基于单片机的霓虹灯控制系统设计

目录摘要

关键词

一．前言

二．总体设计方案

三．硬件电路设计

3.1 单片机系统

3.2 LED概述

3.3 外部时钟方式电路

3.4 手动复位电路

3.5 霓虹灯控制电路

四．软件设计

五．软件调试

六．总结

附录

基于单片机的霓虹灯控制系统设计

摘要：单片机技术是一门应用性很强的专业课，其理论与实践技能是从事机电类专业技

术工作的人员所不可少的。本次程设计是选择AT80C51为核心控制元件，利用取表的方法，使端口P1 做单一灯的变化：左移2 次，右移2 次，闪烁2 次（延时的时间0.2 秒），设计了单片机霓虹灯控制系统，使其产生有规律的闪烁和移动。

关键字T80C51 LED灯霓虹灯

一.前言

单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。单片机是把主要计算机功能部件都集成在一块芯片上的微型计算机。它是一种集计数和多中接口于一体的微控制器，被广泛应用在智能产品和工业自动化上，而51单片机是个单片机中最为典型和最有代表性的一种。

随着城市建设和市场经济的飞速发展，城市的美化和日益激烈的广告竞争越来越得到社会的关注，作为城市装饰和广告宣传的霓虹灯的需求量也越来越大。过去霓虹灯控制器多采用E2PROM和相应的逻辑电路来完成，现在也有采用一些专用霓虹灯控制芯片的控制器。前者所需电路较多，制作不易改变，且所需控制的霓虹灯路数越多，扩展起来也比较繁杂；而后者由于电路已作定，控制方式不能随意改变，功能较为单一。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。

二.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1Ｋ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。

图1 单片机的霓虹灯控制电路原理图

三. 硬件电路的设计

3.1 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4KB ROM 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2 AT89C51芯片引脚

单

片

机

LED 显示 电路

复位电路

时钟电路

图3 AT89C51内部结构原理图

3.2 LED概述

LED（Light Emitting Diode），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。

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4 LED 的结构图

3.3 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 。

XTAL2

18

XTAL1

19

ALE 30EA

31

PSEN 29RST

9

P0.0/AD0

39P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78

P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD

17

P3.6/WR 16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1

AT89C51

C1

30pF

C2

30pF

X1

CRYSTAL

图5 外部时钟方式电路图

3.4 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。