节日彩灯控制器的设计

第2章

节日彩灯控制器的设计

一：设计目的

1、了解节日彩灯控制器的工作原理

2、掌握按键输入的消抖处理程序和延时程序的编写

3、掌握独立电源设计方法及原理

4、掌握电路板的实物焊接

二：设计要求

设计4个按键K1，K2，K3,K4

K1—上，按此键则灯由上向下流动。

K2—下，按此键则灯由下向上流动。

K3—全亮，按此键则灯全亮。

K4—停止，按此键则停止流动，所有灯为暗。

三：总体方案设计与选择的论证

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。LED彩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。但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响彩灯效果，因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。

（一）设计方案

彩灯控制器大致可分为两种方案实现。一种是利用电子电路装置控制，另一种是采用单片机控制。

方案一：

根据设计任务要求介绍的彩灯控制电路的基本组成，可以确定彩灯控制器应由振荡电路、计数/时序分配电路、移位位寄存器和彩灯显示五部分组成。其框图如图1-1所示。方案二：

本方案主要是通过对基于单片机的多控制、多闪烁方式的LED彩灯循环系统的设计，来达到本设计的要求。其硬件构成框图如图1-2所示，以单片机为核心控制，由单片机最小系统（时钟电路、复位电路、电源）、按键控制电路、LED发光二极管和5V直流电源电路组成此设计方案中单片机的P1口接5路按键控制电路，实现彩灯花型的切换功能；单片机的P1口引脚接上四个按钮开关以实现对彩灯闪烁频率的控制，即实现了快慢两种节拍实现花型的变换；单片机上的P2口接二十四路LED发光二极管组成彩灯电路，显示彩灯循环情况。

（二）

方案选择

结合设计任务书比较以上两种方案可知：利用电子电路装置控制，其电路不很复杂，制作相对较容易点，成本也相对较低，但可调性差，亮灯模式少而且样式单调，达不到设计任务要求或实现困难。采用单片机控制其优点是电路集成度高，工作原理简单，清晰明了，自定义编程，控制的图案花样多，移植性好等。

综上，显然方案二各方面优越于方案一，以及为了体现专业优势，本次设计采用第二种方案。五：硬件设计

（1）直流电源电路

对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源电路的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。电子设备除用电池供电外，还采用市电（交流电网）供电。通过变压、整流、滤波和稳压后，得到稳定的直流电。直流稳压电源是电子设备的重要组成部分！本项目直流稳压电源为+5V。如下图所示：

直流稳压电源的制作一般有3种制作形式，分别是分立元件构成的稳压电源

线性集成稳压电源和开关稳压电源。下图稳压电源采用的是三端集成稳压器7805构成的正5V直流电源。（2）按键电路

按键控制电路(如图8所示)是由4个按键开关构成的。他们分别接在单片机AT89S52的P1接口

K1—上，按此键则灯由上向下流动。

K2—下，按此键则灯由下向上流动。

K3—全亮，按此键则灯全亮。

K4—停止，按此键则停止流动，所有灯为暗。（3）时钟复位电路

要使单片机工作起来，最基本的电路的构成由单片机、时钟电路、复位电路等组成

时钟电路：本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个12MHz石英晶体振荡器和2个30pF微调电容，构成稳定的的自激振荡器，其发出的脉直接送入内部的时钟电路。

复位电路：确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。本设计采用手动按键复位，该复位方式同样具有上电自动复位功能。电路如下图所示。(4)LED显示电路

LED彩灯显示电路(如图所示)实际上是由24个发光二极管和24个电阻构成的电路。发光二极管与电阻对应串联,然后接在与之相对应的74HC377口上。通过软件编程对P2口输出高低电平来实现不同的闪烁花型。5）硬件调试

（1）调试：根据原理图将应该焊接好，用Altium

Designer6.9软件下载Keil生成的HEX文件到单片机中，再给单片机上电，程序开始运行。

（2）故障及解决：完成硬件焊接后，接上电程序并不能下载到单片机中，对比原理图的连线，一步一步检查，最终找到故障所在，74HC138使能端未接地/高电平，74HC377未接地，这些问题解决后在老师那可以烧进去程序，但是回到自己那后还是烧不进去程序，再次查询电路时发现，单片机接地端未接地，单片机的31管脚接地了，实际上应该接+5V，这些问题浪费了很长时间，所以在做设计时一定要认真仔细，故障排除后能够正常运行。

六：软件设计

单片机的应用系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不能看到多控制、多闪烁方式的LED灯系统循环点亮的现象，我们还需要告诉单片机怎么样进行控制，即编写程序控制单片机管脚电平的高低变化，来实现发光二极管的明灭。软件编程是多控制、多闪烁方式的LED灯系统中的一个重要的组成部分，是本设计的重点和难点。下面,我将阐述多控制、多闪烁方式的LED灯系统是如何实现24个LED灯的循环点亮，来介绍实现流水灯控制的软件编程方法。

本设计是以单片机AT89S52为核心控制24个发光二极管4种闪烁方式的变换。

K1—上，按此键则灯由上向下流动。

K2—下，按此键则灯由下向上流动。

K3—全亮，按此键则灯全亮。

K4—停止，按此键则停止流动，所有灯为暗。第3章

总结

1实验方案设计的可行性、有效性

与市面上大多数的彩灯相比，该种彩灯具有更好的灯光装饰效果，性价比更高，与普通的全硬件彩灯相比具有更好的经济效益。应用主控模块输出的控制信号去控制灯管内的板模块工作，使得产品性能稳定，便以安装容易操作。由于控制程序存储在89C51单片机的电可擦除Flash闪存EPROM中，如果用户需要更改系统的亮灯模式，无须改变系统硬件电路，只需修改其中程序即可，是一种很有发展前途的彩灯控制器。

由于国内生活水平不断提高，人民向往较佳的生活质素，对灯具灯饰也不断提出了新要求，近年内地灯饰市场有以下情况：

功能细分－人们要求灯具能符合不同场合，不同照光功能的需求日高，因此适用于各种使用要求的灯具逐应运而生，如学生灯、书写灯、应急灯、日光灯、霞光灯、晚餐灯以及不同高度的落地灯等新品叠出。

高技术化－由于电子技术被广泛用于灯具的制造，适应不同的电压，使可调节亮度的第三代照光灯具多起来。无频闪灯、3种波长色谱可调灯，放射远红外光灯等具备保护视力功能的灯具也开始推出市场。

多功能化－符合当前的消费时尚、集多种功能于一体的灯如床头兼作光敏电话自控灯、带八音盒台灯等，是近年另一需求特点。

节能环保－新推出的高科技无频闪书写灯，光线平稳并可节能源50%，这种灯具很受消费者的欢迎。环保是灯具生产技术的崭新主题，显示人们对居室生态环境的重视，这亦是未来家居照明的主要发展方向。

国际灯具行业现代化产品设计的潮流是:减少产品的尺寸,以减少材料的投入;现代社会对产品的开以制造最重要的着眼点是“经济”和“环境保护”。

照明产品最好能体现这一潮流的是紧凑荧光灯，细管径，超细管径直管荧光灯和无汞的射频(RF)或微波(MW)激发的硫灯。紧凑型荧光灯直径和尺寸，它们的形式多种多样用途也十分广泛。一般来说，它们有5倍于白炽灯的光效和8倍于白炽灯的寿命。因此，它们是绿色照明工程的推荐产品，使用紧凑型荧光灯的灯具也日益多见。

2设计内容的实用性

与市面上大多数的彩灯相比，该种彩灯具有更好的灯光装饰效果，性价比更高，与普通的全硬件彩灯相比具有更好的经济效益。应用主控模块输出的控制信号去控制灯管内的板模块工作，使得产品性能稳定，便以安装容易操作。由于控制程序存储在89C51单片机的电可擦除Flash闪存EPROM中，如果用户需要更改系统的亮灯模式，无须改变系统硬件电路，只需修改其中程序即可，是一种很有发展前途的彩灯控制器。

3.实习心得

本次实习设计考虑到了我们大学所学的所有知识，既要求我们对知识掌握的牢固，又要求我们对知识能够灵活运用。从所涉及的知识面来说，它不仅要求我们运用所学过的知识还要求我们去查找，学习，借鉴其他科目或门类的知识。从时间上来说，这次设计的时间是最长的，因此我们有足够的时间去重新温习学过的知识，更有充足的时间去搜集学习一些我们没有涉猎过的知识。这样不仅锻炼了我们学习新知识的能力，同时也拓宽了我们的知识面。并且我们还有足够时间去修改我们的设计中的缺陷，这也是对我们将来走入社会独立完成一项课题的考验。

我与同组人员经过将近两周的努力，终于完成的小学期的单片机课程设计，过程虽是辛苦的，但从中我却学到了很多东西。首先巩固了课上学习的理论知识，对于计算机汇编语言的系统化整体化有了更深的认识。在编写程序的过程中遇到了很多困难经过我们两人反复修改不断修正最终才能得以执行。但最难的部分焊接实物部分，实验要求二十四个二极管是共阴极接法，我们先改了我们的程序，接下来焊接的过程中遇到的问题有，电解电容正负接反，开关使用方法不正确焊接虚焊等等，经过与同组人员讨论，向其他人请教和老师的指导才焊接成功。整个设计过程最大的收获就是意识到理论知识扎实的重要性，实践是建立在理论之上的，平时基础知识学的好的同学做起来就是娴熟。另外就是合作的重要性，每个人都有他的特长一个人难免有疏漏，只有大家共同努力才能顺利的完成任务。

在经过两周的不懈努力中，终于完成了设计任务。通过本设计锻炼了我们的实践能力，也是对以后我们实际工作能力的训练和考察过程。现在是一个高科技的时代，单片机