循环显示控制器的设计

第1页共10页前言彩灯控制器有着非常广泛的运用，如：LED彩灯，音乐彩灯控制器，二维彩灯控制器等等，现简单介绍如下：随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。优易LED全彩灯光控制系统由COLOREDIT编辑软件、主控器、分控器和LED光源组成，广泛应用于城市景观、风景名胜、道路桥梁、建筑轮廓、娱乐场所、户外广告、室内装饰等美化、亮化工程。二维彩灯控制器可控制五路彩灯逐行递增点亮，再逐行递减熄灭。若将一定数量的彩色灯组合联接，就能营造出平面上色彩变化的场景，这比通常控制一条线上的色彩流动更加丰富绚丽。控制器采用数字集成块，外围元器件少、电路结构简单，只要元器件完好、装接无误，装后无须调试即可一举成功。音乐彩灯控制器是专用于卡拉OK厅KTV包房的彩灯控制设备，其最大优点是不与电视音响等设备有任何连接，本设备通过检测包房里的环境音频信号强弱来控制通过彩灯的电流大小（即亮暗程度）来烘托娱乐的兴趣的目的，也就是随着声音的大小而使彩灯闪烁，歌声和彩灯一起跳动，从而让唱歌人激情高涨，留连忘返。第2页共10页第一章设计题目及目的与要求1.1设计题目及意义设计题目为数码顺序,循环显示控制器的设计。彩灯控制器主要是用某种方式来控制彩灯的点亮方式，循环方式及显示方式，在现实的生活中，循环彩灯随处可见，如自动门的显示部分、招牌的个性现实‘高楼大厦的点缀’甚至十字路口的路灯都是彩灯的一种控制形式。彩灯的控制在当今社会表现出一种时尚，给人们的生活增添着一种乐趣和五光十色的色彩。彩灯控制器主要有硬件控制和软件控制，硬件控制主要用数字逻辑电路，实现数字信号的控制，电路简单易懂，易于实现小电路；软件控制主要由单片机控制和PLC控制。本课程设计采用单片机控制实现，二者主要由编写程序控制，编程比较简单。彩灯的显示表现出一种时间，在能源比较匮乏的今天，彩灯的控制循环在显示方面更表现出一种节约能源的魅力，在科技发达的今天，在一个到处都充斥着电子信息的今天，彩灯表现出它的另一个特点：节能点缀，这将使彩灯表现出它更广阔的天地。彩灯控制器更要体现出它节能、廉价、优质的特点。本课成设计的研究让我们能初步了解彩灯控制器的特点，熟悉他的技术指标，认识了解它的功能进而能对它有深刻的认识。1.2设计目的与要求1.2.1设计目的：1进一步掌握模拟电子技术、数字电子技术等课程的知识在本课程设计中的应用；2熟悉电路的设计过程及设计方法；3掌握课程设计的基本过程和课程设计报告的撰写方法。1.2.2设计要求：1.设计数码顺序,循环显示控制器.2.彩灯用8个发光二极管代替.3.设置外部操作开关,它具有控制彩灯点亮的的右移,左移,全亮及全灭等功能.4.彩灯点亮移动时间间隔取1S左右.5.采用AC-220V-50HZ电源.第3页共10页第二章系统组成及工作原理2.1系统组成从模块化思想可以将系统分为三大部分：变压器、彩灯控制器（主控模块）和管内LED板模块（受控模块）变压器：将市电AC-220V-50HZ通过变压器转变为供单片机实现控制和驱动LED发光的直流5V电压电源.。变压器电路图如下：T19VVin1GND2Vout3LM7805IC2C4470uFC5220uFC5104+5VGND220V～彩灯控制器：以单片机为核心控制器，对单片机进行相应程序编写，通过单片机对LED进行亮灭的控制。先看看单片机与简单外围电路图如下：第4页共10页彩灯控制器电路图如下：P101P112P123P134P145P156P167P178RST9P3010P3111P3212P3313P3414P3515P3616P3717XTAL218XTAL119GND20P0039VCC40P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732EA/VPP31ALE30PSEN29P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728IC1AT89S51R110KR210KR310KR410KR510KR610KR710KR810KR910KC130C230S1复位S2切换D1LEDD2LEDD3LEDD4LEDD5LEDD6LEDD7LEDD8LEDC310uFY112MR10100+5V+5V+5VR1110K2.2工作原理分析在变压器与彩灯控制器正常的情况下，采用AC-220V-50Hz电源通过变压器对彩灯控制器进行供电，通过单片机的外接的四个独立控制开关（电路图没有画出开），对应四个不同的中断响应输入信号，K1、K2、K3、K4可以分别对应LED左移、右移、全亮、全灭的中断响应。彩灯点亮移动时间间隔取1S左右。从而实现通过对单片机进行相应的程序代码的编译与下载到单片机芯片里面，实对彩灯的相应的顺序、左移、右移、全灭、全亮的控制。下章思路设计进行模块化构思与设计和彩灯用LED数码管进行。第5页共10页第三章系统功能与软硬件实现3.1、系统功能数码顺序,循环显示控制器分为3部分，即变压器、彩灯控制器（主控模块）和管内LED板模块（受控模块）。彩灯控制器可由变压器与220V交流市电相连接，经过开关电源变换，输出直流工作电压，一方面为管内LED模块提供5V工作电源，另一方面为主控模块单片机系统（彩灯控制器）提供5V工作电源。整个系统工作由软件程序控制运行，根据需要，可以在LED彩灯工作时通过主控模块上的按键来设定亮灯时间和灯光闪动频率。上电后系统经过初始化，查询是否有功能切换键按下：有，则进入设定模式状态；无，则进入默认缺省工作状态。在设定模式状态下，可以根据个人爱好及不同场合的需要来指定调用哪些模式，并且可以改变每种模式的时间TI、频率FI参数，如果想进入缺省状态模式，只需按一下功能切换键即可跳入缺省模式，程序会自动顺序调用亮灯模式；在缺省工作状态下，LED彩灯控制器按照程序设定好的若干亮灯花样模式程序MODEL_I顺序调用往下走，从第MODEL_1模式开始工作，自MODEL_1到MODEL_2……到MODEL_N为一个亮灯周期，然后再回到MODEL_1循环继续工作，同样如果想进入设定模式状态，只需按下功能切换键即可。整个N种亮灯模式时间可以看作一个大周期T，其中的每一种花样工作模式MODEL_I（I=1，2，…，N）时间为小周期TI，对于每一个模式编写一个独立工作子程序MODEL_I，其中设定了LED三色灯（红、绿、蓝）的点亮时刻（RED_ON，GREEN_ON，BLUE_ON）和熄灭时刻（RED_OFF，GREEN_OFF，BLUE_OFF），以及模式工作时间TI以及该模式LED闪烁频率FI。5位七段码显示器的前2位（L1，L2）显示当前工作模式的序号MODEL_I；后3位（L3，L4，L5）七段码显示三色LED的工作状态，若该颜色灯点亮则对应七段码显示位为“1”，反之熄灭时则显示位为“灭”即不显示，对系统工作状态起到了很好的实时监控作用。因此在LED彩灯上电工作后，可以方便地通过主控模块上的显示器知道LED彩灯当前工作模式MODEL_I，工作时间TI，频率FI等实时参数。若实际应用需要根据不同场合和时间来改变彩灯闪亮效果，可以通过主控模块上的按键来设定LED不同的闪烁频率FI和亮灯时间TI，以便符合实际需要。此外如果对某一种模式感兴趣需要仔细观看该种亮灯模式，可以通过键盘选定任意第MODEL_I模式使系统循环重复工作在该模式下。3.2硬件设计彩灯系统包括两大部分，即LED彩灯控制器（89C51主控模块）和LED彩灯管（管内LED板模块）。前者是主控模块，具有按键、显示等功能，并利用89C51的P0口输出控制信号；后者是受控模块，上面焊有三色LED彩灯和信号驱动芯片，模块置于LED的透明灯管内。第6页共10页1、主控模块电路设计主控模块电路如图1所示。主控模块主要设计器件有89C51，5个七段码LED显示器，8个按键，2个稳压器（提供12V，5V电压），1个信号输出驱动模块芯片（MC4049）等。通过软件设计，使单片机P0口作为三色LED驱动信号输出口及移位时钟CLOCK信号，P3口为按键输入口，P2口、P1口与5位七段码LED相接作为显示器的输出口。2、管内LED板模块设计管内LED板模块电路见图2。管内LED板模块设计主要器件有LED彩灯（红、绿、蓝）、移位触发模块芯片CD4076等。根据实际应用彩灯长度需要，可将不同数量的该管内LED模块实现级连，组成一个完整的LED彩灯。考虑到功率损耗，LED板模块之间接口处用信号正向驱动模块芯片MC4049连接。每个LED板模块上均匀分布3种颜色LED灯，在实际制作PCB时采用红、绿、蓝3色互隔焊接方式，在电路板上把LED发光管按顺序L1（红）、L2（绿）、L3（蓝）、L4（红）、L5（绿）、L6（蓝）……依次均匀焊在板上成一条直线。为了得到更多的花样模式效果，可以使红绿2种灯从前往后驱动点亮闪烁，蓝灯从后往前驱动点亮闪烁，这样具有很好的动感视觉效果。第7页共10页3.3、软件设计彩灯控制器最大特点在于所有亮灯模式均由软件控制完成。系统中软件可以分为主程序和中断服务子程序。上电后在缺省状态以顺序调用MODEL_I花样亮灯模式流程为主程序，以一个单位时间5MS的T0定时为中断服务子程序。在这个5MS的T0定时基础上，可以根据需要来确定各种模式工作时间TI，以及确定在各种亮灯模式MODEL_I内点亮和熄灭各种颜色LED灯的时刻：RED_ON，RED_OFF，GREEN_ON，GREEN_OFF，BLUE_ON，BLUE_OFF以及CLOCK（移位翻转脉冲）等。整个系统软件由主程序（MAIN）、各个模式子程序（MODEL_I）、5MS中断服务子程序（T0INTERRUPT）、键盘扫描处理子程序（KEYBOARD）、显示子程序（DISPLAY）等程序组成。利用T0定时器作为定时基本单位，根据模式需要计算好各控制信号的发生时刻，根据不同的模式MODEL_I可以设定不同的工作时间TI和脉冲翻转频率FI通过P0口输出，使各色LED灯的驱动时刻与移位触发的翻转时刻步调一致，使LED彩灯按照设计的模式工作。除了T0定时中断之外，程序的大部份时间是在处理按键的查询和LED显示的延时。8个按键分别为：4个参数按键（FI增、减按键，TI增、减按键），3个模式改变按键（模式上翻UP、模式下翻DOWN、模式保持KEEP），1个功能切换按键。在每次的T0定时中断服务子程序里，需要对各个时间寄存器和模式寄存器进行加1或者清，为主程序查询作准备，同时查询是否已中断6次（30MS），若30MS到了，则对参数按键查询一次，是否有时间TI频率FI增减键按下并进行相应子程序处理。主程序除了调用各种子模式子程序（MODEL_I），调用LED显示子程序（DISPLAY）和延时子程序（DELAY）之外，还一直保持查询是否有功能切键按下以及是否有模式改变按键按下，一旦有功能切换键和模式改变键按下，就会进入相应的按键处理。主程序流程如图3所示。亮灯模式子程序MODEL_I可以编写若干（N种），只要控制好各色灯触发和熄灭时刻就可以组合成各种亮灯效果。MODEL_I程序流程如图4所示。第8页共10页下面以第一种模式工作为例。用主控模块输出的控制信号去控制灯管内的LED板模块工作，使得产品性能稳定，便以安装容易操作。由于控制程序存储在89C51单片机的电可擦除FLASH闪存EPROM中，如果需要更改系统的亮灯模式MODEL_I，无须改变系统硬件电路，只需修改其中程序即可，是一种很有发展前途的彩灯控制器结语设计电路关键在于对设计要求的理解分析以及对基本电路相关知识的熟练掌握。设计电路时，将总体的功能分成若干个部分来实现，是简化电路