基于单片机的简易霓虹灯控制器设计

摘要

I 摘要

霓虹灯在现代社会中有广泛的应用，但传统的霓虹灯控制器利用移位寄存器的移位方式，只能实现几种有限的花式，因此市场迫切需要一种低成本高性能的霓虹灯控制器。本设计采用AT89C51单片机实现对霓虹灯的控制。系统的设计由霓虹灯的硬件电路设 计和软件设计两部分组成。硬件设计分为发光二极管的设计、复位电路、时钟电路、按键设计、外设接口设计五个模块组成，按键主要功能是实现人为控制霓虹灯，实现单片机控制显示不同的图案以及想要的各种花样闪烁，并能实现各种闪烁模式的互相切换。软件部份是运用Keil软件基于C语言进行编写的程序。该系统具有电路结构简单、易操作等优点，具有较强的实用价值。并且有较强的实用性，操作简单，扩展功能强。如需要增加功能可方便更改程序，灵活性强。该系统主要由单片机的主控部分、键盘输入部分和LED显示部分组成，运用I/O口输出的信号驱动发光二极管和数码管，使其产生有规律的闪烁和移动。该控制器电路实现简单，成本低，具有较高的性价比。

关键词: 单片机，Keil，C语言，发光二极管 目录

II

目录

第一章 设计任务与要求 ........................................... 1

1.1、总体方案设计 ................................................................................... 2

1.2、 要求完成的主要任务内容： ..................................................... 2

第二章 方案选择 ................................................. 4

2.1、控制芯片、LED恒流源模块方案选择 ...................................... 4

2.1.1、 控制器模块 ............................................................................. 4

2.1.2、 LED恒流源模块..................................................................... 4

2.1.3、 时钟模块 .................................................................................. 4

2.1.4、 理论分析与参数计算 ........................................................... 5

第三章 系统设计与模块化硬件电路设计 ............................. 7

3.1、系统总体设计 ................................................................................... 7

3.2、 单元电路设计及工作原理分析 ................................................. 7

3.2.1、 电路的恒流源的设计 ........................................................... 7

3.2.2、 复位电路 .................................................................................. 8

3.2.3、 驱动LED灯电路 ................................................................ 10

3.2.4、 振荡电路 ............................................................................... 12

3.2.5复位控制电路 ........................................................................... 13

3.2.6时钟电路 .................................................................................... 15

3.2.7、 整体单片机控制电路 ........................................................ 15

第四章 软件系统设计 ............................................ 17 目录

III 4.1 程序总体结构 .................................................................................. 17

4.2 程序总体流程 .................................................................................. 17

4.3 程序编写 ........................................................................................... 17

第五章 系统调试 ................................................ 24

5.1测试方法与数据 ............................................................................... 24

5.1.1 测试方案与方法 ................................................................... 24

5.1.2 元件清单 ................................................................................. 25

附录 ........................................................... 26

致谢 ........................................................... 27

参考文献 ....................................................... 28 第一章 设计任务与要求

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第一章 设计任务与要求

前言

现代科学技术飞速发展，日新月异。霓虹灯技术在我们国家已经发展了多年的历史。现已在广告业、商业、交通、建筑、室内外装饰、舞台布景、家用电器、城市美化等领域发挥了重要的作用。单片机是一种把计算机主要功能集成到一块芯片的微型计算机。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。这种芯片构成的系统简单、可靠，性价比相当高，适合成为霓虹灯程序控制器的核心部件。所需电路简单，制作易改变，扩展简单；而后者由于电路已作定，控制方式可以随意改变。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。 第一章 设计任务与要求

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1.1、总体方案设计

本设计要求完成一个霓虹灯控制器，控制发光二极管点阵显示，要求能形成多种闪亮形式。实现图案和字的左右移动、暂停、继续移动、跳转到指定位置的操作。 本设计是以STC89C51芯片的电路为基础，通过软件程序来控制单片机内部的定时器来控制矩阵贴片发光二极管的点亮，显示不同的形式，形成霓虹灯控制器。实物以STC89C51为主控芯片，主要包括电源、控制电路、时钟电路、复位电路、显示电路。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。该软、硬件系统具有很好的通用性和一定的实际使用价值。

图1-1 控制系统图

1.2、 要求完成的主要任务内容：

本设计要求使用单片机以及相应外围电路来实现简易霓虹灯的模第一章 设计任务与要求

~ 3 ~ 拟控制；设计要求通过对单片机的编程，控制开发板上的8只发光二极管分别以水滴形、拉幕形、快闪、慢闪形式点亮，每种状态各持续10秒钟，循环不止；在该状态中按下K1键，奇数号发光二极管以1Hz的频率闪烁报警；任何时候按下K2键，偶数号发光二极管以10Hz的频率闪烁报警，直至系统复位。搭建相应电路并编写程序完成该霓虹灯控制器的设计。 第二章 方案选择

~ 4 ~ 第二章 方案选择

2.1、控制芯片、LED恒流源模块方案选择

2.1.1、 控制器模块

采用89C51单片机控制，AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

2.1.2、 LED恒流源模块

采用大功率三极管加集成运放作为恒流源：由大功率三极管构成的电路电流较大，集成运放作为负反馈元件反馈深度高，因此电路不仅结构简单，而且精度可靠性高，同时通过DAC能够直接与单片机相连，通过调整数字量，能够实现精密调光的功能，并且功耗低。

2.1.3、 时钟模块

采用软件时钟：采用软件时钟硬件电路简单，软件编程也较为容第二章 方案选择

~ 5 ~ 易，成本低且完全可以满足题目要求。

2.1.4、 理论分析与参数计算

1.电路参数计算：

由5V电源供电，NPN 型三极管驱动，输出数字量范围0-255，电流在0-255ma可调.为了减少电阻发热及对电阻功率要求；也为方便后面设计计算方便，对于发光二极管电阻取值1欧姆。由发光二极管工作电流在0-255ma，因此电阻的热功耗:

P=I2R=2552 *1 =65mW （2-1）

故普通1/4W电阻既可满足设计要求，而不需要那种大体积电阻。这样把大量线性热功率分配到了大功率三极管，降低了电阻的负担。

2.环境检测模块参数计算：

将LM324运放的反相输入端与一个可调电阻相连作为运放的基准电压，光敏电阻和可调电位器与同相输入端相连，作为输入端，通过调整输入端的可调电位器阻值，可以改变运放的输入电压。则Ui=VCC/(RP+Rg)* Rg，输入与基准电压相比，大于基准电压输出高电平，小于基准电压输出低电平。基准电压为：Uref=VCC/(4.7K+RP)*RP