LED广告灯设计说明书(共26页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上唐山工业职业技术学院 毕业设计说明书设计题目 _广告灯光的设计学生姓名 班级 专业 _ 应用电子技术 _ 设计指导教师_李多友_设计辅导教师_李多友_（完成日期）2009年 4月23日目录一、绪论-31.1选题意义- 31.2系统概述-3二、硬件电路的介绍-42.1单片机数据处理模块-42.2 灯光显示模块-62.3稳压电路-6三、软件设计-83.1概述-83.2主程序方案-9四、仿真调试-114.1调试结果-11小结-12参考文献-15致谢-16附录一：照明灯系统程序-17附录二：电路原理图-24摘要 随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。广告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。用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。本设计提出了一种基于AT89C51单片机控制LED广告灯的方案，来实现对广告灯的控制。本方案以AT89C51单片机作为主控核心，由显示、驱动和电源模块组成核心主控制模块。其中电源模块采用全桥整流和稳压芯片7805为系统提供稳定的+5V电压。在主控模块上设有24个广告灯，根据用户需要可以编写各种亮灯模式。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，然后驱动各种颜色的灯亮灭。关键词：照明灯；单片机AT89C51，光耦合MOC3020。一 绪论1.1选题意义灯光是一种最基本的需求，人们的生活与灯光是息息相关，不管是在工业还是在农业上都离不开它，随着社会的发展和人们生活水平的提高和发展各种各样的灯光不仅仅是照明用来照明了。随着我国经济的飞速发展，广告灯应用越来越广泛，市场对广告灯的需求会越来越大。因此本设计对广告灯的设计有实际应用价值。1.2系统概述本课题广告灯光的设计系统采用单片机AT89C51控制，AT89C51单片机组成主控电路，电源采用整流稳压电路，为整个系统供电，其中照明灯驱动采用光耦隔离电路，为了提供输入电路和输出电路间的隔离，使整个显示电路更加稳定，使本系统能应用在各种恶劣的环境中。程序采用汇编语言编写有主程序延时子程序组成，其中中断子程序的使用为单片机提高了工作效率。客户可以改写中断子程程序来实现照明灯的各种控制，提高了其使用价值。因此本设计系统结构简单，抗干扰能力强，适用于各类商业广告中，有广泛的应用和发展前景。二 硬件电路设计照明灯灯系统的电路主要分为单片机数据处理模块、照明灯显示模块及电源模块等几个部分，结构框图如图2.1所示。下面对电路分模块进行说明。AT89C51显示模块驱动模块隔离输出模块图2.1 系统框图2.1单片机数据处理模块 AT89C51是一种带4K字节可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。AT89C51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。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案1主要特性：·与MCS-51 兼容 ·4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128*8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源 ·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路    图2.2 AT89C51引脚功能图2管脚功能说明，如图2.2所示3振荡器电路： 图2.3振荡电路图XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输 入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器，和片外振荡器两种。本系统采用的是内部振荡方式，其外接晶振采用12MHz，电容C1、C2采用30pF，此时的机器周期的1us。时钟振荡电路如图2.3所示。4复位电路 单片机的复位靠外部电路实现，信号由RST (RESET)引脚输入，其复位电路由两种：一是上电复位，二是上电和手动电平复位（按键复位）。本设计系统采用的上电复位，当接通电源后单片机立即复位。单片机从PC指针0000H 开始读程序。其电路图如图2.4所示。因晶振采用12MHz，所以C1为10uF，R1为8.1，R2为200。图2.4 复位电路2.2 灯光显示模块 灯光显示模块在整个系统中起一个显示作用，由74HC595、照明灯、晶闸管、光耦合组成，其电路框图如图2.5所示，74HC595的作用是串入并出，为光耦合送入信息，晶闸管在显示电路中起一个控制灯的作用，光耦合在电路中起保护隔离作用，使显示高压部分和控制部分分离，对单片机模块有一个保护作用，防止因电压过高烧毁单片机，使整个系统瘫痪，提高了整个系统适应恶劣环境的能力。74HC595光耦合晶闸管照明灯图2.5显示电路框图1.74HC59574HC595 为8位串入并出的移位寄存器，其引脚如图2.5所示，Q7Q0为八位并行输出端；Q7为级联输出端；DS是串行数据输入端；MR为数据清零端，低电平有效；OE为片选端，低电平有效；SH_CP引脚上升沿时数据寄存器的数据移位，ST_CP引脚上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。其中74HC595的DS引脚接P3.0（RXD），SH_CP引脚接P3.1(TXD)做为移位时钟脉冲输入端，ST_CP引脚接P3.3做为锁存器的时钟脉冲的输入端。在电路中起一个串入并出的作用，这样可以节省电路接口，使电路连接简单。图2.4 74HC595引脚功能图2.光电耦合器光耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电光电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，由于具有输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路上获得广泛的应用。在本电路中的作用是通过光耦来隔离强电和弱电部分，对单片机部分有保护作用。设计中采用TLP521-4光耦合器，其具有四路输入输出的功能，工作电压在+5V,其性能稳定各个功能引脚图入图2.6所示 图2.6TLP521-4引脚功能图3.显示模块的总电路图，如图2.7所示图2.7显示模块电路图2.3稳压电源1. 电源电路因为单片机工作电源为+5V，且底层电路功耗很小。采用7805三端稳压片即可满足要求。220V交流电通过变压为155的变压器变成为4.1V的交流电，通过全桥整流变为3.6V的半波电源，最后通过滤波电容输出有波动的+5V的电压，最后通过W7805对电压进行稳压输出稳定的+5V电压，为整个单片机系统供电。其中在电源前端用一个光敏二极管控制个继电器继而控制整个电源电路，当有光的时候光敏二极管不导通，继电器不吸合电源电路不工作，当无光的时候光敏二极管导通，继电器吸合电源电路工作。其电路如图2.8所示图2.8 电源电路三 软件设计3.1概述 整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义。各执行模块规划好后，就可以规划监控程序了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的监控程序结构，然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。3.2主程序方案主程序调用了3个子程序，分别是流水等状态子程序、串口发送子程序、延时子程序。主程序结构组成首先对主程序设置中断入口地址，设置好以后调用流水灯状态子程序，调用成功以后进行发送信息，用于显示模块显示，延时子程序。将各个功能程序以子程序的形式写好，当写主程序的时候，只需要调用子程序，然后在寄存器的分配上作一下调整，消除寄存器冲突和I/O冲突即可。程序应该尽可能多的使用调用指令代替跳转指令。因为跳转指令使得程序难以看懂各程序段之间的结构关系。而调用指令则不同，调用指令使得程序结构清晰，无论是修改还是维护都比较方便。将功能程序段写成子程序的形式，除了方便调用之外，还有一个好处那就是以后写程序的时候如果要用到，就可以直接调用这个单元功能模块。其主程序流程图如图3.1所示,串口发送子程序如图3.2所示。系统程序见附录一开始系统初始化调用串口发送子程序返回3.1 主程序流程图串口发送子程序发送 三字节发送延时返回 图3.2串口发送子程序程序举例说明如下：MAIN:MOV R6,#50 KK1:MOV A,#0FFH MOV R7,#2H LCALL XIANSHI LCALL YANSHI1XIANSHI: CLR P1.0 CLR P1.1 CLR P1.2 CLR P1.3 MOV SBUF,A DE:JNB TI,DE CLR TI SETB P1.0 SETB P1.1 SETB P1.2 SETB P1.3 RETYANSHI1: MOV R3,#01 DELAY4:MOV R5,#250 DELAY3: MOV R4,#250 DELAY2:NOP DJNZ R4,DELAY2 DJNZ R5,DELAY3 DJNZ R3,DELAY4 RET此程序是控制三组灯轮流导通，其中对R6中存入显示循环的次数，来控制此状态显示时间的长短，控制照明系统的电平为高电平，当串口输出高电平后，晶闸管的到高电平而使照明系统工作。送入A的数据是0FFH因都是高电平所以输出的八位高电平，这时一组的灯亮。调用显示的子程序，显示的方法是从串口发送数据，P3.0口输出显示数据，P0.1输出时钟信号控制74HC595的时钟信号，P3.0输出的数据送入74HC595的DS的数据输入端，当有时钟信号时数据时，串口输出的数据存入74HC595的寄存器中，这时给74HC595 STCP引脚一个上升沿信号74HC595的锁存器将把寄存器数据送出，此程序CLR P1.0 CLR P1.1 CLR P1.2 SETB P1.0 SETB P1.1 SETB P1.2 可以实现此功能当光耦合器得到次数据的信号控制晶闸管的关断导通。下一条调用延时子程序来保持这种数据状态，延时子程序延时时间为125Ms,因采用12MHz所以一个机器周期为1us，而DJNZ的指令是双周期指令，也就是执行此程序需要的时间为2us，经过计算延时时间为125ms ，这时将一直执行此循环程序，只到延时时间到将结束此循环。这时有一组的灯点亮，当执行下一次的的串口发送直流时，下一组灯将点亮，这样循环执行，三组灯将轮流点亮，会出现如下图3.2灯的组合 图3.2广告灯的一种点灯组合四 仿真调试在原理电路图和控制程序完成后，还没有制作PCB板，这时可以用电路仿真软件进行电路和程序的测试。课题就是采用电路仿真软件protl 99对系统的设计进行仿真。4.1仿真结果仿真结果如图4.1所示 致 谢本设计能够顺利的完成得到了院系领导老师的大力支持和帮助，尤其是我的指导老师李多友老师，在百忙之中抽出宝贵的休息时间，仔细耐心为我指导。设计过程中，李老师一并帮我分析遇到的种种困难。一直支持，鼓励我要有解决问题的信心，使设计得以顺利的完成。在开发的同时，和同学们之间的相互探讨也使我获益匪浅。在此，对他们表示由衷的感谢！电子信息技术日新月异地飞速发展，人们总是处在不断学习阶段，再加上我水平有限，所以本设计肯定存在许多不尽如人意的地方，欢迎广大老师和同学批评指正。最后，要感谢自动化系所有老师，他们精心的栽培为我以后的学习工作打下了坚实的基础。参考文献： 1 李全利 单片机原理及应用. 高等教育出版社 2004 2 祁伟 杨婷 单片机C51程序设计教程与实验M 北京航空航天大学3 张跃 电子爱好者. 电子科技大学 2005 原理图附录一：广告灯程序ORG 0000H AJMP MAIN ORG 090HMAIN:MOV R6,#50 KK1:MOV A,#0FFH MOV R7,#2H LCALL XIANSHI LCALL YANSHI1 MOV A,#00H KK0:LCALL XIANSHI LCALL YANSHI1 DJNZ R7,KK0 DJNZ R6,KK1 MOV R6,#50 MOV A,#00H LCALL XIANSHI MOV A,#0EFH KK5: LCALL XIANSHI LCALL YANSHI0 RL A DJNZ R6,KK5 MOV R6,#50 KK4:MOV A,#0FH LCALL XIANSHI LCALL YANSHI1 SWAP A LCALL XIANSHI LCALL YANSHI1 DJNZ R6,KK4 MOV R6,#50 MOV A,#00H LCALL XIANSHI MOV A,#01H KK: LCALL XIANSHI LCALL YANSHI0 RR A DJNZ R6,KK MOV R6,#50 MOV A,#00H LCALL XIANSHI MOV A,#01H KK6: LCALL XIANSHI LCALL YANSHI1 MOV R7,A CLR A LCALL XIANSHI LCALL YANSHI1 MOV A,R7 RR A DJNZ R6,KK6 MOV R6,#50 MOV A,#00H LCALL XIANSHI MOV A,#03HKK2: LCALL XIANSHI LCALL YANSHI0 RR A DJNZ R6,KK2 MOV R6,#50 MOV A,#00H LCALL XIANSHI MOV A,#07H KK3: LCALL XIANSHI LCALL YANSHI0 RR A DJNZ R6,KK3 MOV R7,#30MAIN1:LCALL LOOP0 LCALL LOOP LCALL LOOP1 LCALL LOOP2 LCALL LOOP3 LCALL LOOP4 LCALL LOOP5 LCALL LOOP6 LCALL LOOP5 LCALL LOOP4 LCALL LOOP3 LCALL LOOP2 LCALL LOOP1 LCALL LOOP DJNZ R7,MAIN1 LJMP MAINLOOP0: MOV R6,#150LOOP01:MOV A,#00H LCALL XIANSHI LCALL YANSHI3 DJNZ R6,LOOP01 RETLOOP: MOV R6,#150LOOP02: MOV A,#01H LCALL XIANSHI LCALL YANSHI3 DJNZ R6,LOOP02 RETLOOP1:MOV R6,#150LOOP13:MOV A,#03H LCALL XIANSHI LCALL YANSHI3 DJNZ R6,LOOP13 RETLOOP2: MOV R6,#150LOOP24:MOV A,#07H LCALL XIANSHI LCALL YANSHI3 DJNZ R6,LOOP24 RETLOOP3: MOV R6,#150LOOP35:MOV A,#1FH LCALL XIANSHI LCALL YANSHI3 DJNZ R6,LOOP35 RETLOOP4:MOV R6,#150LOOP46:MOV A,#3FH LCALL XIANSHI LCALL YANSHI3 DJNZ R6,LOOP46LOOP5: MOV R6,#150LOOP57:MOV A,#7FH LCALL XIANSHI LCALL YANSHI3 DJNZ R6,LOOP57 RETLOOP6: MOV R6,#150LOOP68:MOV A,#0FFH LCALL XIANSHI LCALL YANSHI3 DJNZ R6,LOOP68 RET LJMP MAINXIANSHI: CLR P1.0 CLR P1.1 CLR P1.2 CLR P1.3 MOV SBUF,A DE:JNB TI,DE CLR TI SETB P1.0 SETB P1.1 SETB P1.2 SETB P1.3 RETYANSHI0: MOV R5,#150 DELAY: MOV R4,#200 DELAY1:NOP DJNZ R4,DELAY1 DJNZ R5,DELAY RETYANSHI1: MOV R3,#01 DELAY4:MOV R5,#250 DELAY3: MOV R4,#250 DELAY2:NOP DJNZ R4,DELAY2 DJNZ R5,DELAY3 DJNZ R3,DELAY4 RETYANSHI3: MOV R5,#10 DELAY6: MOV R4,#65 DELAY7:NOP DJNZ R4,DELAY7 DJNZ R5,DELAY6 RET附录二：广告灯原理图专心-专注-专业