1、1基于单片机的智能霓虹灯控制系统设计目 录摘要.iAbstract.ii引言.71 绪论 .81.1 单片机发展概述 .81.2 总体方案设计 .101.3 硬件电路的设计 .111.3.1 单片机系统 .111.3.2 LED 概述 .121.3.3 外部时钟方式电路 .131.3.4 手动复位电路 .141.4 MSC-51 芯片简介 .151.5 74LS373 简介 .201.6 PROTEL DXP 简介 .212 系统功能简介 .223 系统流程图 .234 硬件设计原理 .244.1 最小系统模块 .244.1.1 电源模块 .254.1.2 串口模块 .264.1.3 单片机模
2、块 .264.1.4 时钟电路模块 .274.1.5 复位电路模块 .284.2 驱动模块 .284.3 LED 显示模块 .304.4 激光传感器模块 .305 软件部分 .3025.1 核心算法设计流程图 .315.2 系统程序 .326 系统调试 .356.1 软件调试 .356.2 硬件调试 .366.3 测试结果 .366.4 结果分析 .367 总结 .377.1 整个系统的设计思路 .377.2 商业开发价值 .37参考文献.38致谢.393ContentsAbstract.iiPreface.71 Introduction.81.1 SCM development outlin
3、e .81.2 The general scheme design .101.3 Hardware circuit design .111.3.1 Single-chip microcomputer system.111.3.2 LED overview.121.3.3 External clock mode circuits.131.3.4 Manual reset circuit.141.4 MSC - 51 chip profile .151.5 74LS373 profile .201.6 PROTEL DXP profile.212 Systemic function.223 Sys
4、tem chart.234 Design principle.244.1 Smallest system module.244.1.1 Power module .254.1.2 Serial interface module .264.1.3 Microcontroller module .264.1.4 Clock circuit module.274.1.5 Reset circuit module .284.2 Driver module .284.3 Video module of led.304.4 Laser sensor module .305 The design of sy
5、stem software.305.1 Core algorithm design flow chart .3145.2 System program .326 Conclusion .356.1 Software debugging .356.2 Hardware debugging.356.3 Test result.366.4 Results.367 Summarize .377.1 The whole system design ideas.377.2 Commercial development value .37Reference .38Acknowledgement .395智能
6、霓虹灯控制系统设计作者： 指导教师：【摘要】近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。该智能霓虹灯设计是基于 8051 单片机，串口联级新型的共阴极驱动芯片MAX232 霓虹灯扫描控制器，采用环保节能LED 灯组以实现智能化的动态显示效果。该设计的动感霓虹灯整体上可以分为电源模块、控制模块、显示模块三部分组成。电源模块采用变压器、桥式整流滤波电路为CPU 及 MAX232 供电
7、。控制模块包括单片机 8051、MAX232 驱动以及激光传感器来完成系统程序的串烧，系统驱动及系统控制。显示模块采用 LED 灯组，并采用达林顿管为放大器的放大电路来增强灯组亮度，整体效果动感十足、形象醒目。本系统具有较高的通用性及很大的使用价值，并且具有节能环保、经济实用、成本低廉等特点。关键词：LED 霓虹灯 单片机 软件控制Intelligent neon control system design6Author：， Supervisor： Abstract In recent years, with the rapid development of science and techn
8、ology, the application of SCM is continuously, and drive to the deepening traditional control test rapidly updated. In real-time detection and automatic control of microcomputer application system, microcontroller is often used as a core component knowledge, only microcontroller is not enough, still
9、 should according to the specific hardware structure, and the view of the specific application object characteristics, combining improved software. The graduation design according to the design requirements, basic reached the expected purpose.the intelligent design is based on the 8051 microcontroll
10、er neon, serial cascade of new common cathode driver IC - MAX232 neon scan controller, use of environmentally friendly energy saving LED lights set in order to achieve intelligent dynamic display. The overall design of neon can be divided into dynamic power module, control module, display module con
11、sists of three parts. Power module with transformer, bridge rectifier filter circuit for the CPU and the MAX232 power supply. Control module includes microcontroller 8051, MAX232 driver and laser sensors to complete the system program skewers, the system drive and system control. Display module with
12、 LED lights set, using Darlington amplifier circuit for the amplifier to enhance the brightness of light group, the overall effect of dynamic, eye-catching image. The system has high versatility and great value in use and has energy saving, economical and practical, low cost and so on.Keywords: LED；
13、neon dynamic；SCM ；software contro l7引言随着人们生活水平的提高，环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到很多彩色的霓虹灯。特别是当今充满竞争的时代，各地政府为吸引游客和投资者，在城市的沿街、沿道、沿河、沿线等地用霓虹灯造景，实施“亮化工程“，以美化环境、树立城市形象。由于 LED 霓虹灯克服了传统霓虹灯投资大，制作工艺复杂，使用玻璃管、高压电源及惰性气体等诸多不便，同时解决了耗电高、造价高，使用寿命短等不足，因此得到了广泛的应用。但是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，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制成成品只能按照固定的模式闪亮，不
14、能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。同时这种霓虹灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能上来看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。本设计提出了一种基于 8051 单片机的霓虹灯控制方案，以实现对 LED霓虹灯的控制。本方案以 8051 单片机作为硬件控制核心，驱动器和按钮模块、激光模块组成核心控制模块。在软件控制方面我们采用 Keil 软件通过使用 KeilC 进行编译程序，并根据用户需要编写若干种亮灯模式。根据各种亮灯时间的不同需要，在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号，
15、然后驱动各种颜色的灯亮或灭。该新型 LED 霓虹灯实际应用效果较好，亮灯模式多，用户可以根据不同场合和时间来调节亮灯频率和亮灯时间。与普通 LED彩灯相比，具有体积小，价格低，耗能低、通用性强等优点。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 8051 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 470 的电阻分压。软件部分，由于采用的是 11.0592M 晶振
16、的时钟电路，单片机定时器的8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。1.绪论1.1单片机发展概述电子计算机的发展经历了电子管、晶体管、集成电路到大（超大）规模集成电路弓四个阶段，既通常所说的第一代、第二代、第三代和第四代计算机。现在广泛使用的微型计算机是大规模集成电路技术的产物，因此它属于第四代计算机，而单片机则是微型计算机的一个分支。随着信息技术革命的深入和计算机技术的飞速发展，单片机的应用越来越广泛，并逐
17、渐发展成为一门关键的技术学科。单片机亦称微控制器,顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能微电脑型” ，如智能型热水器等。计算机是人类制造的用于信息处理的机器。这种机器只能在人的控制下，将输入的数据信息，按照人们的要求进行存储、分类、整理、判断、计算、决策和处理等操作。目
18、前，微型计算机主要用在以下几个方面：数值计算、数据处理与信息加工、计算机辅助功能、人工智能、计算机通信、多媒体、计算机检测和过程控制等。微型计算机在检测和过程控制方面的应用具有简便、快捷、准确、可靠等优点，便于实现各种生产过程自动化。在改造传统产业、节约能源、提高产品质量和生产效率、改善生产者劳动条件等方面，具有十分重要的作用。单片机具有一些突出优点：体积小、重量轻、耗电少、电源单一、功能强、价格低、运行速度9快、抗干扰能力强、可靠性高，所以在通信、家电、工业控制、仪器仪表、汽车等产品中都可以看到单片机的身影。1946年第一台电子计算机诞生至今，只有50年的时间，依靠微电子技术和半导体技术的进
19、步，从电子管晶体管集成电路大规模集成电路，现在一块芯片上完全可以集成几百万甚至上千万只晶体管，使得计算机体积更小，功能更强。特别是近20年时间里，计算机技术获得飞速的发展，计算机在工农业，科研，教育，国防和航空航天领域获得了广泛的应用，计算机技术已经是一个国家现代科技水平的重要标志。单片机诞生于20世纪70年代，Fairchid公司研制的F8单片微型计算机。所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(Center Processing Unit,也即常称的CPU)和数据存储器 (RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加
20、上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。20世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，Farichild公司就属于这一类型，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。类似的单片机还有Zilog公司的Z80微处理器。1976 年 INTEL 公司推出了 MCS-48 单片机，这个时期的单片机才是真正的 8 位单片微型计算机，并推向市场。它以体积小，功
21、能全，价格低赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。在 MCS-48 的带领下，其后，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机，象 Zilog 公司的 Z8 系列。到了 80 年代初，单片机已发展到了高性能阶段，象 INTEL 公司的 MCS-51 系列，Motorola 公司的 6801 和 6802 系列，Rokwell 公司的 6501 及 6502 系列等等,此外,日本的著名电气公司 NEC和 HITACHI 都相继开发了具有自己特色的专用单片机。80 年代，世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机，约有几10十个系列，300 多个品种，此时的
22、单片机均属于真正的单片化，大多集成了 CPU、RAM、ROM、数目繁多的 I/O 接口、多种中断系统，甚至还有一些带A/D 转换器的单片机，功能越来越强大，RAM 和 ROM 的容量也越来越大，寻址空间甚至可达 64kB，可以说，单片机发展到了一个全新阶段，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的 CPU 功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。单片机的应用领域也更广泛，许多电器产品均走向利用单片机控制的智能化发展道路。1.2. 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 8051 单片机，利用其中的
23、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 470 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。单片机LED显示电路复位电路时钟电路图 1 单片机的霓虹灯控制电路原理图
