基于单片机的霓虹灯控制器设计

计算机控制技术基于单片机的霓虹灯控制器设计学号：XXX姓名：XXX日期：2013年11月26日计算机控制技术目录第1章绪论.....................................................11.1选题的背景与意义........................................1第2章系统总体设计.............................................22.1方案的选择..............................................22.2系统总体设计............................................22.2.1串行输入并行输出74HC595的介绍....................32.2.2LED点阵的介绍....................................4第3章硬件设计.................................................63.1硬件选型................................................63.1.1主控电路的选择与论证..............................63.1.2显示设备的选择与论证..............................83.1.3控制器模块选择....................................93.2硬件电路设计...........................................103.2.1硬件部分.........................................103.2.2单片机最小系统电路图.............................113.2.4点阵驱动模块单元电路设计.........................123.2.5点阵模块单元电路设计.............................133.2.6红外遥控模块单元电路设计.........................153.2.7红外遥控接收模块单元电路设计.....................16第4章软件设计................................................174.1系统流程...............................................174.1.1主程序设计.......................................174.1.2单片机I/O口分配.................................174.2各模块程序.............................................184.2.1显示程序设计.....................................194.2.2红外接收程序设计.................................18计算机控制技术1第1章绪论1.1选题的背景与意义霓虹灯是一种冷阴极辉光放电灯，直接将电能转换成光能。自其问世以来，历经了上百年的发展，现已成为重要的显示、装饰光源。霓虹灯由于其外形变幻多端、加工灵活、色彩丰富，在广告业、商业、交通、建筑、室内外装饰、舞台布景、家用电器、城市美化等领域发挥了特有的作用。单片机自问世以来，迄今已有三十多年了，其产品琳琅满目，产家也众多纷纭，功能也是五花八门。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的应用。在许多基于单片机的应用系统中，通过软件编程实现对外部硬件电路的控制。它给人们的生活带来了很多便利。因此本文将单片机与芯片结合起来，设计了一款用单片机控制的霓虹灯控制系统，伴随着霓虹灯图像的变化有不同的效果。流水灯在现代社会就有广泛的应用，大型电子广告牌、霓虹灯、指示牌和工业控制的控制面板等等都有流水灯的应用。而且基于单片机的流水灯的控制系统利用了单片机的内部资源，如定时器、I/O口和寄存器等，完成了单片机系统开发的基本流程，因此具有典型的代表意义，是学习和开发单片机的基本实验之一。AT89C52单片机是可多次改写的可编程芯片，用这种芯片构成的系统简单、可靠，性价比相当高，适合成为霓虹灯程序控制器的核心部件,结合锁存器MC74HC373实现的控制器功能，时间常数易修改，使用灵活，电路易实现，成本低，控制芯片更换方便。控制器的花样变化及速度调节能用软件方法实现，这样进一步提高了性价比。计算机控制技术2第2章系统总体设计2.1方案的选择本设计要求完成一个霓虹灯控制器，控制发光二极管点阵显示，要求能形成多种图案和字。实现图案和字的左右移动、暂停、继续移动、跳转到指定字的操作。本设计是以STC89C52芯片的电路为基础，通过软件程序来控制单片机内部的定时器来控制256×256的矩阵贴片发光二极管的明亮，显示不同的图案花样，形成霓虹灯控制器。实物以STC89C52为主控芯片，红外遥控模块构成电路，主要包括电源、控制电路、显示电路。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。该软、硬件系统具有很好的通用性和一定的实际使用价值。2.2系统总体设计本设计是基于STC89C52RC单片机为核心器件控制整个系统进行工作的，系统控制框图如图2-1所示。图2-1控制系统框图如图2-1所示，本方案具有红外遥控模块、单片机控制模块、显示模块，共三个模块。此外，通过主控单元电路的扩展，可添加多种附加功能。单片机控制霓虹灯的设计以单片机STC89C52RC控制为核心，通过红外遥控器发出信号，接收头接收信号，通过单片机的中断处理，对图案的显示进行控制；串口通信是为了帮助STC单片机实现程序的下载；点阵模块有图案显示，也有文字显示，对文字有左右滚动、速度变化、暂停、播放等操作。根据系统框图，对红外遥控单片机电源LED点阵计算机控制技术3单元电路控制进行设计。2.2.1串行输入并行输出74HC595的介绍74HC595引脚图如图2-2所示：图2-274HC595引脚图74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器是分别的时钟。数据在SHcp（移位寄存器时钟输入）的上升沿输入到移位寄存器中，在STcp（存储器时钟输入）的上升沿输入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7’）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态。三态。其真值表表2-1所示。计算机控制技术4表2-174HC595功能表(真值表)输入输出功能SHCPSTCPOEMRDSQ7’Qn××L↓×LNCMR为低电平时仅仅影响移位寄存器×↑LL×LL空移位寄存器到输出寄存器××HL×LZ清空移位寄存器，并行输出为高阻状态↑×LHHQ6NC逻辑高电平移入移位寄存器状态0，包含所有的移位寄存器状态移入×↑LH×NCQn’移位寄存器的内容到达保持寄存器并从并口输出↑↑LH×Q6’Qn’移位寄存器内容移入，先前的移位寄存器的内容到达保持寄存器并出2.2.2LED点阵的介绍LED显示器件种类繁多,从简单的单个LED到LED光柱显示,字符显示再到大面积的平板显示,应有尽有。LED之所以受到广泛重视与迅速发展,是与它具有的优点分不开的,这些优点概括起来是:工作电压低,功耗小,小型化,易与集成电路匹配,驱动简单,寿命长,耐冲击,性能稳定。近年来,由于半导体材料的制备和工艺逐步成熟和完善,超高亮度R、G、BLED的商品化,全色LED平板显示可以适用于室内外各种目的的应用。1、逐行扫描原理LED显示屏两组等距平行排列的电极分别称为行电极(扫描电极Xi)和列电极(信号电极Yj),行与列电极相互垂直,在交叉点形成发光单元LED。点矩阵的驱动一般采取逐行扫描方式寻址,这种方式是一次对Xi行上所有的单元点同时进行寻址,在Xi行上单元点被寻址之后,再移向Xi+1行寻址,即扫描电极是从头到尾顺序地选取,而信号电极可同时选取一个或多个以显示需要的图像。或者说,在某一时刻给某一行电极施加扫描脉冲,其他行电极施加非扫描脉冲,同时所有列电极给出显示或非显示驱动脉冲。接着把扫描脉冲施加到下一行电极,再给所有列电极施加显示或非显示驱动脉冲。当扫描频率足够快时,由于人眼的视觉暂留现象,就可以在显示屏上呈现稳定的图像效果。2、256×256点阵内部结构256×256单色点阵共需要256个发光二极管组成，且每个二极管是放置在行线与列线的叉点上。本设计是一种实用的汉字显示屏的制作，制作的是单色点阵。考虑到元器件的布线的难易程度，直接采用256×256的点阵模块。对比下面的256×256单色点阵和256×256双色点阵可以看出，其实256×256双色点阵就是两块256×256单色点阵组合在一起的。要实现用两种颜色显计算机控制技术5示，只要在电路的设计中适当的连线就可以了。256×256单色和双色点阵LED结构分别如下图2-3和图2-4所示。图2-3256×256单色点阵图2-4256×256双色点阵计算机控制技术6第3章硬件设计3.1硬件选型3.1.1主控电路的选择与论证在本设计中，主控电路有三种实现方式。1、采用89C51单片机作为CPU。89C51单片机是8位单片机，4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量中断结构，一个全双工串口通信口，片内振荡器及时钟电路。其指令是采用的被称为“CISC”的复杂指令集，工具有111条指令，与其他高位单片机相比而言，指令周期较长，运算速度太慢，而且由于其内部总线是8位的，其内部功能模块也基本上都是8位的；89C51单片机本身的电源电压是5伏，89C51有两种低功耗方式：待机方式和掉电方式。2、采用LCP2138单片机作为CPU该芯片其本身自带A/D转换功能，带大容量的32KRAM和512KFLASH,内部资源丰富且系统稳定，芯片价格昂贵。3、采用STC89C52RC单片机作为CPUSTC89C52RC是一款低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用宏晶公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的STC89C52RC可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。STC89C52RC主要功能特性如表1所示，其引脚图如图3-1所示。表3-1STC89C52RC的功能特点STC89C52RC主要功能特性:兼容MCS-51指令系统8k可反复擦写(1000次)ISPFlashROM32个双向I/O口4.5-5.5V工作电压3个16位可编程定时/计数器时钟频率0-33MHz计算机控制技术7全双工UART串行中断口线256x8bit内部RAM2个外部中断源低功耗空闲和省电模式中断唤醒省电模式3级加密位看门狗(WDT)电路软件设置空闲和省电功能灵活的ISP字节和分页编程双数据寄存器指针图3-1STC89C52RC引脚图STC89C52RC具有如下特点：40个引脚，32个外部双向输入/输出(I/O)口，5个中断优先级2层中断嵌