基于单片机的霓虹灯控制系统设计

目录0.前言.....................................................................11.总体方案设计.............................................................12.硬件电路的设计...........................................................22.1单片机系统..........................................................22.2LED概述.............................................................32.3外部时钟方式电路....................................................42.4手动复位电路........................................................42.5霓虹灯控制电路......................................................53软件设计..................................................................63.1中断服务流程.........................................................63.2霓虹灯控制电路流程.................................................64.联合调试..................................................................85.课设小结及进一步设想.....................................................9参考文献....................................................................9附录I元件清单...........................................................10附录II整体电路图.........................................................11附录III源程序清单.......................................................12基于单片机的霓虹灯控制系统设计第1页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。基于单片机的霓虹灯控制系统设计第2页图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芯片引脚单片机LED显示电路复位电路时钟电路基于单片机的霓虹灯控制系统设计第3页图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。I/O存储器EPROM/ROM定时/计数器运算器控制器中断CPU片内振荡器RAM/SFP并行口存储器扩展控制器串行口XTAL基于单片机的霓虹灯控制系统设计第4页近十几年来，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。XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C130pFC230pFX1CRYSTAL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，复位信基于单片机的霓虹灯控制系统设计第5页号是高电平有效。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。XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51C34.7uFR1400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霓虹灯控制电路基于单片机的霓虹灯控制系统设计第6页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=flickerRedled=flicker中断响应设置中断返回地址中断返回基于单片机的霓虹灯控制系统设计第7页YNTH0,TL0装初值开中断，启动T0开始0≤n20Redled=flickerYN20≤n40Greenled=flickerYN40≤n60Yellowled=flickerTMOD初始化基于单片机的霓虹灯控制系统设计第8页图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XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD