基于单片机的霓虹灯控制系统设计.docx
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基于单片机的霓虹灯控制系统设计
摘要
关键词
一．前言
二．总体设计方案
三．硬件电路设计
3.1单片机系统
3.2LED概述
3.3外部时钟方式电路
3.4手动复位电路
3.5霓虹灯控制电路
四．软件设计
五．软件调试
六．总结
附录
基于单片机的霓虹灯控制系统设计
摘要：
单片机技术是一门应用性很强的专业课，其理论与实践技能是从事机电类专业技术工作的人员所不可少的。
本次程设计是选择AT80C51为核心控制元件，利用取表的方法，使端口P1做单一灯的变化：
左移2次，右移2次，闪烁2次（延时的时间0.2秒），设计了单片机霓虹灯控制系统，使其产生有规律的闪烁和移动。
关键字T80C51LED灯霓虹灯
一.前言
单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。
它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
单片机是把主要计算机功能部件都集成在一块芯片上的微型计算机。
它是一种集计数和多中接口于一体的微控制器，被广泛应用在智能产品和工业自动化上，而51单片机是个单片机中最为典型和最有代表性的一种。
随着城市建设和市场经济的飞速发展，城市的美化和日益激烈的广告竞争越来越得到社会的关注，作为城市装饰和广告宣传的霓虹灯的需求量也越来越大。
过去霓虹灯控制器多采用E2PROM和相应的逻辑电路来完成，现在也有采用一些专用霓虹灯控制芯片的控制器。
前者所需电路较多，制作不易改变，且所需控制的霓虹灯路数越多，扩展起来也比较繁杂；而后者由于电路已作定，控制方式不能随意改变，功能较为单一。
然而市场上需要低成本高性能的霓虹灯控制技术。
我们此次设计的霓虹灯控制系统就符合市场需求。
二.总体方案设计
在本次设计中，硬件部分由单片机系统、LED发光二极管组成。
原理图如图1所示。
单片机选用的是AT89C51单片机，利用其中的一个定时器设定灯光闪烁的时间，时钟电路选用的是11.0592M的晶振。
复位电路部分采用的是上电复位和手动复位两种复位方式。
由于考虑到单片机I/O端口的带载能力，LED发光二极管采用共阳极的接法，用1Ｋ电阻分压。
软件部分，由于采用的是11.0592M晶振的时钟电路，单片机定时器的最大定时时间为65.536ms，不能达到要求的闪烁频率。
所以采用定时50ms，10个定时中断灯光进行一次亮灭的跳变。
并在每一次跳变时记录下灯闪烁的次数，通过对闪烁次数的判断，来进行对不同LED灯的亮灭的整体时序循环控制。
图1单片机的霓虹灯控制电路原理图
三.硬件电路的设计
3.1单片机系统
标准型89系列单片机是与MCS-51系列单片机兼容的。
在内部含有4KB或8KB可重复编程的Flash存储器，可进行1000次擦写操作。
全静态工作为0~33MHz，有3级程序存储器加密锁定，内含有128~256字节的RAM、32条可编程的I/O端口、2~3个16位定时器/计数器，6~8级中断，此外有通用串行接口、低电压空闲模式及掉电模式。
AT89C51相当于将8051中的4KBROM换成相应数量的Flash存储器，其余结构、供电电压、引脚数量及封装均相同，使用时可直接替换。
AT89C51在内部采用40条引脚的双列直插式封装，引脚排列如图2所示，内部结构原理图如图3所示。
图2AT89C51芯片引脚
图3AT89C51内部结构原理图
3.2LED概述
LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。
LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。
半导体晶片由三部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子，中间通常是1至5个周期的量子阱。
当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子和空穴就会被推向量子阱，在量子阱内电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。
而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。
它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。
由于具有容易控制、低压直流驱动、组合后色彩表现丰富、使用寿命长等优点，广泛应用于城市各工程中、大屏幕显示系统。
LED可以作为显示屏，在计算机控制下，显示色彩变化万千的视频和图片。
LED是一种能够将电能转化为可见光的半导体。
近十几年来，为了开发蓝色高亮度发光二极管，世界各地相关研究的人员无不全力投入。
而商业化的产品如蓝光及绿光发光二级管LED及激光二级管LD的应用无不说明了III－V族元素所蕴藏的潜能。
在目前商品化LED之材料及其外延技术中，红色及绿色发光二极管之外延技术大多为液相外延成长法为主，而黄色、橙色发光二极管目前仍以气相外延成长法成长磷砷化镓GaAsP材料为主。
LED的具体结构如图4所示：
图4LED的结构图
3.3外部时钟方式电路
外部时钟电路如图5所示，它在单片机的外部通过XTAL1、XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，构成稳定的自激振荡器。
本系统采用的为11.0592MHz的晶振，一个机器周期为1us，C1、C2为22PF。
图5外部时钟方式电路图
3.4手动复位电路
复位电路分为上电自动复位和按键手动复位，RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效。
上电自动复位通过电容C3和电阻R2来实现，按键手动复位是图6中复位键来实现的。
图6手动复位电路
3.5霓虹灯控制电路
霓虹灯控制电路用红色、绿色、黄色LED发光二极管，分别与8个１K的分压电阻相串联，分别与单片机的P1.0，P1.1，P1.2,P1.3，P1.4，P1.5,P1.6，P1.7口相连。
四．软件设计
在用表格进行程序设计的时候，要用以下的指令来完成
1.利用MOVDPTR，＃DATA16的指令来使数据指针寄存器指到表的开头。
2.利用MOVCA，＠A＋DPTR的指令，根据累加器的值再加上DPTR的值，就可以使程序计数器PC指到表格内所要取出的数据。
因此，只要把控制码建成一个表，而利用MOVCA，＠A＋DPTR做取码的操作，就可方便地处理一些复杂的控制动作，取表过程如下图所示：
3.汇编源程序
ORG0
START:
MOVDPTR,#TABLE
LOOP:
CLRA
MOVCA,@A+DPTR
CJNEA,#01H,LOOP1
JMPSTART
LOOP1:
MOVP1,A
MOVR3,#20
LCALLDELAY
INCDPTR
JMPLOOP
DELAY:
MOVR4,#20
D1:
MOVR5,#248
DJNZR5,$
DJNZR4,D1
DJNZR3,DELAY
RET
TABLE:
DB0FEH,0FDH,0FBH,0F7H
DB0EFH,0DFH,0BFH,07FH
DB0FEH,0FDH,0FBH,0F7H
DB0EFH,0DFH,0BFH,07FH
DB07FH,0BFH,0DFH,0EFH
DB0F7H,0FBH,0FDH,0FEH
DB07FH,0BFH,0DFH,0EFH
DB0F7H,0FBH,0FDH,0FEH
DB00H,0FFH,00H,0FFH
DB01H
END
4.C语言源程序
#include
unsignedcharcodetable[]={
0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,
0xef,0xdf,0xbf,0x7f,
0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,
0xef,0xdf,0xbf,0x7f,
0x7f,0xbf,0xdf,0xef,
0xf7,0xfb,0xfd,0xfe,
0x7f,0xbf,0xdf,0xef,
0xf7,0xfb,0xfd,0xfe,
0x00,0xff,0x00,0xff,
0x01};
unsignedchari;
voiddelay（void）
{
unsignedcharm,n,s;
for（m=20;m>0;m--）
for（n=20;n>0;n--）
for（s=248;s>0;s--）;
}
voidmain（void）
{
while
（1）
{
if（table[i]!
=0x01）
{
P1=table[i];
i++;
delay（）;
}
else
{
i=0;
}
}
}
五.软件调试
在protues上进行仿真实验。
首先使用KeiluVsion2将编写完成的程序编译生成HEX文件，将HEX文件烧录到单片机中，进行仿真实验，结果如下图所示，可以看到，LED已经选择性的闪烁。
仿真图
六.总结
通过这次紧张的课程设计，我收获颇多，每天面对着电脑，翻阅各种相关资料，也亲自动手调试，体会颇深。
在这次课设中，加深了单片机相关知识的理解，也接触了烧录器。
在课设开始的前期，也遇到了麻烦，比如说，LED闪烁时间不符合要求，C语言编程不太熟练，很感谢汤老师的耐心教导，她的幽默让我们觉得亲切，她的认真负责让我们折服。
在繁忙的一个学期即将结束之时，我的思想成熟了，这次的课设让我找到了方向，让我懂得了很多，有知识方面的，但大部分还是人格方面的。
我相信，只要不放弃，只要努力，就一定可以！
附录
元件清单
元件名称
型号
数量
单片机
AT89C51
1
LED
ArkSM470501K
8
电容
33pf
2
电阻
1K
8
排线
2
晶振
11.0592MHz
1
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