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基于AT89C51单片机的LED彩灯控制器设计.rar

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    编号:20180802233203187    类型:共享资源    大小:183.52KB    格式:RAR    上传时间:2018-08-02
      
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    基于 AT89C51 单片机 LED 彩灯 控制器 设计
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    基于 AT89C51 单片机的 LED 彩灯控制器设计摘 要:介绍了一种新型的 LED 彩灯控制系统的设计方法,以 AT-89C51 单片机作为主控核心,与按键、显示器等较少的辅助硬件电路相结合,利用软件实现对 LED 彩灯进行控制。本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易操作等优点。关键词:LED 彩灯;AT89C51 单片机;彩灯控制器;模块设计 1 引言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,影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。本文提出了一种基于 AT89C51 单片机的彩灯控制方案,实现对 LED 彩灯的控制。本方案以AT89C51 单片机作为主控核心,与键盘、显示、驱动等模块组成核心主控制模块。在主控模块上设有 8 个按键和 5 位七段码 LED 显示器,根据用户需要可以编写若干种亮灯模式,利用其内部定时器 T0 实现一个基本单位时间为 5 ms 的定时中断,根据各种亮灯时间的不同需要,在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号,然后驱动各种颜色的灯亮或灭。该新型 LED 彩灯及其控制器是上海某公司委托开发产品,产品实际应用效果较好,亮灯模式多,用户可以根据不同场合和时间来调节亮灯频率和亮灯时间。与普通 LED 彩灯相比,具有体积小、价格低、低能耗等优点。 2 系统功能新型 LED 彩灯分为 2 部分,即彩灯控制器(主控模块)和管内 LED 板模块(受控模块)。彩灯控制器可直接与 220 V 交流市电相连接,经过开关电源变换,输出直流工作电压,一方面为管内 LED 模块提供 12 V 工作电源,另一方面为主控模块单片机系统(彩灯控制器)提供 5 V工作电源。整个系统工作由软件程序控制运行,根据需要,用户可以在 LED 彩灯工作时通过主控模块上的按键来设定亮灯时间和灯光闪动频率。上电后系统经过初始化,查询是否有功能切换键按下:有,则进入用户设定模式状态;无,则进入默认缺省工作状态。在用户设定模式状态下,用户可以根据个人爱好及不同场合的需要来指定调用哪些模式,并且可以改变每种模式的时间 Ti、频率 Fi 参数,如果用户想进入缺省状态模式,只需按一下功能切换键即可跳入缺省模式,程序会自动顺序调用亮灯模式;在缺省工作状态下,LED 彩灯控制器按照程序设定好的若干亮灯花样模式程序 Model_i 顺序调用往下走,从第 Model_1 模式开始工作,自 Model_1 到 Model_2……到 Mod el_n 为一个亮灯周期,然后再回到 Model_1 循环继续工作,同样如果想进入用户设定模式状态,只需按下功能切换键即可。整个 n 种亮灯模式时间可以看作一个大周期 T,其中的每一种花样工作模式Model_i(i=1,2,…,n)时间为小周期 Ti,对于每一个模式编写一个独立工作子程序Model_i,其中设定了 LED 三色灯(红、绿、蓝)的点亮时刻(RED_on,GREEN_on,BLUE_on)和熄灭时刻(RED_off,GREEN_off,BLU E_off),以及模式工作时间 Ti 以及该模式 LED 闪烁频率 Fi。5 位七段码显示器的前 2 位(L1,L2)显示当前工作模式的序号 Model_i;后 3 位(L3,L4,L5)七段码 显示三色 LED 的工作状态,若该颜色灯点亮则对应七段码显示位为“1”,反之熄灭时则显示位为“灭”即不显示,对系统工作状态起到了很好的实时监控作用。因此在 LED 彩灯上电工作后,用户可以方便地通过主控模块上的显示器知道 LED 彩灯当前工作模式 Model_i,工作时间 Ti,频率 Fi 等实时参数。若实际应用需要根据不同场合和时间来改变彩灯闪亮效果,用户可以通过主控模块上的按键来设定 LED 不同的闪烁频率 Fi 和亮灯时间Ti,以便符合实际需要。此外如果用户对某一种模式感兴趣需要仔细观看该种亮灯模式,可以通过键盘选定任意第 Model_i 模式使系统循环重复工作在该花样模式下。 3 硬件设计新型 LED 彩灯系统包括 2 大部分,即 LED 彩灯控制器(89C51 主控模块)和 LED 彩灯管(管内 LED 板模块)。前者是主控模块,具有按键、显示等功能,并利用 89C51 的 P 口输出控制信号;后者是受控模块,上面焊有三色 LED 彩灯和信号驱动芯片,模块置于 LED 的透明灯管内。 3.1 主控模块电路设计主控模块电路如图 1 所示。主控模块主要设计器件有 89C51,5 个七段码 LED 显示器,8 个按键,2 个稳压器(提供 12 V,5 V 电压),1 个信号输出驱动模块芯片(MC4049)等。通过软件设计,使单片机 P0 口作为三色 LED 驱动信号输出口及移位时钟 CLOCK 信号,P3 口为按键输入口,P2 口、P1 口与 5 位七段码 LED 相接作为显示器的输出口。3.2 管内 LED 板模块设计管内 LED 板模块电路见图 2。管内 LED 板模块设计主要器件有 LED 彩灯(红、绿、蓝)、移位触发模块芯片 CD4076 等。根据实际应用彩灯长度需要,可将不同数量的该管内 LED 模块实现级连,组成一个完整的 LED 彩灯。考虑到功率损耗,LED 板模块之间接口处用信号正向驱动模块芯片 MC4049 连接。每个 LED 板模块上均匀分布 3 种颜色 LED 灯,在实际制作 PCB 时采用红、绿、蓝 3 色互隔焊接方式,在电路板上把 LED 发光管按顺序 L1(红)、L2(绿)、L3(蓝)、L4(红)、L5(绿)、L6(蓝)……依次均匀焊在板上成一条直线。为了得到更多的花样模式效果,可以使红绿 2 种灯从前往后驱动点亮闪烁,蓝灯从后往前驱动点亮闪烁,这样具有很好的动感视觉效果。4 软件设计新型 LED 彩灯控制器最大特点在于所有亮灯模式均由软件控制完成。系统中软件可以分为主程序和中断服务子程序。上电后在缺省状态以顺序调用 Model_i 花样亮灯模式流程为主程序,以一个单位时间 5 ms 的 T0 定时为中断服务子程序。在这个 5 ms 的 T0 定时基础上,可以根据需要来确定各种模式工作时间 Ti,以及确定在各种亮灯模式 Mode l_i 内点亮和熄灭各种颜色LED 灯的时刻:Red_on,Red_off,Green_on,Green_off,Blue_on,blue_off 以及 Clock(移位翻转脉冲)等。整个系统软件由主程序( Main)、各个模式子程序(Model_i)、5 ms 中断服务子程序(T0 Interrupt)、键盘扫描处理子程序(Key Board)、显示子程序(Display)等程序组成。利用 T0 定时器作为定时基本单位,根据模式需要计算好各控制信号的发生时刻,根据不同的模式 Mo del_i 可以设定不同的工作时间 Ti 和脉冲翻转频率 Fi 通过 P0 口输出,使各色 L ED 灯的驱动时刻与移位触发的翻转时刻步调一致,使 LED 彩灯按照设计的模式工作。除了 T0 定时中断之外,程序的大部份时间是在处理按键的查询和 LED 显示的延时。8 个按键分别为:4 个参数按键(Fi 增、减按键,Ti 增、减按键),3 个模式改变按键(模式上翻UP、模式下翻 DOWN、模式保持 KEEP),1 个功能切换按键。在每次的 T0 定时中断服务子程序里,需要对各个时间寄存器和模式寄存器进行加 1 或者清,为主程序查询作准备,同时查询是否已中断 6 次(30 ms),若 30 ms 到了,则对参数按键查询一次,是否有时间 Ti 频率 Fi 增减键按下并进行相应子程序处理。主程序除了调用各种子模式子程序(Model_i),调用 LED 显示子程序(Display)和延时子程序(Delay)之外,还一直保持查询是否有功能切键按下以及是否有模式改变按键按下,一旦有功能切换键和模式改变键按下,就会进入相应的按键处理。 主程序流程如图 3 所示。亮灯模式子程序 Model_i 可以编写若干(n 种),只要控制好各色灯触发和熄灭时刻就可以组合成各种亮灯效果。Model_i 程序流程如图 4 所示。下面以第一种模式工作为例。5 结语与市面上大多数的 LED 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 LED 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L ED 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 Model_i,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。参考文献[1]蔡美琴,张为民,沈新群等.MCS51 系列单片机系统及其应用[M].北京:高等教育出版社,1992.[2]何立民.单片机应用技术选篇(5)[M].北京:北京航空航天大学出版社,1997.[3]杨光友.单片机微型计算机原理及接口技术[M].北京:中国水利水电出版社,2002来自网站:http://www.51kaifa.com/html/jswz/200512/read-3933.html http://www.ledcac.com/info/detail/60-20976.htmlhttp://www.51base.com/electron/adhibition/display
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