了我们方便调试，所以在单片机上需要设计一个复位电路，复位电路主要完成两个功能，即系统的上电复位功能、系统在运行时用户的按键复位功能。
在本次设计中单片机的复位是靠外部电路来实现的，AT89C51单片机有一个复位引脚RST，有效电平是高电平。
若RST保持高电平，单片机便保持复位状态。
此时，ALE/PSEN、P0、P1、P2和P3口都输出的是高电平。
若RST变成低电平后，则单片退出复位状态，CPU开始正常工作。
需要注意的是，复位操作是不会影响到片内RAM工作的内容。
复位电路的基本功能是控制器上电时提供复位信号，直至控制器的电源稳定后，撤销复位信号，单片机才进入正常工作状态。
图3.1-1为基本RC复位电路，其电路为高电平复位有效。
图3.1-1复位控制电路
3.2时钟电路
单片机的工作是在统一的时钟脉冲的控制下运行，这个时钟脉冲信号是由单片机的时钟电路发出的，单片机的时钟产生有内部时钟和外部时钟两种，本次设计采用的是内部时钟方式。
此方式是利用芯片内部的振荡器，然后在引脚XTAL1和XTAL2两个引脚上连接一个频率为11.0592MHZ的晶体振荡器，就构成了单片机的自激振荡器，发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。
外接晶振时，C4和C5的值通常选择为15PF—33PF之间，电容对频率有微调作用。
时钟控制电路图如图3.2-1所示：
图3.2-1时钟电路
3.3发光二极管的设计
如图3.3-1的发光二极管的电路是本次设计的最重要的硬件设计部份，26个发光二极管全部连接在P0端口的8个引脚上上的引脚，P0_6和P0_7两个引脚上各自连接一个发光二极管的阴极，二极管的阳极直接与电源正极相连，通过给这个引脚低电平，就可以让这两个二极管闪烁。
然后将剩下的24个发光二极管分成6组，P0_0到P0_5引脚分别与4个并连的发光二极管的阴极相连，然后在P1_2到P1_5引脚上各自连接一个PNP型三极管，将4个三极管的集电极与每组发光二极管的其中一个的阳极相连，然后通过控制P1端口的三极管来向24个发光二极管提供高电平，通过P0端口向发光二极管提供低电平，实现26个发光二极管逐个点亮，以便于发光二极管闪烁出各种图形。
图3.3-1发光二极管电路
3.4外设USB接口
单片机的外设有两种方法：
串口连接和USB接口，串口连接的外设是很不方便，但USB接口相对于串口来说，有更多的优点，如：
方便易用，数据传输速度与串口连接相比校快，可以连接多个设备等，已经被广泛使用。
如图3.4-1是本次设计的外设电路，可以实现控制器与电脑通信，用于向霓虹灯提供电源和程序下载等功能，用PL2303HX芯片实现USB接口。
图3.4-1USB接口
3.5按键设计
在单片机应用系统人机交互中，常需要配置一些开关，实现向单片机内部输入数据，传送命令信号等功能，是单片机工作中进行人工干预系统的主要手段。
开关具有“断开”和“闭合”两种稳定状态。
通过简单电路可将这两种状态转换为逻辑电平的“1”和“0”，从而在接口电路的控制下被CPU所检测，常见的按键开关有按钮开关和触摸开关。
本次设计采用的是两个独立按键，独立式按键电路设计时，每个按键与P1端口的一个引脚相连，另一端接地。
无键按下时，P1的2个I/O口均通过电阻接高电平，信息为“1”；
有键按下时，将使对应的I/O口通过该键接地，信息为“0”。
通过这两个按键对霓虹灯进行人为控制。
按键的硬件设计如图3.5-1所示。
图3.5-1按键的电路
4霓虹灯的软件设计
本次设计的软件部分分成了两个模块：
延时函数模块和主函数模块，程序设计简单易懂。
4.1延时函数
此延时函数是用于主函数调用，实现发光二极管的闪烁的功能，延时为0.2S。
程序如下：
voiddelay02s（void）
{
unsignedchari,j,k;
for（i=20;
i>
0;
i--）
for（j=20;
j>
j--）
for（k=248;
k>
k--）;
}
4.2按键控制程序
程序设计效果是如果CPU检测到K1按下，则霓虹灯将分成上下两个部分交替闪烁；
如果CPU检测到K2按下，则霓虹灯将会整体被点亮，一起闪烁。
因为按键按下到闭合后，会再产生一个负的矩形脉冲，但由于在按动按键时，总会有一些抖动，所以为了克服按键触点机械抖动所导致的检测误判，必须采取去抖动措施，可从硬件和软件两方面着手，但因为软件去抖较为简单，而且降低了成本，所友本次设计采用软件去抖动。
软件上采取的措施是在检测到有按键按下时，执行一个10ms左右的延时程序，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，若仍保持闭合状态电平，则确认该键处于闭合状态，从而消除抖动的影响。
流程如图4.2-1所示。
图4.2-1按键去抖
4.3霓虹灯控制程序
主程序主要负责各个模块的初始化工作：
建立两个字符型数组，数组a和数组b；
初始化P0和P1端口；
用while循环语句对P0和P1端口进行动态扫瞄，每扫瞄一次，对P0和P1端口进行初始化，输入0XFF的值，用于发光二极管的消隐，提高霓虹灯的闪烁质量。
主函数中，每点亮一次发光二极管就调用一次延时函数，通过两个字符型数组：
a[]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef};
b[]={0x0f,0xf3,0xfc,0x37,0xcb,0xF7,0x9f,0x6f,0xfb}分别对P1和P0端口进行扫瞄，实现霓虹灯先从上往下、从左往右、从右往左等顺序轮流点亮闪烁。
如图4.3-1是该程序的流程图：
图4.3-1程序流程图
5结束语
本次设计是基于单片机的霓虹灯控制器，控制系统采用AT89C51单片机，发光二极管的设计为主要硬件设计，成功实现霓虹灯的硬件电路与软件程序设计。
实现了在单片机的8个引脚上单独点亮26个不同颜色的发光二极管，可从上往下再从右往左等顺序依次闪烁，实现霓虹灯的花样闪烁。
在本次设计中，在实现霓虹灯花样闪烁的情况下，还添加了两个独立按键，对霓虹灯进行人为的控制，为使用者提供了更多的选择，我们可以按照自己的意愿选择霓虹灯的闪烁方式。
本次设计充分锻炼了我的动手操作能力，从理论到实践的整个过程，独自完成整个设计，自己学到了更多的知识。
从开始着手设计到设计完成，了解到了设计的整个过程，虽然在设计的过程中遇到了很多的问题，但是通过同学和老师的帮助以及自己的努力之下，将本次设计圆满完成。
在设计的过程中，起初自己的知识只局限于书本上的知识和老师教的知识，在设计方面自己的想法很不成熟，始终想不到方法在单片机上的8个引脚上连接26个发光二极管，并且能实现单独控制每一个发光二极管，通过老师的引导以及自己不断的实践和尝试，想到了单片机中的数码管的动态扫瞄的方法。
在本次设计中，我要感谢我的现代通信原理实验课的孙活老师，是他良好的教学方案，让我学到了更多的知识。
在本次设计当中我获益匪浅，明白了三个道理：
1、学习中要把理论和实践联系在一起，只有实践才能开拓自己的思维；
2、在遇到困难时，要保持清醒自己的头脑，看清自己的问题，学会请教别人，学习别人的经验，不要遇到困难就退缩，退缩是永远无法成功的，所以我们要学会有条有理地外理任何的问题和困难；
3、学会独立，学会独自完成事情，不要总想着别人来帮自己，自己才能帮得了自己，只有自己亲手做了，才能从中学到更多的知识，才能将知识有效的转换成自己的。
参考文献：
[1]彭介华：
电子技术课程设计指导，高等教育出版社，2008.4，P3-P7
[2]高吉祥、易凡：
电子技术基础实验与课程设计，北京电子工业出版社，2005.6,P21-P30
[3]任为民：
电子技术基础课程设计，中央广播电视大学出版社，2006.12,P7-P15
[4]李群芳、肖看、张士军：
单片机微型计算机与接口技术，电子业出版社，2011.11,P52-P57
[5]马忠梅：
单片机C语言应用程序设计，北京航空航天大学出版社，2005.6,P31-P42
[6]林立：
单片机原理应用—基于Proteus和Keil，电子工业出版社，2009.7,P15-P27
附录1：
设计原理图
附录2：
源代码
用C语言来编程，通过动态扫瞄的方法实现26个不同颜色的发光二极管按照一定的规律轮流闪烁。
#include<
regx51.h>
voiddelay02s（void）;
voiddelay（unsignedcharc）
unsignedchari;
for（;
c>
c--）
for（i=122;
i--）;
voidmain（void）
unsignedinti,j;
unsignedcharcodea[]={0xfb,0xf7,0xef,0xdf};
unsignedcharcodeb[]={0xf0,0xcf,0x3f,0xec,0xd3,0xef,0xf9,0xf6,0xdf};
P0=0XFF;
P1=0XFF;
while
（1）//扫瞄
{
if（P1_0==0）
{
delay（10）;
while（P1_0==0）
p1=0xc3;
P0=0xec;
delay02s（）;
P0=0XFF;
//消隐
P0=0x3e;
//消隐
}
}
elseif（P1_1==0）
{
P1=0xc3;
p0=0x00;
delay02s（）;
P0=0XFF;
else
for（i=0;
i<
2;
i++）
{
for（j=0;
j<
4;
j++）
{
P1=a[j];
P0=b[i];
delay02s（）;
P0=0XFF;
}
}
P1=0X0F;
P0=0x00;
delay02s（）;
P0=0XFF;
P0=b[3];
for（i=4;
9;
voiddelay02s（void）//延时
升级会员 