节日彩灯控制器设计

摘要随着微电子技术的发展，人民的生活水平不断提高，人们对周围环境的美化和照明已不仅限于单调的白炽灯，彩灯已成为时尚的潮流。

彩灯控制器的实用价值在日常生产实践日常生活中的作用也日益突出。

基于各种器件的彩灯也都出现，单片机因其价格低廉，使用方便，控制简单而成为控制彩灯的主要器件。

目前市场上更多用全硬件电路实现，电路结构复杂，结构单一，一旦制成成品就只能按固定模式，不能根据不同场合，不同时段调节亮度时间，模式和闪烁频率等动态参数，而且一些电路存在芯片过多，电路复杂，功率损耗大，亮灯样式单调缺乏可操作性等缺点，设计一种新型彩灯已迫不及待。

近年来，彩灯对于美化、亮化城市有着不可轻视的重要作用。

因此作为城市装饰的彩灯需求量越来越大，对与彩灯的技术和花样也越来越高。

目前市场上各种式样的LED彩灯多半是采用全硬件电路实现，存在电路结构复杂、功能单一等局限性，因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。

本文介绍了一种简易LED彩灯控制系统的软硬件设计过程，以STC-89C51单片机作为主控核心与辅助硬件电路相结合，利用软件实现对LED彩灯进行控制。

本系统具有电路结构简单、操作容易、硬件少、成本低等特点。

关键词：LED彩灯 STC-89C51单片机彩灯控制器前言现在这个时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。

单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。

目前，一个学习与应用单片机的高潮正在工厂、学校及企事业单位大规模地兴起。

学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重，本文是作者用自制了一款简易的流水灯，重点8贡献。

随着人们生活环境的不断改善和变化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。

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广泛应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。

目前彩灯种类繁多，但有一种趋势，冷光源、低功耗、寿命长的已渐成主流。

在照明工程中推广和普及使用，将为节约我国宝贵的资源，保护我们的环境发挥出巨大的作用。

本文根据单片机原理设计的一种彩灯电路。

本文侧重对彩灯的闪烁频率，亮灯时间及模式进行设计。

导向是软硬件兼使软件为主硬件为辅，很容易实现对彩灯的控制。

本电路没有复杂的结构，更容易让人理解接受。

操作起来更加简单、方便，当然效率也更高。

1单片机的介绍1.1单片机的简介单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。

单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。

最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。

INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。

早期的单片机都是8位或4位的。

其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。

此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。

基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。

随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。

90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。

随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。

而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。

目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。

当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。

而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。

单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。

事实上单片机是世界上数量最多的计算机。

1.2单片机的发展史1971年intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。

因发明微处理器，霍夫被英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。

1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器）其中4004（下图）包含2300个晶体管，尺寸规格为3mm×4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。

1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel 8008。

由于8008采用的是P 沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。

1973年intel公司研制出8位的微处理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。

主频2MHz 的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS（Million Instructions Per Second）。

1975年4月，MITS发布第一个通用型Altair 8800，售价375美元，带有1KB存储器。

这是世界上第一台微型计算机。

1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的单片机，这也是单片机的问世。

Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。

当时，Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。

20世纪80年代初，Intel公司在MCS-48系列单片机的基础上，推出了MCS-51系列8位高档单片机。

MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量，I/O口功能，系统扩展方面都有了很大的提高。

2节日彩灯控制器设计内容2.1设计要求单片机为核心，设计一个节日彩灯控制器：P1.2—开始，按此键则灯开始流动（由上而下）。

P1.3—停止，按此键则停止流动，所有灯为暗。

P1.4—上，按此键则灯由上向下流动。

P1.5—下，按此键则灯由下向上流动。

2.2元件清单电气元件应用介绍：(1)限流电阻：在每个发光二极管一端添加一个限流电阻减小流过发光二极管的电流，防止损坏LED灯。

(2)发光二极管：半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。

由按键控制功能的流水灯，LED工作的方式通过键盘的扫描实现。

其中的LED采取共阳极接法，通过依次向连接LED 的Ｉ/Ｏ口送出低电平，可实现题目要求的功能。

发光二极管与是由一个PN结组成，也具有单向导电性。

当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。

发光二极管的反向击穿电压大于5伏。

它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。

(3)按键开关：按键开关在节日彩灯中的作用是通过按键控制功能的流水灯，LED工作的方式通过键盘的扫描实现。

(4)电解电容：在节日彩灯电路中用于稳定电压,它的容量大,便宜。

隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。

旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。

耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路。

滤波：将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波，接近于直流。

储能：储存电能，用于必须要的时候释放。

(5)电容：定时：用在节日彩灯定时电路中的电容器称为定时电容。

在需要通过电容充电、放电进行时间控制的电路中使用定时电容电路，电容起控制时间常数大小的作用。

2.3设计思路1)以80C51单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，运用LED彩灯、按键等组成电路，实现彩灯在开启时满足不一样的闪亮方法。

按键可以在彩灯使用的时候选择不同的亮法，使彩灯流动的方向改变，键一可以使彩灯由上而下开始流动，键二可以使彩灯停止，三号键可以使彩灯由上而下流动，四键则可以使彩灯由下而上流动。

通过按键能方便使用者选择节日彩灯的开启、流动方向和停止2)利用模电原理设计，电路用数字电路完成。

结构复杂，以RY169电路为核心，加上发光二极管的特性以及继电器的原理构成，故障系数大，不易调试，成本可能较高。

3)利用单片机设计电路，由于使用软硬件结合的方式代替了数字电路的复杂性，所以电路结构简单、调试也相对方便，经济实惠。

与第二种方案比较优点是非常明显的。

此彩灯精度较高、造价低廉、装调容易。

4)由按键控制功能的流水灯，LED工作的方式通过键盘的扫描实现。

其中的LED采取共阳极接法，通过依次向连接LED的Ｉ/Ｏ口送出低电平，可实现题目要求的功能。

根据设计任务要求介绍的彩灯控制电路的基本组成，可以确定彩灯控制器应由振荡电路、计数/时序分配电路、移位位寄存器和彩灯显示五部分组成。

经过比较考证后我们选第四种方案来完成本次设计。

其框图如图1-1所示。

图1彩灯循环控制器硬件框图2.4电路设计（Proteus仿真通过）本节日彩灯控制器电路原理图，如下图所示，各按键功能与实验设计要求相同：（手绘图记得空格）2.5代码设计:程序设计是指设计、编制、调试程序的方法和过程。

在单片机控制系统中，大体上可分为数据处理、过程控制两个基本类型。

数据处理包括：数据的采集、数字滤波、标度变换等。

过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便控制生产。

为了完成上述任务，在进行软件设计时，通常把整个过程分成若干个部分，每一部分叫做一个模块。

把一个程序分成具有多个明确任务的程序模块，分别编制、调试后再把它们连接在一起形成一个完整的程序，这样的程序设计方法称为模块化程序设计。

所谓“模块”，实质上就是能完成一定功能，并相对独立的程序段，这种程序设计方法称为模块程序设计法。

代码使用keil uvision4软件编辑，并编译为HEX文件。

ORG 0000H 下一条指令的代码的偏移地址为0000HAJMP START 是跳转到START标号的地址ORG 0030HORG 0030H INT0中断子程序起始地址START: MOV P0,#0FFH 初始化P0口MOV A,#0FEH A置初值，只有最左边或最右边灯亮JNB P1.2,LOOP 判断P1.2是否为0，为0跳转到LOOP，推测接按键，按键按下就跳转...JNB P1.3,LOOP1 判断P1.3是否为0，为0跳转到LOOP1，推测接按键，按键按下就跳转...JNB P1.4,LOOP2 判断P1.4是否为0，为0跳转到LOOP2，推测接按键，按键按下就跳转...JNB P1.5,LOOP3 判断P1.2是否为0，为0跳转到LOOP3，推测接按键，按键按下就跳转...AJMP START 跳至主程序STARTLOOP: MOV P0,A 读取 P0 口的状态LCALL DELJNB P1.3,LOOP1 判断P1.3是否为0，为0跳转到LOOP1，推测接按键，按键按下就跳转...RL A 循环左移 1AJMP LOOP PC指针就会一直很听话的在原地等定时器0的中断申请，处理完中断的服务程序后再跑会那里等下一次的中断申请LOOP1: MOV P0,#0FFH 初始化P0口JNB P1.4,LOOP2 判断P1.4是否为0，为0跳转到LOOP2，推测接按键，按键按下就跳转...JNB P1.5,LOOP3 判断P1.5是否为0，为0跳转到LOOP3，推测接按键，按键按下就跳转...AJMP LOOP1 PC指针就会一直很听话的在原地等定时器1的中断申请，处理完中断的服务程序后再跑会那里等下一次的中断申请LOOP2: JNB P1.2,LOOP 判断P1.2是否为0，为0跳转到LOOP，推测接按键，按键按下就跳转...JNB P1.3,LOOP1 判断P1.3是否为0，为0跳转到LOOP1，推测接按键，按键按下就跳转...JNB P1.5,LOOP3 判断P1.5是否为0，为0跳转到LOOP3，推测接按键，按键按下就跳转...MOV P0,A 读取 P0 口的状态LCALL DELRL AAJMP LOOP2 PC指针就会一直很听话的在原地等定时器2的中断申请，处理完中断的服务程序后再跑会那里等下一次的中断申请LOOP3: JNB P1.2,LOOP 判断P1.2是否为0，为0跳转到LOOP，推测接按键，按键按下就跳转...JNB P1.3,LOOP1 判断P1.3是否为0，为0跳转到LOOP1，推测接按键，按键按下就跳转...JNB P1.4,LOOP2 判断P1.4是否为0，为0跳转到LOOP2，推测接按键，按键按下就跳转...MOV P0,A 读取 P0 口的状态LCALL DELRR A 循环右移，LOOP点亮下一个AJMP LOOP3 PC指针就会一直很听话的在原地等定时器3的中断申请，处理完中断的服务程序后再跑会那里等下一次的中断申请DEL: MOV R5,#02HDEL1: MOV R6,#0F0HDEL2: MOV R7,#0F0HDEL3: DJNZ R7, DEL3DJNZ R6, DEL2DJNZ R5, DEL1RETEND3 AT89C51单片机结构AT89C51是一种低功耗/低电压、高性能的八位CMOS单片机，片内有一个4KB的FLASH 可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory），它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统都与MSC—51兼容。