1基于at89c51单片机的led彩灯控制器设计

辽宁工业大学继续教育学院毕设用纸I基于AT89C51单片机的LED彩灯控制器设计摘要介绍了一种新型的LED彩灯控制系统的设计方法，以AT-89C51单片机作为主控核心，与按键、显示器等较少的辅助硬件电路相结合，利用软件实现对LED彩灯进行控制。本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易操作等优点。关键词：LED彩灯AT89C51单片机彩灯控制器模块设计辽宁工业大学继续教育学院毕设用纸目录中文摘要…………………………………………………………Ⅰ第一章引言……………………………………………………1第二章LED简介……………………………………………………22.1LED的特点……………………………………………22.2LED的应用领域…………………………………………3第三章系统功能……………………………………………………4第四章硬件设计……………………………………………………64.1主控模块电路设计………………………………………64.2管内LED板模块设计……………………………………6第五章软件设计…………………………………………………8结束语…………………………………………………………………11参考文献………………………………………………………………12辽宁工业大学继续教育学院毕设用纸-1-第一章引言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。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。本文提出了一种基于AT89C51单片机的彩灯控制方案，实现对LED彩灯的控制。本方案以AT89C51单片机作为主控核心，与键盘、显示、驱动等模块组成核心主控制模块。在主控模块上设有8个按键和5位七段码LED显示器，根据用户需要可以编写若干种亮灯模式，利用其内部定时器T0实现一个基本单位时间为5ms的定时中断，根据各种亮灯时间的不同需要，在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号，然后驱动各种颜色的灯亮或灭。该新型LED彩灯及其控制器是上海某公司委托开发产品，产品实际应用效果较好，亮灯模式多，用户可以根据不同场合和时间来调节亮灯频率和亮灯时间。与普通LED彩灯相比，具有体积小、价格低、低能耗等优点。辽宁工业大学继续教育学院毕设用纸-2-第二章LED简介发光二极体(LED)从原本仅能应用於指示信号及景观装饰，提升至照明领域，原因在於磊晶、製程、封装等整体技术提升，促成LED亮度增进。发光二极体(LED)从原本仅能应用於指示信号及景观装饰，提升至照明领域，原因在於磊晶、製程、封装等整体技术提升，促成LED亮度增进。随之而来的问题是LED真能取代其他光源吗?这是目前很多人在思考的问题，笔者以为仍须一段努力方可实现固态照明LED(Li．qhtEmittinqDiode)是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。2.1LED的特点：1）电压：LED使用低压电源。供电电压在6—24V之间。根据产品不同而异，所以它是一种比使用高压电源更安全的电源。2)效能：消耗能量比同光效的白炽灯减少80％。3)适用性：每个单元LED小片是3—5mm的正方形。所以可以制备成各种形状的器件。并且适合于易变的环境。4)稳定性：10万小时，光衰为初始的50％。5)响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级。LED灯的响应时间为纳秒级6)对环境污染：无有害金属汞。7)颜色改变电流可以变色。发光二极管方便地通过化学修饰方法。调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。辽宁工业大学继续教育学院毕设用纸-3-8)价格：LED的价格比较昂贵，相较于白炽灯。几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当。而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。2.2LED的应用领域1）、信号指示应用：信号照明是LED单色光应用比较广泛也是比较早的一个领域，约占LED应用市场的4％左右。2)、显示应用：指示牌、广告牌、大屏幕显示等，LED用于显示屏幕的应用约占LED应用的20％一25％，显示屏幕可分为单色和彩色。3)、照明应用：①便携灯具：手电筒、头灯、矿工灯、潜水灯等；②汽车用灯：高位刹车灯、刹车灯、转向灯、倒车灯等。大功率的LED已被大量用于汽车照明中。③特殊照明：太阳能庭院灯、太阳能路灯、水底灯等；由于LED尺寸小。便于动态的亮度和颜色控制，因CL,I：Is较适合用于建筑装饰照明。④背光照明：普通电子设备功能显示背光源、笔记本电脑背光源、大尺寸超大尺寸LCD显示器背光源等。LED作为手机显示的背光源是LED应用最广泛的领域。⑤投影光源：投影仪用RGB光源；⑥普通照明：各类通用照明灯具、照明光源等LED作为一种新型的光源，从目前的发展趋势和在绿色照明的概念下，近年来LED的灯具产品开发的种类越来越多，市场份额也在增长。辽宁工业大学继续教育学院毕设用纸-4-第三章系统功能新型LED彩灯分为2部分，即彩灯控制器（主控模块）和管内LED板模块（受控模块）。彩灯控制器可直接与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12V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，用户可以在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，则进入用户设定模式状态；无，则进入默认缺省工作状态。在用户设定模式状态下，用户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，如果用户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，同样如果想进入用户设定模式状态，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辽宁工业大学继续教育学院毕设用纸-5-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，用户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，用户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。此外如果用户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花样模式下。辽宁工业大学继续教育学院毕设用纸-6-第四章硬件设计新型LED彩灯系统包括2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P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。4.1、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。4.2、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，组成一个完整辽宁工业大学继续教育学院毕设用纸-7-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。辽宁工业大学继续教育学院毕设用纸-8-第五章软件设计新型LED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，则对参数辽宁工业大学继续教育学院毕设用纸-9-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。下面以第一种模式工作为例。辽宁工业大学继续教育学院毕设用纸-10-辽宁工业大学继续教育学院毕设用纸-11-结束语与市面上大多数的LED彩灯相比，该种彩灯具有更好的灯光装