基于单片机的节日彩灯控制器

湖北文理学院理工学院

课程单片机课程设计

题目节日彩灯控制器设计

专业通信工程

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2015.6

一、任务

以单片机为核心，设计一个节日彩灯控制器。

二、设计要求

以单片机为核心，设计一个节日彩灯控制器，要求有四个控制按键：

●K1—开始，按此键则灯开始流动（两翼展开）。

●K2—停止，按此键则停止流动，所有灯为暗。

●K3—上，按此键则灯由上向下流动。

●K4—下，按此键则灯由下向上流动。

第1章绪论

彩灯是我国普遍流行的传统的民间的综合性的工艺品。彩灯艺术也就是灯的综合性的装饰艺术。新中国成立后，彩灯艺术得到了更大的发展，特别是随着我国科学技术的发展，彩灯艺术更是花样翻新，奇招频出。而随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多节日的气氛里可以看到彩色霓虹灯，这种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。其将电子、建筑、机械、遥控、声学、光导纤维等新技术、新工艺用于彩灯的设计制作，把形、色、光、声、动相结合，思想性、知识性、趣味性、艺术性相统一。在当今的社会里，彩灯已经成为我们生活的一部分，能给我们带来视觉上的享受还能美化我们的生活。

1 LED彩灯控制器概述

新型LED彩灯系统包括两大部分，即LED彩灯控制器（89C51主控模块）和LED彩灯管（管内LED板模块）。彩灯控制器是主控模块，具有按键、显示等功能，并利用89C51的P口输出控制信号；彩灯管是受控模块，上面焊有三色LED 彩灯和信号驱动芯片，模块置于LED的透明管内。该LED彩灯控制器是一种基于STC89C51单片机的彩灯控制器，实现对LED彩灯的控制。其以STC89C51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。如果稍微改动控制电路，就可以改变电路的不同工作状态，控制彩灯变幻出不同的闪烁效果。

2 LED彩灯控制技术状况

彩灯控制电路是由单元模块电路组合而成的，主要以STC89C51单片机为控制中心，并与按键控制电路、时钟电路、复位电路在直流稳压电路的相互作用下进而控制彩灯亮灭的顺序，从而实现多控制、多闪烁方式的LED彩灯循环。

3 本设计任务

运用STC89C51单片机、发光二极管、电阻、电容、按键等元件组成LED 节日彩灯控制电路中的按键控制电路、彩灯显示电路以及单片机最小系统等模块。并用Proteus等软件仿真，做出其电路仿真图。

第2章总体方案设计与论证

通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这两种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。

1 方案比较

彩灯控制器大致可分为两种方案实现。一种是利用数字逻辑电路装置控制，

另一种是采用单片机控制。

1.1 方案一

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。其框

图如图2-1所示。

图2-1 方案一的原理框图

1.2 方案二

本方案主要是通过对基于单片机的多控制、多闪烁方式的LED彩灯循环系统的设计，来达到本设计的要求。其硬件构成框图如图2-2所示，以单片机为核心控制，由单片机最小系统（时钟电路、复位电路、电源）、按键控制电路、LED 发光二极管和5V直流电源组成。

图2-2 方案二的原理框图

方案二：此设计方案中单片机的P1口接4路按键控制电路，实现彩灯花型的切换功能；单片机上的P2口接8路LED发光二极管组成彩灯电路，显示彩灯循环情况。

2 方案论证

如果采用方案一，利用数字逻辑电路装置控制，其电路不是很复杂，制作相对较容易点，成本也相对较低，但可调性差，亮灯模式少而且样式单调，达不到设计任务要求或实现困难。而采用方案二，以单片机控制其优点是电路集成度高，工作原理简单，清晰明了，自定义编程，控制的图案花样多，移植性好等。

3 方案选择

综上，显然方案二各方面优越于方案一，以及为了体现专业优势，本次设计

采用第二种方案。

第3章系统硬件设计

为使该LED节日彩灯控制系统具有更加好的方便性和灵活性，我们对系统的硬件做了精心设计。硬件电路包括直流电源电路、单片机最小系统、LED彩灯显

示电路、按键控制电路等四大模块。

STC89C51单片机的工作电压范围：4.0V—5.5V，所以通常给单片机外接5V 直流电源。由于时间关系，此处用3节1.5V的干电池供电。

1 单片机最小系统设计

要使单片机工作起来，最基本的电路的构成由单片机、时钟电路、复位电路等组成。单片机最小系统如图3-2所示。

时钟电路：本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个12MHz 石英晶体振荡器和2个30pF微调电容，构成稳定的的自激振荡器，其发出的脉

冲直接送入内部的时钟电路。

复位电路：确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。本设计采用手动按键复位，该复位方式同样具有上电自动复位功能。电路如图3-2所示。

图3-2 单片机最小系统

2 LED彩灯显示电路设计

LED彩灯显示电路实际上是由8个发光二极管和8个电阻构成的电路。发光二极管与电阻对应串联,然后接在与之相对应的P2口上。通过软件编程对P2口输出高低电平来实现不同的闪烁花型。由于发光二极管的导通电压一般为1.7V 以上，另外，他的工作电流根据型号不同一般为1mA到30mA，电阻选择范围100

欧姆～3千欧姆在此我们这里选用330欧姆的电阻。如图3-3所示。