基于单片机的霓虹灯设计

1、学校代码学号1107044429公开分类号tn7.密级s目.碁于单述的露皿泄（中、英文）neon designbased.onsingle.chip_microcojmpute作者姓名专业名称电气工程及其自动化 w wm mb wmm m w w学科门类._x_学指导老师提交论文日期年五月成绩等级评定.摘要结合在大学四年己经学习的单片机课程，运用单片机控制芯片stc89c52完成以下设计要求： 用8个发光二极管（led灯）模拟设计一覔虹灯的系统，功能包括：1、8个led灯能双向循环点 亮控制，要求循环的速度可调；2、实现8个led灯全火、全亮功能；3、间隔点亮8个led中的4 个；4、实现8个

2、lk）灯闪烁功能，要求闪速频率可调；5、可扩展其他功能。木次设计完成以单片 机为核心的电路设计工作及程序编写调试工作；绘制了整体设计电路图；对设计的电路用protues 软件进行了仿真验证，本文对仿真结果进行分析并对是否符合设计要求进行了说明。通过这一次的 毕业设计，极人地提高了对单片机应用方面的认识，对平时的所学的知识也起到的一个很好的巩固 作用。关键字:单片机；霓虹灯；应用abstractcombined with the course of four years in university has，using single-chip microcomputer control chip

3、stc89c52 to complete the following design requirements: using eight light-emitting diodes (leds) simulation system design of a neon light，features include: 1，8 leds can bidirectional circular light control， require circulation speed is adjustable; 2, implement eight led lights completely destroyed，t

4、he whole function; 3, light up four of the eight led interval; 4，8 led lights flashing functions, requires flash frequency adjustable; 5, can be extended to other functions. this design with the single chip processor as the core circuit design and programming and debugging work; draw the overall des

5、ign diagram; for the design of circuit simulation is conducted using protues software validation, this article analyze the simulation results and meets the design requirements. through the graduation design this time, greatly improved understanding of scm applications, for the usual knowledge also h

6、ave a very good consolidate effectkey words: scm; neon; application目录1掛谜11. 1led 謎11.2方案论证21.3现代霓虹灯特点22霓虹灯硬件电路设计32.1硬件电路设计结构阁32.2 控制芯片 stc89c5232. 3时钟电路42. 4按键电路52. 5复位电路62. 6霓虹灯电路72.7电路联合调试83主程序流程图及实物焊接93.1主程序流程图93. 2实物焊接9总屬11辨文献:12附录程序源代码13翻寸16hi1概述现代单片机的另一种称呼也叫微控制器，这种微控制器在工业方面最早应用。单片机是由屮央 处理器一步一步

7、慢慢的演变而来的。单片机最早的设计构思是将很多的cpu和外围的各种设备集 成在一个芯片中，他可以使使计算机的软件，硬件更小，使其更容易集成进复杂的设备屮，一般要 求系统性能高，体积小。所以本次毕业设计也采用了以单片机为基础的题r，以来考查一个本科生是 否掌握了所学单片机基本的理论知识与简单的实际应用能力，为将来的工作奠定扎实的基础,这个 课题是指导老师张小青提出，他的要求是：1、8个led灯能双向循环点亮控制，要求循环的速度可 调；2、实现8个led灯全灭、全亮功能；3、间隔点亮8个led屮的4个；4、实现8个wd灯闪 烁功能，要求闪速频率可调；5、可扩展其他功能。意义：采用单片机控制系统技术

8、设计完成。通 过对本课题的研究，可以提高关于单片机方面模拟、数字电子技术应用的方面能力，提高单片机系 统设计与应用能力及对新型电子器件的应用能力。通过本次的毕业设计能够培养自己独立分析问题 的能力，并且将其完美的解决，培养动手能力与创新能力相结合的动手能力，相信这在以后的工作 生活屮也会对我有很大的帮助。1. 1led概述lk）灯，他的别称也就是发光二极管，led灯是一种普通的固态的半导体器件，它的功能就是 电转化为光。半导体的晶片是led的核心，晶片的一端附在一支架上，一端是负极，另一端则连接 电源的正极。半导体品片主要是由三部分组成，他的第一部分是p型半导体，在p型半导体里面空 穴占主导地

9、位，另一端就是我们所熟知的n型半导体，它里面充满了电子，它的屮间通常是量子阱。 当电流通过导线通过于位于其屮的品片的时候，空穴与电子就会快速被推向量子阱，在量子阱内空 穴与电子发生一系列的作用，然后就会发出能量，当然是以光的方式。这就是简单的led发光的原 理。由于它易于被控制，并且易于实现，一般情况之下，使用寿命长等优点，所以被现代社会所广 泛的应用。lk）可以在单片机的控制之t在预先准备好的电子屏幕上显示出极其复杂的动画效果。 lk）是一种能够将电能转化为可见光的半导体。本次设计只是简单的基于单片机的霓虹灯设计，所 以只涉及了让led灯按照编程进行简易的亮灭。具体结构如阁1所示:透明坏氣种

10、針装 慚形夂袈有次*f境的ot极抑阳极打led芯片阁i led结构1.2方案论证方案一:采用h前流行用的stc89c52控制芯片的单片机，对于目前来讲，市场生产普遍应用，功 能强大，便于实现各项设计要求，各种性价比更为合理方案二:采用fpga来设计，也能很好的完成课题，但经济成本太高,性价比过低，而作为毕业设 计不合理通过两种方案比较，第一方案为最优.1.3现代霓虹灯特点高效率霓虹灯相较于传统的电灯，由于是点燃管内的稀有气体发光，不同于传统电灯，通过电能灼烧 灯丝，高温放光，节省了大量的电能，霓虹灯具有更高的节能性效率以及效率。温度低霓虹灯不需要高温灼烧灯丝发光，并ii具有冷阴极特性，一般的工

11、作温度在60° c以下，所以 在各种复杂的天气状况下也能较好地保持工作状态。低能耗现代社会是一个科技迅猛发展的吋代，关于霓虹灯的各项技术也在不断地革新，并ii由于单片 机功能也在日益强人，使霓虹灯的能耗人人降低，霓虹灯的每米灯管耗电量也人人的降低了。这方 面的发展将来或许会给人类一个惊喜。筹命长霓虹灯的使用寿命是极其漫长的。即使是连续不断的使用，据可靠地调查显示，连续工作1000 小时也不是问题。这项优势足以秒杀其他发光体。灵活多样由于霓虹灯是由可烧制的玻璃管制成，可以根使用者的意愿，烧制成不同的形状，对于颜色的 选择，也可以冲入不同的惰性气体，所以他的形状和颜色都是多变的，这可真是

12、一个伟大的发明。2霓虹灯硬件电路设计2.1硬件电路设计结构图整个系统由四个模块电路组成，分别是按键输入模块，电源模块，单片机模块，霓虹灯显示模 块。其屮按键输入采用5个按键，一个复位按键，一个花样变换按键，两个频率变换按键，以及一 个预留按键，以便后续增加其他的功能。霓虹灯显示模块用八个led灯即可。电源输入采用普通的 家用电源即可。单片机模块采用性能较高的stc89c52,预先导入编好的程序。组成一个完整系统结 构。电源按键输入 单片机 霓虹灯显示图2硬件电路设计结构图2.2控制芯片stc89c52单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片 上，但是它

13、仍是具有一个完整计算机所需要的大部分部件：cpu、内存、内部和外部总线系统，目 前大部分的单片机还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等种种的外围设备。 而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。stc89c52单片机是一种带8k字节闪烁可编程，亦可檫除只读存储器（fperom-flash programable and erasable read only memory ）的低电压，高性能c0m0s8的微处理器，俗称单 片机。该器件采用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。stc

14、89c52具体介绍如下： 主电源引脚（2根）vcc：电源输入，接+ 5v电源gnd：接地线 外接晶振引脚（2根）xtal1：片内振荡电路的输入端 xtal2：片内振荡电路的输出端 控制引脚（4根）rst/vpp：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。alr/pr0g：地址锁存允许信号 psrn：外部存储器读选通信号ra/vpp：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部 程序存储器读指令。 可编程输入/输出引脚（32根）stc89c52单片机有4组8位的可编程i/o 口,共32根，每个口有8位（8根引脚），分别位p0、 pl、p2、p3 口。

15、p0： 8位双向t/0 口线，名称为p0.0p0. 7 p1： 8位准双向t/0 口线，名称为p1.0p1.7 p2： 8位准双向t/0 口线，名称为p2.0p2. 7 p3： 8位准双向t/0 口线，名称为p3.0p3. 7ui0 12 3 4 5 6 7 1 1 1. 1 1ppppppppp33p32p35p34.r-14vcc 31xtali 19 xtai2 18res 9fcifepi.0(t2)(ado)po.op1.kt2ex)(addpo.lpl.2(ad2)k).2pl.3(ad3)p0.3pl.4(aw)p0.41)1.5(ad5)p0.5pl.6(ad6)p0.6pl.

16、7(ad7)p0.7r3.3(int1)(a8)p2.0p3.2( into)(a9)p2.1p3.5(ti)(a1o)i>2.2(a1dr2.3p3.4(t0)(a12)p2.4e.a/vtp(a13)p2.5(a14)p2.6xtalixtal2(a15)e2.7vex:rstgnd(rxd)p3.0w.7(rd)(txd)p3.1 ale/pr(x5p3.6(wr)psen<<7<13837r)236_p03一35 rm34r)533to632p0721p2022r2i23r22如24 _p2325p2426r2527p2628r2740vcc20gnd10rm)

17、 _11 p3i30 ale29 psen39 iwstcb9c52|?| 3 stc89c522. 3时钟电路时钟电路用于mcs-51单片机工作所必需的时钟信号。时钟电路有内部时钟方式和外部时钟方式两种方式。1. 内部时钟方式单片机stc89c52内部有一个高增益反相放人器，引脚txd和rxd分别是此放大器的输出端和 输入端。内部方式的时钟电路如图4所示：其中的定吋元件通常采用石英晶体和电容两个器件所组 成的并联谐振回路。电容值的大小可对频率的大小进行调整，晶体振荡频率可以在1.212mhz之 间选择，电容值在530pf之间选择。极大地方便了使用者的设计。xtal1& 8051x1a

18、l2图4片内时钟电路单片机mcs-51经常被我们所选用的振荡频率为12miiz或者6miiz的石英品体。（二）外部吋钟方式我们这里用到的外部时钟其实就是使用外部振荡脉冲信号，经常被应用于多片单片机同时工作， 可以很好地同步。外部振荡器的信号接至xtal2,所以，如图5，xtal1应接地。因为xtal2端的逻 辑电平不是ttl,所以接一个上拉电阻。图5外部时钟电路本设计只采用一片单片机，外接震荡脉冲信号不穂定，没有内部时钟电路实现起来方便易操作， 所以本设计采用片内时钟电路。2. 4按键电路我们所应用的独立式按键就各按键相互独立，各个按键都不会相互影响，因此，通过检测t/0接u 线的电平状态就可

19、以判断出是哪个按键按下.当按键未按下时，开关处于断开态，p3. 0-p3. 3都处于高电平，当只要有一个按键开关按下时，开关处于闭合状态，四个键中一个处于工作状态.pl opl 1pl 2pl 3key2keykey3key key 4keygnd阁6按键电路2.5复位电路我们所应用的所有单片机在启动时都需要复位，以确保系统各部件处于确定的初始状态，并从 初态开始工作。单片机系统的主要两种复位方式有：手动复位与上电复位。（一）上电复位如阁7所示，上电复位电路，只要在rst复位输入引脚上下接一个电阻到地，再在在rst复位 输入引脚上接一个电容至vcc端即可。图7上电s位电路（二）手动复位tooi

20、ojif4卜8.2kq阁8手动复位电路我们所经常应用的手动复位需要人工手动的加入高电平。所采用的办法如图8所示，一般是在 正电源vcc与rst端之间接一个按钮。当按下按钮时，则vcc的+5v电平就会直接加到rst端。手 动按钮复位的电路如图8所示。手动复位电路架结构简单，容易实现，所以本设计采用手动复位电路。2.6霓虹灯电路如图9所示的霓虹灯电路，根据本次设计要求，并联了八个led灯，并且加入一个上拉电阻以 保护、调整电路，剩下的只需接入其他电路与电源即可。由于lrd灯只需少量能量点燃其中惰性气 体即可，所以整个电路的能耗极低，并且在现在的技术条件下易于实现。所以本次设计选择了这个 霓虹灯电路

21、。图9霓虹灯电路2.7电路联合调试在protues中绘制电路图，确保电路图的正确性的同吋，尽量使电路图简洁明了，避免不必 要的电路图结构。结合kei 1c中的程序进行联合调试。运行后，1、按下第一个键位8个led灯能 双向循环点亮，并ii循环的速度可调；2、按下第二个键位，8个led灯全灭、全亮功能；3、按下 第三个键位，8个led中的4个间隔点亮；4按下第四个键位、8个wd灯闪烁，并且闪速频率可调。 在此基础上添加复位按键，频率变化后，按复位键后可实现频率复原。3主程序流程图及实物焊接 3.1主程序流程图开始图11基于单片机的霓虹灯设计流程图1、花样一：8个led灯能双向循环点亮控制；2、花

22、样二：实现8个led灯全灭、全亮功能；3、花样三：间隔点亮8个lh）中的4个；4、花样四：实现8个wd灯闪烁功能。3.2实物焊接根据上述的原理及电路图，进行实物焊接。在进行实物焊接时应注意以下儿点：1. 辨别好发光二极管的极性，杜绝接反的的情况发生；2. 严格按照电路图焊接，避免错焊，漏焊，并且保证电路板焊接效果的整体美观，简洁，按 键易于操作；3. 在焊接时，注意焊锡，避免电路短路的发生；4. 注意焊接后的保存，避免元器件损伤。置畺：鲁鲁參鲁鲁c "c>c< 5* a <o(>< toccoooc 000( ccf 羞i oct t ©occ

23、cc 1 km ! ?ooooocooo、爆 » t < 詹，*ffroooooooo*poooocr> 、嗜，囑疇嘴,*00鏞00籲界今，kw 冒、oovoo 旅介叫分oovoo0000000614oocoooooi oo<*soooo 00000 oooooo图12实物焊接图总结在经过几周不懈努力，基本完成了毕业设计任务，通过本设计锻炼了我自己的理论与实践相结 合的能力，也为以后的工作奠定了基石，21世纪的科技与信息快速发展吋代，任何领域都要用到电子， 而单片机是最基础，是步向其它复杂芯片的基石.基于单片机霓虹灯设计相对来讲简单些,但是应该 认真对待，因为复杂是

24、由简单不断创新、组合而来的。整个毕业设汁中，遇到了很多的困难，但都 被一一解决，过程中，锻炼了自己许多的能力，比如我的细心、耐心和专心，在这次毕业设计中学 到很多的东西，冇以前不太注意的细节,在以后也是必须自己去注意的，也是对四年来所学知识一个 总结与升华,我明白一个道理，每一次的理论与实践环节来之不易，而这些课题是指导老师深思熟虑， 才给设计的课题.然后让我们通过所学的单片机知识来做出本次设汁.与此同吋，我们也随着阅历的 增长不断扩充自己的知识层面，明a老师为我们的奉献。由于毕业在即，吋间略为仓促，错误与不妥之处也存在很多，恳请老师批评指正。参考文献1 杨梅梅.基于单片机的流水灯设计j.科协

25、论坛(下半月)，2011, 11： 61-622 刘汉明.用c编程单片机流水灯程序jl电子制作，2013,01:29-313 王莉莉，宋冬萍.基于单片机的花式流水灯的设计jl广西轻工业，2011, 11： 87-884 张灿.单片机花样流水灯设计j.信息通信，2013.01： 47-485 俞国亮.mcs-51单片机原理与应用m.北京:清华大学出版社,20086 汤秀芹；匡洪丽;马强.基于spce061a的霓虹彩灯控制系统j;辽宁科技大学学报;2010年04期7 游达章，黄劲.简易led点阵汉字显示控制模块设计j.现代显示，2008, (05):8 刘永春；张锋；王秀碧.基于单片机的水温控制系

26、统设计a;第三届全国虚拟仪器大会论文集 c;2008 年9 温武;陈耀华.基于单片机控制的led灯具智能开关控制系统j;电脑知识与技术;2010年13期10 付云强;宋风娟;韩来吉.at89c51单片机在步进电动机控制系统中的应用j;煤矿机械;2007年 08期11 颜严.照明技术的革命j:激光与光电子学进展;2002年11期12 韩党群，邓北川.全国大学生电子设计竞赛辅导浅析j;西安航空技术高等专科学校学报;2002 年01期13 宋云富.发光二极管的几种应用n;电子报;2007年14 温徳荣.发光二极管系列产品介绍n;电子报;2001年15 张毅刚.单片机原理与应用设计m.北京：电子工业出

27、版社，2008附录程序源代码#include <reg52.h>#define uint unsigned int #define uchar unsigned char#define light p2 sbit chose=pla0; sbit accelerate=p 1 八 1; sbit moderate=pla2; uint time= 100; uchar model=0; void timer_init(void)tmod=0x01;tl0=0xa0;th0=0xf6;ea=1;et0=l;tr0=l;void delay(uint x)uint ij;for(i=0

28、;i<x;i+)for(j=0;j<221;j+);>void lightcycle(void) uint buffer=0xff; uchar i;for(i=0;i<=8;i+)light=buffer; delay(time); buffer«= 1;buffer=0xff;for(i=0;i<=8;i+)light=buffer;delay (time); buffer： 1;>buffer=oxff;for(i=l;i<=5;i+)light=buffer;delay(time);buffer=(oxff«i)&(oxff»i);buffer=oxff;for(i=l;i<=5;i+)light=buffer;delay(time);buffer=(0xff«(i+4)|(0xff)»(i+4);> void main(void)timer_i