基于单片机的霓虹灯设计
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STC89C52单片机是一种带8K字节闪烁可编程，亦可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
1.3现代霓虹灯特点
高效率
霓虹灯相较于传统的电灯，由于是点燃管内的稀有气体发光，不同于传统电灯，通过电能灼烧灯丝，高温放光，节省了大量的电能，霓虹灯具有更高的节能性效率以及效率。
温度低
霓虹灯不需要高温灼烧灯丝发光，并且具有冷阴极特性，一般的工作温度在60°C以下，所以在各种复杂的天气状况下也能较好地保持工作状态。
单片机STC89C52内部有一个高增益反相放大器，引脚TXD和RXD分别是此放大器的输出端和输入端。内部方式的时钟电路如图4所示：其中的定时元件通常采用石英晶体和电容两个器件所组成的并联谐振回路。电容值的大小可对频率的大小进行调整，晶体振荡频率可以在1.2～12MHz之间选择，电容值在5～30pF之间选择。极大地方便了使用者的设计。
灵活多样
由于霓虹灯是由可烧制的玻璃管制成，可以根使用者的意愿，烧制成不同的形状，对于颜色的选择，也可以冲入不同的惰性气体，所以他的形状和颜色都是多变的，这可真是一个伟大的发明。
2霓虹灯硬件电路设计
2.1硬件电路设计结构图
整个系统由四个模块电路组成，分别是按键输入模块，电源模块，单片机模块，霓虹灯显示模块。其中按键输入采用5个按键，一个复位按键，一个花样变换按键，两个频率变换按键，以及一个预留按键，以便后续增加其他的功能。霓虹灯显示模块用八个LED灯即可。电源输入采用普通的家用电源即可。单片机模块采用性能较高的STC89C52，预先导入编好的程序。组成一个完整系统结构。
P1：8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7
P2：8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7
P3：8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7
图3STC89C52
2.3时钟电路
时钟电路用于MCS-51单片机工作所必需的时钟信号。时钟电路有内部时钟方式和外部时钟方式两种方式。
1.内部时钟方式
学校代码学号1107044429
分类号TN7密级公开
本科毕业论文（设计）
题目基于单片机的霓虹灯设计
（中、英文)Neon design based on single chip microcompute
作者姓名
专业名称电气工程及其自动化
学科门类工学
指导老师
提交论文日期二0一五年五月
成绩等级评定
摘要
结合在大学四年已经学习的单片机课程，运用单片机控制芯片STC89C52完成以下设计要求：用8个发光二极管（LED灯）模拟设计一霓虹灯的系统，功能包括：1、8个LED灯能双向循环点亮控制，要求循环的速度可调；2、实现8个LED灯全灭、全亮功能；3、间隔点亮8个LED中的4个；4、实现8个LED灯闪烁功能，要求闪速频率可调；5、可扩展其他功能。本次设计完成以单片机为核心的电路设计ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ作及程序编写调试工作；绘制了整体设计电路图；对设计的电路用Protues软件进行了仿真验证，本文对仿真结果进行分析并对是否符合设计要求进行了说明。通过这一次的毕业设计，极大地提高了对单片机应用方面的认识，对平时的所学的知识也起到的一个很好的巩固作用。
图5外部时钟电路
本设计只采用一片单片机，外接震荡脉冲信号不稳定，没有内部时钟电路实现起来方便易操作，所以本设计采用片内时钟电路。
2.4按键电路
我们所应用的独立式按键就各按键相互独立,各个按键都不会相互影响，因此,通过检测I/O接口线的电平状态就可以判断出是哪个按键按下.当按键未按下时,开关处于断开态,P3.0-P3.3都处于高电平,当只要有一个按键开关按下时,开关处于闭合状态,四个键中一个处于工作状态.
低能耗
现代社会是一个科技迅猛发展的时代，关于霓虹灯的各项技术也在不断地革新，并且由于单片机功能也在日益强大，使霓虹灯的能耗大大降低，霓虹灯的每米灯管耗电量也大大的降低了。这方面的发展将来或许会给人类一个惊喜。
寿命长
霓虹灯的使用寿命是极其漫长的。即使是连续不断的使用，据可靠地调查显示，连续工作1000小时也不是问题。这项优势足以秒杀其他发光体。
1.1LED概述
LED灯，他的别称也就是发光二极管，LED灯是一种普通的固态的半导体器件，它的功能就是电转化为光。半导体的晶片是LED的核心，晶片的一端附在一支架上，一端是负极，另一端则连接电源的正极。半导体晶片主要是由三部分组成，他的第一部分是P型半导体，在P型半导体里面空穴占主导地位，另一端就是我们所熟知的N型半导体，它里面充满了电子，它的中间通常是量子阱。当电流通过导线通过于位于其中的晶片的时候，空穴与电子就会快速被推向量子阱，在量子阱内空穴与电子发生一系列的作用，然后就会发出能量，当然是以光的方式。这就是简单的LED发光的原理。由于它易于被控制，并且易于实现，一般情况之下，使用寿命长等优点，所以被现代社会所广泛的应用。LED可以在单片机的控制之下在预先准备好的电子屏幕上显示出极其复杂的动画效果。LED是一种能够将电能转化为可见光的半导体。本次设计只是简单的基于单片机的霓虹灯设计，所以只涉及了让LED灯按照编程进行简易的亮灭。
关键字：单片机；霓虹灯；应用
Abstract
Combined with the course of four years in university has, using single-chip microcomputer control chip STC89C52 to complete the following design requirements: using eight light-emitting diodes (leds) simulation system design of a neon light, features include: 1, 8 leds can bidirectional circular light control, require circulation speed is adjustable; 2, implement eight LED lights completely destroyed, the whole function; 3, light up four of the eight LED interval; 4, 8 LED lights flashing functions, requires flash frequency adjustable; 5, can be extended to other functions. This design with the single chip processor as the core circuit design and programming and debugging work; Draw the overall design diagram; For the design of circuit simulation is conducted using Protues software validation, this article analyze the simulation results and meets the design requirements. Through the graduation design this time, greatly improved understanding of SCM applications, for the usual knowledge also have a very good consolidate effect
图4片内时钟电路
单片机MCS-51经常被我们所选用的振荡频率为12MHz或者6MHz的石英晶体。
（二）外部时钟方式
我们这里用到的外部时钟其实就是使用外部振荡脉冲信号，经常被应用于多片单片机同时工作，可以很好地同步。外部振荡器的信号接至XTAL2，所以，如图5，XTAL1应接地。因为XTAL2端的逻辑电平不是TTL，所以接一个上拉电阻。
图6按键电路
2.5复位电路
我们所应用的所有单片机在启动时都需要复位，以确保系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。单片机系统的主要两种复位方式有：手动复位与上电复位。
（一）上电复位
如图7所示，上电复位电路，只要在RST复位输入引脚上下接一个电阻到地，再在在RST复位输入引脚上接一个电容至Vcc端即可。
2.6霓虹灯电路
如图9所示的霓虹灯电路，根据本次设计要求，并联了八个LED灯，并且加入一个上拉电阻以保护、调整电路，剩下的只需接入其他电路与电源即可。由于LED灯只需少量能量点燃其中惰性气体即可，所以整个电路的能耗极低，并且在现在的技术条件下易于实现。所以本次设计选择了这个霓虹灯电路。
图2硬件电路设计结构图
2.2控制芯片STC89C52
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它仍是具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分的单片机还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等种种的外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。
PSEN：外部存储器读选通信号
EA/VPP：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。
④可编程输入/输出引脚（32根）
STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，共32根，每个口有8位（8根引脚），分别位P0、P1、P2、P3口。
P0：8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7
STC89C52具体介绍如下：
①主电源引脚（2根）
VCC：电源输入，接＋5V电源
GND：接地线
②外接晶振引脚（2根）
XTAL1：片内振荡电路的输入端
XTAL2：片内振荡电路的输出端
③控制引脚（4根）
RST/VPP：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
ALE/PROG：地址锁存允许信号
Key words：SCM;neon;application
1概述
现代单片机的另一种称呼也叫微控制器，这种微控制器在工业方面最早应用。单片机是由中央处理器一步一步慢慢的演变而来的。单片机最早的设计构思是将很多的CPU和外围的各种设备集成在一个芯片中，他可以使使计算机的软件，硬件更小，使其更容易集成进复杂的设备中，一般要求系统性能高，体积小。所以本次毕业设计也采用了以单片机为基础的题目,以来考查一个本科生是否掌握了所学单片机基本的理论知识与简单的实际应用能力,为将来的工作奠定扎实的基础,这个课题是指导老师张小青提出,他的要求是：1、8个LED灯能双向循环点亮控制，要求循环的速度可调；2、实现8个LED灯全灭、全亮功能；3、间隔点亮8个LED中的4个；4、实现8个LED灯闪烁功能，要求闪速频率可调；5、可扩展其他功能。意义：采用单片机控制系统技术设计完成。通过对本课题的研究，可以提高关于单片机方面模拟、数字电子技术应用的方面能力，提高单片机系统设计与应用能力及对新型电子器件的应用能力。通过本次的毕业设计能够培养自己独立分析问题的能力，并且将其完美的解决，培养动手能力与创新能力相结合的动手能力，相信这在以后的工作生活中也会对我有很大的帮助。
图7上电复位电路
（二）手动复位
图8手动复位电路
我们所经常应用的手动复位需要人工手动的加入高电平。所采用的办法如图8所示，一般是在正电源Vcc与RST端之间接一个按钮。当按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如图8所示。
手动复位电路架结构简单，容易实现，所以本设计采用手动复位电路。
具体结构如图1所示：
图1 LED结构
1.2方案论证
方案一:采用目前流行用的STC89C52控制芯片的单片机,对于目前来讲,市场生产普遍应用,功能强大，便于实现各项设计要求，各种性价比更为合理
方案二:采用FPGA来设计,也能很好的完成课题,但经济成本太高,性价比过低，而作为毕业设计不合理
通过两种方案比较,第一方案为最优.
1.3现代霓虹灯特点
高效率
霓虹灯相较于传统的电灯，由于是点燃管内的稀有气体发光，不同于传统电灯，通过电能灼烧灯丝，高温放光，节省了大量的电能，霓虹灯具有更高的节能性效率以及效率。
温度低
霓虹灯不需要高温灼烧灯丝发光，并且具有冷阴极特性，一般的工作温度在60°C以下，所以在各种复杂的天气状况下也能较好地保持工作状态。
单片机STC89C52内部有一个高增益反相放大器，引脚TXD和RXD分别是此放大器的输出端和输入端。内部方式的时钟电路如图4所示：其中的定时元件通常采用石英晶体和电容两个器件所组成的并联谐振回路。电容值的大小可对频率的大小进行调整，晶体振荡频率可以在1.2～12MHz之间选择，电容值在5～30pF之间选择。极大地方便了使用者的设计。
灵活多样
由于霓虹灯是由可烧制的玻璃管制成，可以根使用者的意愿，烧制成不同的形状，对于颜色的选择，也可以冲入不同的惰性气体，所以他的形状和颜色都是多变的，这可真是一个伟大的发明。
2霓虹灯硬件电路设计
2.1硬件电路设计结构图
整个系统由四个模块电路组成，分别是按键输入模块，电源模块，单片机模块，霓虹灯显示模块。其中按键输入采用5个按键，一个复位按键，一个花样变换按键，两个频率变换按键，以及一个预留按键，以便后续增加其他的功能。霓虹灯显示模块用八个LED灯即可。电源输入采用普通的家用电源即可。单片机模块采用性能较高的STC89C52，预先导入编好的程序。组成一个完整系统结构。
P1：8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7
P2：8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7
P3：8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7
图3STC89C52
2.3时钟电路
时钟电路用于MCS-51单片机工作所必需的时钟信号。时钟电路有内部时钟方式和外部时钟方式两种方式。
1.内部时钟方式
学校代码学号1107044429
分类号TN7密级公开
本科毕业论文（设计）
题目基于单片机的霓虹灯设计
（中、英文)Neon design based on single chip microcompute
作者姓名
专业名称电气工程及其自动化
学科门类工学
指导老师
提交论文日期二0一五年五月
成绩等级评定
摘要
结合在大学四年已经学习的单片机课程，运用单片机控制芯片STC89C52完成以下设计要求：用8个发光二极管（LED灯）模拟设计一霓虹灯的系统，功能包括：1、8个LED灯能双向循环点亮控制，要求循环的速度可调；2、实现8个LED灯全灭、全亮功能；3、间隔点亮8个LED中的4个；4、实现8个LED灯闪烁功能，要求闪速频率可调；5、可扩展其他功能。本次设计完成以单片机为核心的电路设计ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ作及程序编写调试工作；绘制了整体设计电路图；对设计的电路用Protues软件进行了仿真验证，本文对仿真结果进行分析并对是否符合设计要求进行了说明。通过这一次的毕业设计，极大地提高了对单片机应用方面的认识，对平时的所学的知识也起到的一个很好的巩固作用。
图5外部时钟电路
本设计只采用一片单片机，外接震荡脉冲信号不稳定，没有内部时钟电路实现起来方便易操作，所以本设计采用片内时钟电路。
2.4按键电路
我们所应用的独立式按键就各按键相互独立,各个按键都不会相互影响，因此,通过检测I/O接口线的电平状态就可以判断出是哪个按键按下.当按键未按下时,开关处于断开态,P3.0-P3.3都处于高电平,当只要有一个按键开关按下时,开关处于闭合状态,四个键中一个处于工作状态.
低能耗
现代社会是一个科技迅猛发展的时代，关于霓虹灯的各项技术也在不断地革新，并且由于单片机功能也在日益强大，使霓虹灯的能耗大大降低，霓虹灯的每米灯管耗电量也大大的降低了。这方面的发展将来或许会给人类一个惊喜。
寿命长
霓虹灯的使用寿命是极其漫长的。即使是连续不断的使用，据可靠地调查显示，连续工作1000小时也不是问题。这项优势足以秒杀其他发光体。
1.1LED概述
LED灯，他的别称也就是发光二极管，LED灯是一种普通的固态的半导体器件，它的功能就是电转化为光。半导体的晶片是LED的核心，晶片的一端附在一支架上，一端是负极，另一端则连接电源的正极。半导体晶片主要是由三部分组成，他的第一部分是P型半导体，在P型半导体里面空穴占主导地位，另一端就是我们所熟知的N型半导体，它里面充满了电子，它的中间通常是量子阱。当电流通过导线通过于位于其中的晶片的时候，空穴与电子就会快速被推向量子阱，在量子阱内空穴与电子发生一系列的作用，然后就会发出能量，当然是以光的方式。这就是简单的LED发光的原理。由于它易于被控制，并且易于实现，一般情况之下，使用寿命长等优点，所以被现代社会所广泛的应用。LED可以在单片机的控制之下在预先准备好的电子屏幕上显示出极其复杂的动画效果。LED是一种能够将电能转化为可见光的半导体。本次设计只是简单的基于单片机的霓虹灯设计，所以只涉及了让LED灯按照编程进行简易的亮灭。
关键字：单片机；霓虹灯；应用
Abstract
Combined with the course of four years in university has, using single-chip microcomputer control chip STC89C52 to complete the following design requirements: using eight light-emitting diodes (leds) simulation system design of a neon light, features include: 1, 8 leds can bidirectional circular light control, require circulation speed is adjustable; 2, implement eight LED lights completely destroyed, the whole function; 3, light up four of the eight LED interval; 4, 8 LED lights flashing functions, requires flash frequency adjustable; 5, can be extended to other functions. This design with the single chip processor as the core circuit design and programming and debugging work; Draw the overall design diagram; For the design of circuit simulation is conducted using Protues software validation, this article analyze the simulation results and meets the design requirements. Through the graduation design this time, greatly improved understanding of SCM applications, for the usual knowledge also have a very good consolidate effect
图4片内时钟电路
单片机MCS-51经常被我们所选用的振荡频率为12MHz或者6MHz的石英晶体。
（二）外部时钟方式
我们这里用到的外部时钟其实就是使用外部振荡脉冲信号，经常被应用于多片单片机同时工作，可以很好地同步。外部振荡器的信号接至XTAL2，所以，如图5，XTAL1应接地。因为XTAL2端的逻辑电平不是TTL，所以接一个上拉电阻。
图6按键电路
2.5复位电路
我们所应用的所有单片机在启动时都需要复位，以确保系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。单片机系统的主要两种复位方式有：手动复位与上电复位。
（一）上电复位
如图7所示，上电复位电路，只要在RST复位输入引脚上下接一个电阻到地，再在在RST复位输入引脚上接一个电容至Vcc端即可。
2.6霓虹灯电路
如图9所示的霓虹灯电路，根据本次设计要求，并联了八个LED灯，并且加入一个上拉电阻以保护、调整电路，剩下的只需接入其他电路与电源即可。由于LED灯只需少量能量点燃其中惰性气体即可，所以整个电路的能耗极低，并且在现在的技术条件下易于实现。所以本次设计选择了这个霓虹灯电路。
图2硬件电路设计结构图
2.2控制芯片STC89C52
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它仍是具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分的单片机还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等种种的外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。
PSEN：外部存储器读选通信号
EA/VPP：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。
④可编程输入/输出引脚（32根）
STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，共32根，每个口有8位（8根引脚），分别位P0、P1、P2、P3口。
P0：8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7
STC89C52具体介绍如下：
①主电源引脚（2根）
VCC：电源输入，接＋5V电源
GND：接地线
②外接晶振引脚（2根）
XTAL1：片内振荡电路的输入端
XTAL2：片内振荡电路的输出端
③控制引脚（4根）
RST/VPP：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
ALE/PROG：地址锁存允许信号
Key words：SCM;neon;application
1概述
现代单片机的另一种称呼也叫微控制器，这种微控制器在工业方面最早应用。单片机是由中央处理器一步一步慢慢的演变而来的。单片机最早的设计构思是将很多的CPU和外围的各种设备集成在一个芯片中，他可以使使计算机的软件，硬件更小，使其更容易集成进复杂的设备中，一般要求系统性能高，体积小。所以本次毕业设计也采用了以单片机为基础的题目,以来考查一个本科生是否掌握了所学单片机基本的理论知识与简单的实际应用能力,为将来的工作奠定扎实的基础,这个课题是指导老师张小青提出,他的要求是：1、8个LED灯能双向循环点亮控制，要求循环的速度可调；2、实现8个LED灯全灭、全亮功能；3、间隔点亮8个LED中的4个；4、实现8个LED灯闪烁功能，要求闪速频率可调；5、可扩展其他功能。意义：采用单片机控制系统技术设计完成。通过对本课题的研究，可以提高关于单片机方面模拟、数字电子技术应用的方面能力，提高单片机系统设计与应用能力及对新型电子器件的应用能力。通过本次的毕业设计能够培养自己独立分析问题的能力，并且将其完美的解决，培养动手能力与创新能力相结合的动手能力，相信这在以后的工作生活中也会对我有很大的帮助。
图7上电复位电路
（二）手动复位
图8手动复位电路
我们所经常应用的手动复位需要人工手动的加入高电平。所采用的办法如图8所示，一般是在正电源Vcc与RST端之间接一个按钮。当按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如图8所示。
手动复位电路架结构简单，容易实现，所以本设计采用手动复位电路。
具体结构如图1所示：
图1 LED结构
1.2方案论证
方案一:采用目前流行用的STC89C52控制芯片的单片机,对于目前来讲,市场生产普遍应用,功能强大，便于实现各项设计要求，各种性价比更为合理
方案二:采用FPGA来设计,也能很好的完成课题,但经济成本太高,性价比过低，而作为毕业设计不合理
通过两种方案比较,第一方案为最优.