基于单片机霓虹灯控制器设计设计大学学位论文.doc

江苏农林职业技术学院 毕 业 设 计（论 文）SNL/QR7.5.4-3 专 业 电子信息工程技术 学生姓名 王 广 顺 班 级 电 子 信 息（1）班 学 号 2 0 1 2 0 5 1 9 0 1 2 3 指导教师 潘 蓉 完成日期 2 0 1 5 - 0 6 - 0 8 1附1：成绩评议学号201205190123姓名 王广顺 题目 单片机控制的霓虹灯控制器 指导教师建议成绩： 评阅教师建议成绩： 答辩小组建议成绩： 院答辩委员会评阅意见及评定成绩：答辩委员会主任签字（盖章）： 年 月 日3附2：毕业设计（论文）任务书姓名王广顺学号201205190123班级12电子信息工程技术（1）班题目单片机控制的霓虹灯控制器设计(论文)主要内容 设计一个霓虹灯控制器，该霓虹灯控制器是通过一个单片机来实现控制的，同时通过程序来控制该单片机，让二十六和发光二极管能够通过闪烁，从而形成各种各样的花样以及不同的图案，达到炫丽多彩的效果。重点研究问题霓虹灯的软件的设计以其硬件的设计主要技术指标无其它要说明的问题 无指导老师意见 该设计具有可行性 同意 指导教师签字： 年 月 日5附3：指导教师意见 对论文的简短评价：1.指出论文存在的问题及错误2.对创造性工作评价3.建议成绩 优 良 中 及格 不及格 指导教师签字 年 月 日评阅教师意见 对论文的简短评价：1.指出论文存在的问题及错误2.对创造性工作评价3.建议成绩 优 良 中 及格 不及格 评阅教师签字 年 月 日6附4：答辩小组评议意见学号201205190123姓名 王广顺 题目 单片机控制的霓虹灯控制器 答辩小组意见： 1、对论文的评价2.建议成绩等级 优 良 中 及格 不及格3.需要说明的问题 答辩小组长签字 年 月 日8江苏农林职业技术学院毕业设计（论文）单片机控制的霓虹灯控制器 内容摘要：这个设计我们主要采用AT89C51单片机控制霓虹灯来实现我们的设计要求。这个系统的设计的主要组成部分分别是霓虹灯设计硬件电路和软件设计两个部分。而霓虹灯设计的硬件设计主要可以分为发光二极管，设计复位电路，时钟电路，按键设计，五个模块的接口设计，这五个部分。它的主要用处是用来实现人们能够对霓虹灯的远距离控制，根据不同模式的单片机控制和各种人物，要能实现各种闪光模式相互切换。软件部分采用基于C语言程序，keil软件。这个系统的电路结构十分简单，方便人们与对其进行操作，有很强的实际用途价值，同时它的实用性很强，操作相当轻松，具有很强的扩展方面功能。如需要增加的功能，可以方便的改变程序，灵活性强。关键词：霓虹灯；单片机；花样闪烁；发光二极管Abstract This design we mainly controlled by AT89C51 neon lights to achieve our design requirements. Design of the main component of the system are respectively the neon design hardware circuit and software design of two parts. And the hardware design of the main neon design can be divided into light emitting diode, design of reset circuit, clock circuit, button design, interface design of five modules, these five parts. Its main use is used to implement the people to the remote control of the neon lights, according to the different patterns of single chip microcomputer control and a variety of character, to be able to realize all kinds of flash mode switch to each other. Software part based on the C language program, keil software. The system of the circuit structure is simple, convenient and people with its operation, has a strong practical use value, and its practicality is very strong, easy operation, strong function extension. Such as the need to increase the function, can easily change the program, flexibility is strong.Key words : Neon light; single chip microcomputer; pattern flicker; light emitting diode目录前言1 霓虹灯的设计1.1 设计任务1.2 总体设计方案1.2.1 单片机芯片的选择1.2.2 接口设计1.2.3 方案设计2 设计原理2.1 单片机AT89C512.2 芯片PL2303HX83 霓虹灯的硬件设计3.1 复位控制电路3.2 时钟电路3.3 发光二极管的设计3.4 外设USB接口3.5 按键设计4 霓虹灯的软件设计134.1 延时函数4.2 按键控制程序4.3 霓虹灯控制程序5 结束语参考文献：6 感谢信前言 霓虹技术，在我们中国已经有了接近于百年的发展历史了，在新世纪激烈的竞争下，发展到现在的霓虹技术，在我们中国现在最常用到的霓虹技术主要包含了四种，他们分别是：传统制作工艺、俄罗斯制作工艺、日本制作工艺以及美国制作工艺。这些制作工艺又各自有它们的特点：中国传统制造业和贸易的世界,灯与垂直弯曲的特点是在铜单洞接火,帽,最主要分布在上海,而且甚至覆盖全国；基于耐火水泥俄罗斯技术平台为主，采用直接火成型，主要在东北；日本生产工艺、成型对接和弯曲垂直,吸气到脚,主要分布在北部；而美国制作工艺生产过程是弯曲的一长排的消防技术，主要特点是九孔和五孔焊接防火，在广州等地区分布。从现在科技发展的技术水平来看，能够在较远的地方实行远程距离遥控霓虹灯发生各种各样的变化的控制器是相对比较先进的了，而它的主要技术原理的依据则分别表现在遥控、定位、监视、监控等各个方面。 在现在的商业快速发展阶段，霓虹灯的使用方面也是与之俱增，而且也是更加的商业化，并随之出现了很多新型的霓虹灯产业。在商业的领域中，不管是室内还是门面的招牌以及建筑物的轮廓等多个地方都有用霓虹灯来装饰，炫彩夺目，从而达到吸引消费者的注意，促进产业的发展以及国民经济的提升。在一个灯红酒绿的城市中，霓虹灯也成为了其繁华的必不可少的象征，同时也是该城市的经济发展程度的重要标度。但是，传统的霓虹灯却在它的包装以及运输的时候存在了难以制作,安装时极易发生破碎等诸多缺陷。在很早的时候，人们就有想过希望可以通过安装颜色不同的灯泡在房间中或户外，用以达到炫彩以及照明。而现在，绚丽多彩的霓虹灯早已遍布世界的各个城市，哪怕在一个街角的小巷中你都可以看到他的身影，霓虹灯的使用已经在不知不觉中走入了人们的生产生活中，成为人们生活中必不可少的一部分。所以对于霓虹灯的发展还在不停的进行中。1 霓虹灯的设计1.1 设计任务 设计一个霓虹灯控制器，该霓虹灯控制器是通过一个单片机来实现控制的，同时通过程序来控制该单片机，让二十六个发光二极管能够通过闪烁，从而形成各种各样的花样以及不同的图案，达到炫丽多彩的效果。1.2 总体设计方案1.2.1 单片机芯片的选择 我们从在制作霓虹灯的投入成本上多番考虑，决定在设计的时候选择成本相对较低的AT89C51，这个芯片的功能十分强大，完完全全足够用于我们本次的霓虹灯控制制作。1.2.2 接口设计 这次设计的接处口我们决定将其设计成USB型接口，并且利用PL2303HX来实现我们的这个功能，在使用这个控制器的时候我们可以在任何由USB接口的电器上直接方便的使用该霓虹灯控制器，我们这样的设计适应于当下，方便与使用者的使用，也方便与该实验的进行.1.2.3 方案设计 霓虹灯的设计所采用的器件主要是发光二极管，连接AT89C51LED的二十六种各种各样的颜色，但是也只有四十针AT89C51，那么如果每个引脚连接一个发光二极管，使用二极管的单独控制，我们此时将需要二十六针，这个将无法实现资源的合理利用。 考虑到我们的引脚不多，所以利用二极管显示器里的动态扫描这个方案，我们可以在PO的每一个引脚的上面连接上四个发光二极管，之后再通过P2的前面四个引脚分别的去单独连接一个PNP三极管，从而满足通过对三极管低水平扫描P0港发光二极管,类似于单片机LED显示屏的扫描方法实现选定的代码和代码选择。2 设计原理2.1 单片机AT89C51 AT89C51是美国ATMEL公司出产的一种低电压，它是一类带着四千字节不但可以编程而且可以擦除的只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的一种低电压，是高性能的微处理器，及通俗的称之为单片机。该装置是由高密度制作，用于制造公司技能的非易失性存储器，单片机和工业上标准的Mcs - 51指令集以及输出管脚兼容。由于它是在一个单芯片AT89C51的八位中央处理器和闪存功能的结合而且是一种有用的微控制器，所以嵌入式控制系统为此供应了一个很高的灵动性以及低成本。 AT89C51的引脚就像图2.1-1所展示，功效讲解如下：（1）VCC: 接+5V,电源端，只要是为该设计提供电源的输入。（2）GND：接地端口。（3）RST：复位信号的输入。当这个引脚通过衔接振荡器复位器件的时候，那么就需要让RST脚始终维持两个机器循环以及以上的高电平时长。（4）XTAL1：其作用主要是连接外部晶体的其中一个引脚，当CHMOS单片机接受到外部时钟信号的时候，时钟信号那时将会从这个引脚进来。（5）0XTAL2：主要功能是连接外部晶体的其中一个引脚，而当HMOS在收到外面时钟信号的时候，那时外部时钟信号将会从这个引脚进入。（6）ALE/PROG：作用是地址锁存允许。当其访问外部的存储器，那个时候地址锁存将会被容许的输出电平用到锁存地址。（7）EA/VPP：当EA=0时，单片机将只访问外部的程序存储器；而当EA=1时，单片机将会访问内部的程序存储器；在AT89C51单片机片中EPROM编程期间，这个引脚将引入21V的编程电源VCC。 （8）P0口：作用是一个八位漏极开路双向I/O口，每一个脚可以同时吸收八TTL门电流，但是在它的内部却缺乏了一个上拉电阻。（9）P1口：是一个八位的里面上拉电阻所供应双向I / O端口,P1口缓冲能够接收4 ttl门此时的输出。（10）P2口：八位双向I / O端口内部拉电阻器,P2端口缓冲区接收4 TTL栅电流的能力。P3端口:P3端口双重职能静态端口。（11）P3口：和P1,P2的端口相同，是一个内部P1拉8双向I / O,但随着P2,口腔的区别,它有自己的独特的功能。 在这个设计中,我只选择P0和P1的港口作为数据输入和输出端口,因此控制销控制霓虹灯发光二极管。图2.1-1 AT89C51引脚2.2 芯片PL2303HX 随着电子技术的不断发展,PL2303HX广泛应用于电子工业。连接的USB接口芯片成为标准的连接周边. . 芯片PL2303HX的引脚像我们图2.2-1所示的一样，其特点介绍如下： （1）对USB1.1协议完全兼容。 （2）能对输出电压进行调节，能满足不同电压的应用。 （3）两个GPIO端口。 （4）SSOP小封装的28个引脚。 （5）具有外部的流控制功能。图2.2-1 PL2303HX引脚3 霓虹灯的硬件设计 硬件设计一般分为三个模块，这三个部分分别是：复位控制电路模块，时钟模块电路，发光二极管模块，设计模块和外设USB接口模块，下面就是是详细介绍了这三个模块的硬件设计。3.1 复位控制电路 单片机需要重置开始操作时,重置CPU和其他组件在系统处于工作状态决定的,并从这种状态开始工作。在系统中,有时还有异常显示和不正常运行状态,并且为了我们更加方便的调试,所以在单片机复位电路的设计需要,复位电路主要完成以下的两个功能,即系统上电复位功能,以及系统在运行时用户按钮复位功能。 在单片机的复位是由外部的电路设计完成，AT89C51单片机复位引脚RST，显著性水平为高水平。如果RST保持高电平，单片机复位。在这一点上，ALE/PSEN，P0，P1，P2和P3口是一个高电平输出。如果此时RST为低电平后，并且单片机退出复位状态,那么此时CPU就会开始正常工作。值得我们注意的是，复位操作将不会影响片上RAM工作重要内容。 复位电路控制器的基本功能主要是指在上电复位信号的时候，只有当电源稳定后从而取消复位信号控制器，单片机进入正常工作状态。图3.1-1展示的是基本RC复位电路，这个电路为高电平复位的时候有效果。图3.1-1 复位控制电路3.2 时钟电路 单片机控制运行在时钟脉冲的统一,时钟脉冲信号由单片机发出时钟电路,单片机时钟生成有两种内部时钟和外部时钟,本设计采用内部时钟。这种方式是使用振荡器在芯片内部,然后在别针xtal1和xtal2销连接频率为11.0592MHZ晶体振荡器,构成了单片机自激振荡器,发出脉冲直接进入内部时钟电路。外部晶体,C4和C5价值15 pf - 33 pf,电容优化影响频率。C4和C5的值一般会16PF-34PF之间选择，而电容对频率则有微调的作用。如图3.2-1所示，即为时钟控制电路的电路图。图3.2-1 时钟电路3.3 发光二极管的设计 如图3.3-1的发光二极管的电路是我们这次设计的最重要的硬件设计部份，26发光二极管连接到P0端口8引脚和引脚，p0_6和p0_7两引脚连接到发光二极管的负极，二极管直接连接到阳极，通过低水平销，可以让这两个二极管。 然后剩下的24个发光二极管分为6组,P0 P0销5分别有四个甚至发光二极管阴极连接,然后在P1 2 - P1 5针分别连接一个PNP型三极管管,将四个三极管集电极与每一组发光二极管的阳极连接随后控制港口P1三极管管24 led提供一个高水平,通过P0端口发光二极管提供低水平并达到26个发光二极管光一个接一个,为了促进发光二极管闪烁的各种各样的图形。图3.3-1 发光二极管电路3.4 外设USB接口 单片机外围设备有两个方法:串口和USB接口,串行端口连接外围设备非常方便,但是串行端口USB接口,更多的优势,例如:容易使用,数据传输速度和串行连接很快学校相比,您可以连接多个设备,得到了广泛的应用。 如图3.4-1是便是我们这次设计的外设电路，它就能够使控制器以及电脑通信完成工作，从而用在往霓虹灯提供电源以及程序下载等等多项功能，用PL2303HX芯片实现USB接口。图3.4-1 USB接口3.5 按键设计 在单片机应用系统中的人与机交互，往往需要配置一些开关，从而来实现对单片机内部输入数据，发送命令信号，等功能，是一个单芯片的人工干涉的重要手段的微机系统。开关"断开”和"关”两个稳定状态。通过简单的电路的状态转换逻辑电平"1”和"0”，并通过中央处理器接口电路的控制下进行检测，而我们日常生活中较为常用的按键开关一般有按钮开关以及触摸开关两种。 我们这一次的设计使了用两个独立的按钮,电路设计独立按钮,每个按钮和P1端口的其中一个引脚相连接，而另一端连接地面。没有按键,I / O 2 P1端口连接到高水平的阻力,信息是1;当有键被按下时,对应的I / O口,通过电阻去连接高电平位，同样另一个引脚进行接地连接，所展示的信息表现为“0”。服务器配置向导虹灯的两个按钮。经过这两个按钮对霓虹灯进行较远距离进行控制。这两的按键的硬件设计如图3.5-1所示。图3.5-1 按键的电路4 霓虹灯的软件设计 这次设计的软件部分主要分成了两个模块：延时函数模块以及主函数模块，程序设计的十分简单而且很容易让人理解。4.1 延时函数 这种延迟函数用于实现发光二极管的闪动功能主函数调用，其延时为0.2s。程序如下：void delay02s (void) unsigned char i,j,k;for ( i = 20;i > 0; i- )for( j = 20;j > 0; j- )for( k = 248; k > 0; k- );4.2 按键控制程序 程序设计的成效是假若中央处理器检测到了K1,霓虹灯这个时候将分开成两个部分进行相互交替不停地闪烁,假若中央处理器检测到了K2,那么此时霓虹灯将会点燃并且不断的闪光。 因为关闭的按钮按下,将会产生一个负面的矩形脉冲,但是由于按下按钮的时候,多多少少都会有一些抖动,因此为了克服关键接触机械抖动而造成的错误检测，此时就必须要采取措施来解决这种不应存在的抖动,我们可以从硬件和软件两个方面进行着手,但由于软件防反跳相对比较简单,而且又可以减少投入的成本,所以我们采取了软件控制快关而进行去除因抖动而造成的误差。其流程如图4.2-1所示图4.2-1 按键去抖4.3 霓虹灯控制程序 在主函数中，每点亮一次那么这个时候发光二极管就将会调用一次延时函数，并且经过以下两个字符型的数组：a=0x7f,0xbf,0xdf,0xef;b=0x0f,0xf3,0xfc,0x37,0xcb,0xF7,0x9f,0x6f,0xfb分别对P1和P0两个端口进行扫瞄，从而实现霓虹灯先自上而下、自左往右、自右往左等不同的次序轮番点亮闪动。如图4.3-1是该程序的流程图：图4.3-1 程序流程图5 结束语 这个策划是一个霓虹灯控制器基于单片机的控制器,控制系统选择使用单片机AT89C51,发光二极管设计为主要硬件设计,成功的达到霓虹灯的硬件电路以及软件程序的设计，实现了霓虹灯控制器的设计。达到单片机的八个引脚上单独点亮二十六个不同颜色的发光二极管，可以从上到下,然后从右到左的闪光,从而实现霓虹灯的绚丽多彩的闪烁，达到了最终的目的。 在这个设计中，在实现了霓虹灯绚丽闪烁的情况下，还增加了2个单独的按钮，以人工的凡是对霓虹灯进行控制，从而为使用的人带来更加多样的选择，我们可以根究自己的喜好来控制霓虹的的闪烁方式。 该设计充分锻炼了我的操作能力，从理论到实践的全过程，单独的做完了全部的个设计，我学到了更多的知识。从最先设计一直到设计的最终完成中，对整个设计过程的认识，虽然遇到了很多设计过程中的问题，但在辅导老师和同学的无私帮助以及本人的不懈努力下，终于将该设计顺利的完成了。 在设计的过程中。起初他们的知识局限于书本的知识和老师教的知识,在设计思想不成熟,总是想不出一种单片机8针连接二十六个发光二极管,和可以实现独立控制每一个发光二极管,通过老师的指导和不断的实践和尝试,把单片机数码管动态扫描方法。 在本次设计中我获益匪浅，明白三点：1，要学会将理论与实践，只有实践才能发展我们的思维；2，面对困难时，要保持清醒的头脑，看到自己的问题，学会问别人，学习别人的经验，不要嫌麻烦，勇敢是不会成功的，因此我们必须学会理智，细心地处理所遇到的一切问题以及困难；3，学会独立，学会独自完成的事情，不要总是想他人来帮助自己，只有自己做，学习更多的知识，将知识有效地转化为自己的。参考文献参考文献：1 彭介华：电子技术课程设计指导，高等教育出版社，2008.4，P3-P72 高吉祥、易凡：电子技术基础实验与课程设计，北京电子工业出版社，2005.6, P21-P30 3 任为民：电子技术基础课程设计，中央广播电视大学出版社，2006.12, P7-P154 李群芳、肖看、张士军：单片机微型计算机与接口技术，电子业出版社，2011.11 , P52-P575 马忠梅：单片机C语言应用程序设计，北京航空航天大学出版社，2005.6, P31-P426 林立：单片机原理应用基于Proteus和Keil，电子工业出版社，2009.7, P15-P27 7 祁存荣，陈伟.电子技术基础实验（数字部分） 武汉理工大学教材中心8 邓勇.数字电路设计完全手册.北京： 国防工业出版社。9梁宗善.新型集成电路的应用-电子技术基础课程设计，华中理工大学出版社，2007.1210 王兆安，黄俊.电力电子技术.北京:机械工业出版社,200011 苏玉刚，陈渝光.电力电子技术.重庆:重庆大学出版社,2003.4致 谢 在我历时接近于三个月的时间里，终于，这篇论文从开始设计一直到现在也算是接近了尾声。在这段充满奋斗而忙碌的时间里，也让我体会到了学生生涯的即将结束而带来的恋恋不舍之情。 此次论文的顺利完成，我最要感谢的是我的指导老师潘蓉潘老师，是她教会了我一篇论文该怎样完成。从论文的选题，题材的选取，实验的设计，到实验的实施，到问题的解决，再到实验的总结，最后再到论文的书写以及结束。潘老师不厌其烦的指导以及帮助，无私无悔的为我解释所遇到的各种问题，可以毫不夸张的说，没您的指导，我这篇论文是不可能独立完成的。也许我不知您最出色的学生，但是您却是我最尊敬的老师，您那一丝一毫的耐心讲解，让我如沐春风。感谢您，潘老师！再多的话语也代表不了我对您的感谢，可是我还要说上一句，谢谢！为了我的论文让您操心了！ 其次我还要感谢我的同学！虽然你们并没有在我学术上的问题上有所帮助，但是在最关键的一些问题以及需求时为我提供了无求的帮助。论文的顺利完成，你们功不可没！谢谢！ 最后，我也要感谢的是我自己！是自己的坚持不懈，是自己的不甘失败，是自己的紧握拳头！感谢自己，为自己的学生生涯画上了最后的一笔，感谢自己! 附录1：设计原理图32