AT89C52单片机；LED灯；定时器；光敏传感器

第2章LED景观简介根据现代全球显示能源短缺受到人们的不断关注背景下，怎么才能有效快速的节约能源成为我们即将要面临的一个非常重要的问题。在光照的领域上，LED灯的照明产品的使用已经引起了全世界的关注。在很早中国的LED灯产业就已经开始了，经过了多年不断努力的发展，中国LED产业开始形成了一条比较完整的产业链，其中就包括了LED外板的不断生产、LED的芯片制造、LED芯片的包装和LED产品的使用。2.1LED液晶显示据目前调查中国的半导体照明行业发展非常好，国外的芯片公司的发展非常快速。很多包装类公司的规模相对快速扩大，照明的使用也取得了非常大的进展。在2008年，中国的LED使用产品的生产数量已经超出400亿元人民币。它已经成为了全世界上最大的、种类最多的彩色LED显示器、太阳能LED、景观照明和其他应用产品的生产商和出口商，一个全新的半导体照明企业已经开始在兴起。中国也将在照明这片土地上形成了一定的风景线。其中，外部照明的发展是最快最迅速的。目前已经有几百家LED路灯照明公司，和几十条规范的道路已经建成。然而，中国在大型的液晶显示和汽车前后的照灯方面还是非常落后。LED显示器的结构很复杂，尤其是对于外部显示器。电源、环境亮度和环境温度都直接影响了示器的正常运行。LED显示器,控制系统中温度、亮度、功率等,均应根据需要自动检测和控制,并调节亮度、色度、设置屏幕横向和纵向的立场和工作都可以根据需要实施远程模式转换等。显示器的控制系统其中包含了输入接口电路、信号控制电路、转换和数字化处理电路以及输出接口电路。这其中用到了很多特定的技术。自动检测和远程控制技术。液晶显示器是通过控制单片机和核心部件来显示的。国内外的微控制系统主要使用单片机作为控制核心。因此，单片机的发展将有助于开发简单实用的电子产品。在这个设计中，使用更先进的AT89C51单片机作为控制核心，其功耗非常低。2.2LED点阵显示点阵LED屏幕是由LED组合而成，开灯还有关灯是可以显示其中的图像文本、动画视频等显示。LED点阵显示器的制作非常简单，使用起来也是非常方便和快捷，大规模的应用到了各种公共场所，比如各类车站、广告大屏和仪表盘。LED点阵显示系统的每个模块都具有两种显示方式：动态的显示和静态的显示。静态显示的原理与动态显示原理对比就是简单，操作比较方便，但是其硬件的布线方式非常的复杂。在生活的实际应用过程中，通常会选择使用动态显示的方式。因为动态显示是以数字化的形式来工作。它是通过具有大镐的脉冲驱动，并从上到下连续显示。频闪镜的每一行都是关闭的，同时向每一列发送一个表示图形或文本信息的脉窄冲的信号。通过反复上述的操作，可以显示各种图形或文本信息。点阵LED显示器有单色、双色和彩色三种颜色，可以显示红色、黄色、绿色和橙色。LED点矩阵4×4、4×8、5×7、5×8、8×8、16×16、24×24、40×40等;它被等分为像素数、主双色、三色等。显示的文本和图像的颜色因像素的颜色而异。单个主色点的矩阵只能显示固定的颜色，如红色、绿色和黄色。颜色是由像素中不同颜色的发光二极管组合而成。2.3彩灯原理介绍根据三种主要颜色的原理，系统可以由三种基本的颜色绿、蓝、红组成一个可以变换的单元。LED灯泡有三种主要颜色:蓝、绿、红。这三种原使颜色混合后，有七种颜色可供选择。该系统还利用单片机U0端口的PWM调制来调节LED亮度，使不同颜色之间的变化变得柔和;还可以进行外部设置，如设置颜色变化周期、初始颜色和不同场景的表示。2.3.1彩灯实现原理本节解释如何使用三种主要颜色的原理来实现彩色光的颜色转换。该系统使用三个独立颜色的LED灯泡。如果想要在直线上混合颜色的话可以使用平常用的三原色来进行混合。比如说,如果两个LED灯的亮度是相同的情况下,并且两个灯的颜色为蓝色和红色时，如果熄灭的是蓝色的LED,这时黄色的LED灯变为了彩色;如果两个LED灯的亮度显示不一致的情况下,是红色比黄色亮的话，这个时候灯的颜色则会发生变化,如果这时的亮度比平时低的话,彩色灯光的颜色也会随之呈现不同的颜色。如果三个LED灯泡的亮度是完全一样的情况下,这个时候白色就是它们的主颜色,灯光的发亮程度和白炽灯是非常相近的。2.3.2彩灯变换的实现led灯泡能发出一定的光。为了实现色彩变换的效果，就需要使用一台芯片计算机来控制不同的光，释放不同亮度的光。控制电灯的亮度需要使用微型控制器(D/A)的PWM来进行数字/类比(D/A)。你要的颜色再打给我2.4系统设计框架彩灯需要定时变换色彩，也可以根据用户设定的方式变换色彩。这要求系统具备一定的控制功能，并为用户提供可操作的接口。另外，还需要选用特殊的灯泡来变换色彩，最后，系统将留出功能接口，使用户能同时使用多个彩灯。2.4.1单片机控制个人芯片电脑的开发过程比较复杂，因为组内技术的发展是最早的。我们知道微观控制台的指令与普通电脑很相似但他们也有自己特别的指令像mcs系列中的微控制器一样，活度编辑是一种特殊的抓好方法，至少提高了这种微控制器类型处理代数的能力。此外，核准系统核准的方式是一个较具体的方式。我们都知道，微观控制者的功能开发集中在交叉技术上，为微型控制者提供外部扩展功能。它主要包括:第一个平行界面，第二次串联界面，第三个数字模拟和模拟转化器，还有第四种界面维护技术。为了扩充，计划中的微型计算机实现了内部作业效率的互动能力，并广泛运用了许多高级别语言开发工具，在高级平台上模拟可以更快地开发出来。它奠定了对微型电脑的广泛运用。个人芯片是一个更好的应用。独码电脑有很多E/a线路汽车工业使用的多数是晶片微缩电脑。如果行驶时没有注意到车辆，可以对车辆进行调整，即同时使用一种特定的方法，以便对车辆加以处理和调整。此外，随着一台芯片微电脑的能力得到改进，芯片微电脑也被广泛使用于电脑网络和信息传输中。碟片微缩电脑有多完善了色灯的时间管理与颜色控制的完善，它不需要前置色灯。由于它是一台芯片微电路，因此无法进行任何加密信号传送，以致于电路会以不同的方式运作。描述控制插件和核心芯片安装具体实施职能如下:

(1)系统控制器利用内部计时器/计时器来达到时间点，并完成电灯的颜色转换。时间控制信号分为两部分，通过比较两个部分，可以调整灯泡的亮度以转换颜色。与此同时，两个计时器可以协调由一个芯片时间控制的多灯笼之间的同步和渐进式变化。(2)用微控制器产生pwm波长，实现物流电控制。这盏灯利用交流电路和微观控制器直通在这种情况下，微型控制晶片通常用于产生pwm波长来控制线轴。反应并保存用户自己的配置。该系统还允许用户自己配置它，以使集成微型计算机能够储存你所输入的参数，然后让集成计算机按照其参数执行程序。2.4.2灯泡的选定灯泡是这设计非常主要的一大部分，考虑实际生活中存在的一些问题，本文主要选择了具有非常亮的特性的LED灯泡。LED灯泡它含有发热能量非常低(冷光特性)、耗电量少(白炽灯泡的1/8)、寿命长(可达到50000h以上)的特点，可平面封装用于各式灯饰照明，配合不同灯罩后适用于各种场所。LED亮度比较稳定、没有闪烁感觉、消耗能亮也比较小、不容易发热，所以选择了这种LED灯泡作为本设计的首要先择，它可以让彩灯的色彩变换变的比较温和，灯光的色彩也很稳定。选定好了这种灯泡以后，然后开始分析了解清楚单片机的控制功能以后，最基础的系统架构就完成了。下面的工作是如何设定系统应完成的功能，并逐一实现这些功能。白色LED的出现是从身份识别功能到光明功能的一个关键步骤。白色的LED灯是与日光最相似的，这种灯能很好地展示出光照光线的真实颜色。因此从这种先进技术的角度来说，白色的LED灯不用想当然是最先进的技术。其中有类似的机械上的零件，例如普通灯、手电筒和手电筒，都相继推出，但工程十分昂贵，于是相关的产品却很难受到广泛推广。白led的流行行为需要降价，只有当白纸进入到一个特定市场规模时才会降价。两国的一体化取决于技术进步。本章小结本文主要根据人们生活和科技上的发展主要对LED灯进行详细的介绍和对灯泡的选定也作出相应要求，通过对灯泡的一系列筛选最后才决定选择节能环保并且价格低廉的灯泡，这种灯泡不仅光线稳定而且节能能力也比较强，这种灯具很受消费者的欢迎。所以最终选定以节能灯泡为标准。第3章LED景观系统设计人们的生活在不断提到，生活质量上的要求也越来越高，在外面我们可以看到有许多的场合用彩色霓虹灯做为一种景观。LED彩灯具有颜色多样化给人视觉上的一种冲击感，以将要由系统执行的主要功能为参照图三所示的系统结构:整个系统分为一个芯片微电脑系统，一个硬件系统和一个软件系统。电路设计和坏蛋设计主要描述了硬件电路的设计，在所有的统一电路中，把所有主要元件的结构概念、笔直功能以及其他一些特点加以说明。如图3-1所示。电源模块电源模块光敏传感器时钟模块AT89S52按键矩阵电源模块LED灯图3-1系统结构图3.1单片机最小系统单片机芯片最低或最低系统指的是让一台一台芯片微计算机运作的系统，它由最少的组件构成。在单元51中，所有最小的集成电路系统应该包括:如图3-2所示。图3-2单片机最小系统图3-3AT89C51的引脚图引脚说明：在电路中进行电压提供的是VCC，为了防止触电必须要接地，接地使用的是GND，P1口是一个双向开口的口，它是进行双向漏极的口，而且P1口是可以提供外部电压的，这是它的最大优点之一。P1.2口是的8位双向的，它也是一个I/O口，并且内部含有上拉电阻。P1.3口有AT89C51的一些独一无二的功能,P1.3口是可以接收一些信号的，在邓进行变化和闪烁时，RST的功能是可以进行复位的输入。IPSEN是一种通选信号，它也是一种存储器，主要作用在外部环境中。XTAL1的主要作用是作为内部电路的输入和输出，主要是时钟电路，和作为振荡器，并且是反向的。XTAL2是作为外部电路的输出。

如果在XRAL1和XRAL2引脚上将本设计所用到的振荡器比如说外部的,它是可以进行识别的，并且会形成一种特殊的震荡模式。因为微处理器内部是有一个高增益增加的放大器,当外部电路对它进行连接时,它就会形成一个自增振荡器并且会产生外部时钟电路。具有可复试的的内部电路。Cl和C2电容器在一些特殊的方面会发挥极大的作用,它的容量值一般为4-50pF。外部晶体频率的经典值是18hz,但是在一般情况下会使用6mhz这种工作模式。如图3-4所示。图3-4时钟电路图当单片机AT89C51其中一个的复位引脚RST(全称复位)在比2个机器周期内处于高电平还要高时，单片机AT89C51要进行复位的一系列操作。如果RST持续变高的话，微控制器正在循环复位的状态。可以按照应用程序的需求，复位操作一般有两种最基本的形式:一种是开机复位，另一种则是开机或开关复位。在开机时重新启动需要在开机后自动执行重新启动操作。如图3-5所示。图3-5复位电路电路图3.2按键按键有时也称按钮或开关，它是控制系统中常用的外部设备之一，也是最简单的数字量输入设备，常见的按键设备如图所示。键盘是由若干个规则排列的按键组成，如手机键盘和计算机键盘等，不同的按键代表着不同的含义（一般来说，按键的含义可通过软件定义）。用户通过按动按键，输入数据或命令，实现简单的人机交互。本文通过三脚拨轮开关实现功能，在某些控制系统中为了节省I/O引脚资源，可以采用多功能按键实现单个按键的多种控制功能，如中间的切换亮灯模式；左边的是更改亮灯速率；右边的是是否打开关敏电阻开关，如图3-6所示。图3-6拨轮开关按键其处理过程依次为按键判断、消抖处理、释放判断、按键识别四个过程，具体如下：（1）第一想要通过依次进行查询每一个I/O引脚的输入状态进行按键判断，如果其中一根I/O引脚的输入是低电平的状态，就可以认为是有可能按键已经按下；（2）第二是进行消除处理，一般采用软件延时进行处理，延时5~11ms之后进行测验这个I/O引脚的输入状态是不是低电平状态，如果是低电平状态就可以确认这个I/O引脚对应的按键已经按下；（3）然后在进行释放的判断，当检测到这个引脚是高电平时可以确定按键已经释放，（4）最后就是进行按键识别的操作，通过编程识别该按键值，再转向该按键的功能处理程序。按键扫描流程图如3-7所示。3-7扫描按键流程图3.3驱动电路74HC595是单片机系统中常用的芯片之一。它的作用是将串行信号转换成并行信号。它广泛应用于各种数字管和点阵显示器芯片。74HC595可以节省下的使用单片机口资源,你可以控制在8-pin的数码管3(E/S与督导,并且还有一定的能力,这可以消除诸如triodes放大电路,所以这个芯片是人工制品、数码管来驾驶。实现效果，通过3个595驱动芯片进行行扫描，8个595驱动芯片进行列扫描，完成驱动LED点阵模块。图3-874HC595行扫描图3-974HC595列扫描74595的数据端：Q0-Q7：八位一\t"/item/74HC595/_blank"并行输出端，是直接控制数码管的8个阶段。Q7：一级输出端口。把它接到一个595的DS端。DS：\t"/item/74HC595/_blank"串行数据的输入端，接上一级的Q7端。74HC595工作流程图如图3-10所示。给R6赋值200给R6赋值200给R7赋值250再次nop操作R7=0？R7=0？开始结束3-1074HC595工作流程图3.4LED发光二极管本设计灯的组成是通过LED发光二极管，它的立体构造是8*8*8。因为发光二极管的构成是一个PN结，这个特性是和普通的二极管一样的。所以发光二极管的最显著的特点就是单向导电性。当一个正向的电压加在发光二极管的正负两极后，电流就会先从正极到父级，然后再从父级到正极，在发光光二极管结的附近有很多的电子与各个区的部分是相吻合的，发生许多荧光的成分在里面。在大多数的半导体材料中的不同地方所存在的能量状态是不一样的。当正负两极发生碰撞时所释放出的能量是不一样的，如果能量被放出的越大，那么它在进行发光时它的波长就越短。本设计使用的是可以发出三极光的二极管。当二极管发光时的正极电压大于6V的时候。它的反向电压特性曲线的幅度就会相差很大，在进行电路连接时电路的连接方式必须是串联，电路中的电阻则会通过自己本身的阻值来限制电路中的整体电流。基于蓝、绿、红、三种不同颜色的七彩发光二极管通过它们之间不同的混合就可以混合出不同的颜色，例如，如果红色和绿色指示灯同时亮起，则红色和绿色指示灯将混合为黄色指示灯。变色灯的变色原理是通过三个原色发光二极管依次点亮两个发光二极管，它们可以发出蓝色，紫色和青色（例如，当黄色和绿色LED发光时出现紫色）。如果同时打开红色，绿色和蓝色LED灯，则它们会产生白色。如果我们有一个电路可以依次使红色，绿色和蓝色LED灯，两个灯，单独点亮和三色LED灯点亮，在一起，因此可以用七种不同颜色的光显示。所以LED灯是七彩的。因为它们以不同的比例折叠，所以可以显示不同的颜色。3.5光敏传感器光感应器是感应器，它利用感应器的感应器来把一个视觉信号转化为电信号。这颗脆弱的波长靠近可见光线的范围，包括红外线和紫外线长波。光源不仅局限于捕捉光线，还可以被作为测绘装置利用来测出许多非电波，只要这些非电波被转换成“可见信号”的变化。光学感应器是目前最强大、也是最普及的传感器之一，在控制技术和非电气仪器中扮演着相当重要的角色。照片感应器有多种类型，包括:光波细胞、照像管、照相机、照相机、太阳能传感器、红外线感应器、外光感应器、彩色感应器、CCD和CMOS图像感应器。本章小结本文主要以单片机AT89C51系统为主要核心，主要介绍了每一个元件的使用可以根据用户的需求，从而制作出不同种的亮灯模式，以及颜色的不同的彩灯之间变换。内部存有一个定时器通过定时器来实现彩灯的闪烁功能。根据不同光照时间的不同要求，在不同的时间发出开/关光控制信号，然后打开/关闭不同颜色的灯。光传感器可根据天空的光和暗自动开关。第4章软件设计与仿真在实际单片机系统的应用中，最不容易实现的部分对于我来说最难的部分就是软件设计。在很多种情况下，工作量很大而且非常繁琐，特别是在控制系统比较复杂的情况下。对于一般人来说，就要考虑技术上的使用和软件工具的选择。软件设计一般可以按照以下步骤进行，设计流程图很好。软件的系统程序主要包括了很多部分，每一部分都是一种程序，主要用到的是主程序和延时子程序。它的主程序用于初始化系统、子程序的筹划等。键盘分析子程序应使用用于分析键盘状态并记录输入缓冲区的按键位置号。密钥码发送子程序应使用将打开或关闭的密钥码发送到MCU接口。数据发送子程序应使用数据在发出对接口的设置。4.1语言选择LED灯控制器最大的特点是所有的照明模式都是由软件控制的。此设计采用微电脑AT89C51作为核心控制芯片,因此,该方案可以实现了汇编语言或C语言,并与C.也可以结合使用汇编语言有一些好处,例如:它可以直接访问物理内存或I/O端口；它可以完全控制生成的二进制代码，而不受编译器的限制；它可以根据专门制定的应用程序来对对代码进行升级，让他提高运行的速度；它具有最大化设备的功能；汇编语言编写的程序与用高级语言编写的程序进行对比则需要需要更少的存储空间和运行时间的优点。然而，汇编语言是一种非常低级的语言，它只比直接手写二进制机器指令代码优越。由于这个设计需要模拟和调试，经过详细的检查，使用C语言编程来控制LED灯。4.2程序设计程序设计(Programming)主要是指调试程序、设计、编制、的方法和过程。它可以明确功能使其实现智能化。当进行微机控制系统设计的时候，可以选择系统硬件设计，主要大量的对象就是根据这种微程序的编写来实现一些重要的功能因此，在一个单片机的控制和处理系统中系统中,可以将功能分为几种主要的类型，主要就是将所需要的数据进行处理、然后在对所需要用到的数据进行控制，这时它最显著的两个特点。其中再对数据进行处理时还可以对数据进行采集、将所需要的数字进行过滤、将要用到的标度进行转换等等。如果将单片机进行功能划分的话是可以按照一定的算法来进行计算和数据处理来进行的。先进行计算然后再进行输出，主要为了控制生产。为了完成所有的任务，在软件设计的过程中，主要把一套流程分成了几千个部分，每一部分就叫做一个模块。把一个程序分成若干个子程序，分别是编码、调试之后把它们连接在一起形成一个完整的程序，这样的程序设计方法称为模块化程序设计。所谓的“模块”，其实就是是可以独立完成一定的功能，并可以相对独立的进行程序的阶段，这种程序设计方法称为模块程序设计法。

模块程序设计法的主要优点有:

(1)独立模块和一个完整的模块区别就是易编写、调试及修改。

(2)程序具有易读性。

(3)程序可以局部进行修改。

(4)模块可以互相共存，一个模块可以被多个任务在不同条件下调用。

(5)模块程序可以被设计者分割任务和利用已有程序，为设计者提供了方便。

主程序流程图如图4-1所示。开始开始程序初始化调用第一种亮灯模式第一种模式亮完？调用第I种亮灯模式第N种模式亮完？结束是否是否图4-1LED亮灯程序流程图4.3仿真显示Proteus是英国Labcenter

公司研发出来的电路分析与实物仿真软件。按复位键，系统初始化，然后单排8个LED开始按照要求闪烁，分别按下列模块点亮:

模块1：单向循环闪烁，只且只有一排灯亮模块2：单向循环闪烁，只且只有两排灯亮模块3：往复循环闪烁，只且只有一排灯亮模块4：所有灯全部亮，所有灯全部灭

模块5：依次点亮或者熄灭，多个灯亮

模块6：依次点亮或者熄灭，多个灯亮，依次点亮两排4.3.1误差分析记录模式一的数据，每次送出的数据是不同，记录每一次数据，从而通过数据进行分析误差，具体的数据如下表所示。后面几种模式的实验结果基本和理论值一致，没有误差。本章小结这一章是关于创建软件程序的过程。个别芯片电脑的适用系统由硬件和软件构成。在运行了之前硬体化方案之后，简介里列出了软件程序的选择、执行和执行情况。软件编程是模仿和多加功能的led灯系统的关键功能。该软件将被测试和模拟，以确定是否成功。

第5章LED景观系统实现本文主要用AT89S52单片机作为它的主控中心，主要以按键，定时器，LED彩灯和光敏传感器组合而成，根据不同种的需要设计了不同种的亮灯模式，又采用了定时器的原理，从而实现了不同种彩灯闪烁模式，利用三基色原理实现了多种颜色的改变，通过光敏传感器实现了彩灯的智能化。5.1实现步骤利用循环移位的编程算法让等依次循环点亮，利用三基色原理使彩灯显示出多种颜色。用户可自行设定彩灯色彩的变换快慢，并可随时的修改这种设置。利用编程可以呈现出一个立方体的形状，根据需要呈现出不同颜色。当黑天时根据光敏传感器实现自动亮灯，白天时自动关闭功能，并可以显示出来。通过Protues软件进行仿真，通过Keil和仿真软件进行联合调试达成效果。通过改变定时器和计数器的初始值和计数值来达到中断系统的稳定，改变中断等级进行中断系统。分为硬件调试和软件调试来发现错误并加以改正。检查设计功能是否实现。5.2实现功能如图所示，通过2