单片机的霓虹灯控制系统设计方案.docx
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单片机的霓虹灯控制系统设计方案
0.前言1
1.总体方案设计1
2.硬件电路的设计2
2.1单片机系统2
2.2LED概述3
2.3外部时钟方式电路4
2.4手动复位电路4
2.5霓虹灯控制电路5
3软件设计5
3.1中断服务流程5
3.2霓虹灯控制电路流程6
4.联合调试6
5.课设小结及进一步设想7
参考文献8
附录I元件清单9
附录II整体电路图10
附录III源程序清单11
基于单片机的霓虹灯控制系统设计
摘要：
本文主要设计一个基于单片机的霓虹灯控制系统。
以AT89C51单片机为控制核心电路，应用片内定时器实现对霓虹灯的控制。
该系统由单片机的控制部分和显示部分组成，运用中断定时器控制发光二极管<或LED），使其产生有规律的闪烁和移动。
关键字：
单片机；发光二极管；定时中断
0.前言
随着时代的进步，人们对物质生活的迫切追求，使周边环境发生翻天覆地的变化。
从钻木取火走到今天灯火阑珊，各种繁华夜景层出不穷，让人叹为观止。
这些辉煌景象都离不开电子技术。
事实证明电子技术对社会的发展产生了深远的影响。
随着电子技术和计算机技术的发展，特别是单片机的发展，使传统的测量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面发生了巨大的变化，形成了一种完全突破传统概念的新一代测试仪器——智能仪器。
智能仪器是以微处理器为核心的电子仪器，它不仅要求设计者熟悉电子仪器的工作原理，而且还要求其掌握微型计算机硬件和软件的原理。
目前，有很多的传统电子仪器已有相应的替代产品，而且还出现不少全新的仪器类型和测试系统体系。
在科学技术高速发展的今天，如何用简单便宜、性能良好的元器件制造出对人类生活有用的产品，已经成为人们研究的主要趋势。
在自动化技术中，无论是过程控制技术还是数据采集技术还是测控技术，都离不开单片机，在工业自动化的领域中，机电一体化技术发挥越来越重要的作用。
1.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470Ω的电阻分压。
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
2.硬件电路的设计
2.1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
本设计中AT89C51使用11.0592MHz晶振。
XTAL1<19脚）和XTAL2<18脚）：
外接晶体引脚，XTAL1和XTAL2分别接外部晶振一端。
RST：
即为RESET，该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。
在此设计中接正常模式按扭。
P1.0、P1.1、P1.2：
用来控制LED显示器的显示控制。
2.2LED概述
LEDLED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
2.3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
2.4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
2.5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，分别与三个470Ω的分压电阻相串联，分别与单片机的P1.0，P1.1，P1.2口相连，如图7所示：
图7霓虹灯控制电路
3软件设计
3.1中断服务流程
调用中断子程序，设定中断返回地址，中断响应时，执行中断服务程序；手动复位后，返回主程序。
图8中断服务程序流程图
3.2霓虹灯控制电路流程
Redled=flicker
Redled=flicker
图9霓虹灯控制电路主程序流程图
4.联合调试
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，结果如图10所示，可以看到，LED已经选择性的闪烁。
图10仿真图
5.课设小结及进一步设想
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，也亲自动手焊接硬件，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，很感谢徐涛老师的耐心教导，他的幽默让我们觉得亲切，他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！
由于时间紧促，自身水平有限，本论文还有许多部分未能详细分析，在此仅作简单了解和认识。
参考文献
[1]赵茂泰.智能仪器原理及应用.北京:
电子工业出版社,2004.7
[2]张毅刚,刘杰.MCS—51单片机原理及应用.哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,2004.6
[3]何立民.单片机应用技术选编.北京:
北京航天航空大学出版,2002.5
[4]张军,梅丽凤.单片机原理接口技术.北京交通大学出版社,2006.5
[5]张婧武,周灵彬.单片机系统的PROTEUS设计与仿真.北京:
电工出版社,2007.4
[6]周佩玲,彭虎.微机原理与接口技术.北京:
电子工业出版社,2005.4
[7]李群芳,张士军.单片微型计算机与接口技术.北京:
电子工业出版社,2008.5
附录
元件清单
元件名称
型号
数量
单片机
AT89C51
1
LED
ArkSM470501K
3
极性电容
10uF
1
电容
22pf
2
电阻
470Ω
3
电阻
1K
2
排线
2
按键
1
晶振
11.0592MHz
1
附录
整体电路图
附录
源程序清单
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitRED_LED=P1^0。
//端口定义。
sbitGREEN_LED=P1^1。
sbitYELLOW_LED=P1^2。
uintflicker,i,n。
voidint0（>
{
TMOD=0x01。
TH0=0x3C。
TL0=0xAF。
TR0=1。
//启动定时器。
ET0=1。
//开定时器中断。
EA=1。
//开总中断
}
voidmain（>//主函数。
{
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<40>
{
RED_LED=1。
YELLOW_LED=1。
GREEN_LED=flicker。
}
if（40<=n&&n<60>
{
RED_LED=1。
GREEN_LED=1。
YELLOW_LED=flicker。
if（n==59>
n=0。
}
}
}
voidTime0（>interrupt1
{
TR0=0。
i++。
if（i==10>
{
flicker=~flicker。
i=0。
n++。
}
TH0=0x3C。
TL0=0xAF。
TR0=1。
}
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