单片机霓虹灯控制

辽 宁 工 业 大 学

单片机及接口技术课程设计（论文）

题目： 霓虹灯控制器的设计

院（系）： 电子与信息工程学院 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间：2013.07.03---2013.07.12

单片机及接口技术路课程设计（论文）

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电子与信息工程学院 教研室：通信工程教研室 学 号 100404038 学生姓名 霓虹灯控制器的设计 刘峰 专业班级 电子102 课程设计（论 文）题 目 设计任务： 1、以单片机为控制核心设计霓虹灯控制器。 2、可用按键设置显示方式。 3、霓虹灯采用无触点开关控制。 设计内容： 课程设计（论文）任务1、分析设计要求，明确性能指标；查阅资料、设计方案分析对比。 2、论证并确定合理的总体设计方案，绘制总体结构框图，分析工作原理。 3、完成各单元具体电路的设计：单片机最小系统、显示等电路。包括元器件选择、工作原理分析。 4、写出程序流程图及汇编源程序。 5、完成课程设计说明书。 指导教师评语及成绩 平时成绩（20%）： 论文成绩（60%）： 答辩成绩（20%）： 总成绩 ： 指导教师签字： 学生签字： 年 月 日 I

单片机及接口技术路课程设计（论文）

摘 要

这次的课程设计的任务是设计一个霓虹灯控制器，并且可以通过按键开控制霓虹灯的闪烁方式。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。

本设计是以单片机ATC51为核心控制用8个发光二极管代替霓虹灯并进行5种闪烁方式的变换。本次采用的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。利用时钟电路、复位电路即单片机最小系统以及按键控制电路来控制单片机，进而控制霓虹灯的输出闪烁方式。

最终对设计的结果进行仿真，观察LED发光二极管的闪烁方式以及规律。

关键词：ATC51；最小系统；发光二极管；闪烁方式

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目 录

第1章 设计方案论证 .................................................. 1

1.1 霓虹灯控制器的设计意义 ....................................... 1 1.2 本文设计要求及参数要求 ....................................... 1 1.3 总体设计方案 ................................................. 2 第2章 硬件各单元电路设计 ............................................ 3

2.1 单片机最小系统设计 ........................................... 3 2.2 LED彩灯显示电路设计 .......................................... 4 2.3 按键控制电路设计 ............................................. 5 第3章 软件程序设计及仿真 ............................................ 6

3.1 工作在方式三时的输出情况仿真 ................................. 6 3.2 源程序清单 ................................................... 7 第4章 设计总结 ..................................................... 11 参考文献 ............................................................ 12 附录1 .............................................................. 13 附录2 .............................................................. 14

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第1章 设计方案论证

1.1 霓虹灯控制器的设计意义

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。

1.2 本文设计要求及参数要求

设计要求：1、利用单片机控制霓虹灯的点亮；

2、根据键盘的不同控制要求，实现霓虹灯的不同颜色灯的点亮、霓虹

灯的轮流点亮闪烁、顺序闪烁等； 设计内容：

1、分析设计要求，明确性能指标；查阅资料、设计方案分析对比。 2、论证并确定合理的总体设计方案，绘制总体结构框图，分析工作原

理。

3、完成各单元具体电路的设计：单片机最小系统、显示等电路。包括

元器件选择、工作原理分析。

4、写出程序流程图及汇编源程序。 5、完成课程设计说明书。

1

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1.3 总体设计方案

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1.1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P3.7引脚接上一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口接八路LED发光二极管组成彩灯电路，显示彩灯循环情况。

图1.1 总体设计方案框图 时钟电路 ATC51单片机 复位电路 按键控制电路 LED彩灯 5V直流电源电路 2

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第2章 硬件各单元电路设计

2.1 单片机最小系统设计

单片机最小系统包括时钟电路与复位电路。

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，其发出的脉冲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。电路如图2.1所示。

3

图2.1单片机最小系统原理图 12345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7ATC51C2+5v33pFX1CRYSTALR1330C1C322uF33pFU119XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD39383736353433322122232425262728101112131415161718XTAL29RSTR2330293031PSENALEEA

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2.2 LED彩灯显示电路设计

LED彩灯显示电路实际上是由8个发光二极管和8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P2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。由于发光二极管的导通电压一般为1.7V以上，另外，他的工作电流根据型号不同一般为1mA到30mA，电阻选择范围100欧姆～3千欧姆在此我们这里选用330欧姆的电阻。其电路原理如图2.2所示： U1 XTAL1 XTAL2 RST PSENALE EA P1.0 P1.1P1.2P1.3 P1.4P1.5 P1.6P1.7ATC51

+5VD1LED-YELLOWR3330D2P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD393837363534333221222324252627281011121314151617LED-YELLOWR43301918D3LED-YELLOWR53309D4LED-YELLOWR6330293031D5LED-YELLOWR733012345678D6LED-YELLOWR8330D7LED-YELLOWR9330D8LED-YELLOWR10330图2.2 彩灯显示电路原理图 4

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2.3 按键控制电路设计

按键控制电路是由5个按键开关构成的。如图2.3所示： K1293031PSENALEEAU119XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD39383736353433322122232425262728101112131415161718XTAL29RST

K2K3K4K512345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7ATC51+5V图2.3 按键控制电路原理图 当按键K1按下时，LED彩灯为第一种闪烁方式，即彩灯按从上到下被点亮； 当按键K2按下时，LED彩灯为第二种闪烁方式，即彩灯从上到下依次点亮后，再从下到上依次熄灭；

当按键K3按下时，LED彩灯为第三种闪烁方式，即彩灯每隔一个交替闪烁； 当按键K4按下时，LED彩灯为第四种闪烁方式，即彩灯上下同时向中间依次被点亮；

当按键K5按下时，LED彩灯为第五种闪烁方式，即上下彩灯被点亮，其他彩灯由下到上依次闪烁点亮。

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第3章 软件程序设计及仿真

3.1 工作在方式三时的输出情况仿真

本系统的调试是把在Keil里面写好的程序通过编译不出现任何错误后将生成的后缀名为.HEX的文件加载到ATC51单片机中。接下来我们将在Proteus软件进行软硬件结合的调试。

当按键K3按下时，此时工作为第三种闪烁方式，即霓虹灯交替被点亮。

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图3.1 方式三时的输出仿真图 +5V+5V+5v33pFC2+5VD1K6C1C322uF33pFR3330X1CRYSTALLED-YELLOWU119XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD393837363534333221222324252627281011121314151617D2LED-YELLOWR4330R133018XTAL2D3LED-YELLOWR53309RSTD4LED-YELLOWR6330R2330293031K1K2K3K4K512345678PSENALEEAD5LED-YELLOWR7330P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7ATC51D6LED-YELLOWR8330D7LED-YELLOWR9330D8LED-YELLOWR10330

3.2 源程序清单

ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0040H MAIN:

MOV P1,#0FFH MOV A,P1

CJNE A,#11111110b,S1 LCALL K1

S1: CJNE A,#11111101b,S2 LCALL K2

S2: CJNE A,#11111011b,S3 LCALL K3

S3: CJNE A,#11110111b,S4 LCALL K4

S4:

CJNE A,#11101111b,MAIN LCALL K5

LJMP MAIN K1: MOV A,#01111111b C1: RL A MOV P2,A LCALL Delay JNB P1.1,K2 JNB P1.2,K3 JNB P1.3,K4 JNB P1.4,Z LJMP C1 K2:

MOV P2,#0FEH LCALL Delay MOV P2,#0FCH LCALL Delay

MOV P2,#0F8H

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LCALL Delay MOV P2,#0F0H LCALL Delay MOV P2,#0E0H LCALL Delay MOV P2,#0C0H LCALL Delay MOV P2,#80H LCALL Delay MOV P2,#00H LCALL Delay MOV P2,#80H LCALL Delay MOV P2,#0C0H LCALL Delay MOV P2,#0E0H LCALL Delay MOV P2,#0F0H LCALL Delay MOV P2,#0F8H LCALL Delay MOV P2,#0FCH LCALL Delay MOV P2,#0FEH LCALL Delay MOV P2,#0FFH LCALL Delay

LJMP MAIN Z: LJMP K5 K3: MOV P2,#55H LCALL Delay MOV P2,#0AAH LCALL Delay

MOV P2,#0FFH

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LJMP MAIN K4:

MOV P2,#01111110B LCALL Delay MOV P2,#00111100B LCALL Delay MOV P2,#00011000B LCALL Delay MOV P2,#00000000B LCALL Delay MOV P2,#10000001B LCALL Delay MOV P2,#11000011B LCALL Delay MOV P2,#11100111B LCALL Delay MOV P2,#11111111B LCALL Delay LJMP MAIN K5:

MOV P2,#01111110B LCALL Delay MOV P2,#10111111B LCALL Delay MOV P2,#01111110B LCALL Delay MOV P2,#10011111B LCALL Delay MOV P2,#01111110B LCALL Delay MOV P2,#10001111B LCALL Delay MOV P2,#01111110B LCALL Delay MOV P2,#10000111B

LCALL Delay

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MOV P2,#01111110B LCALL Delay MOV P2,#10000011B LCALL Delay MOV P2,#01111110B LCALL Delay MOV P2,#10000001B LCALL Delay MOV P2,#00H LCALL Delay MOV P2,#0FFH LCALL Delay MOV P2,#00H LCALL Delay MOV P2,#0FFH LCALL Delay LJMP MAIN Delay: JNB P3.0,D1

MOV R5,#01H

LJMP D5 D1: MOV R5,#04H D5: MOV R6,#0FFH D6: MOV R7,#0FFH D7: NOP DJNZ R7,D7 DJNZ R6,D6 DJNZ R5,D5 RET

END

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第4章 设计总结

本次设计的是一个霓虹灯控制器，要求能够运用开关按键控制霓虹灯的闪烁方式，在本次设计中采用了发光二极管代替了霓虹灯来显示输出的闪烁方式。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。本次设计采用了ATC51单片机的最小系统即时钟电路与复位电路，通过5个开关按键来控制8个发光二极管的闪烁方式，形成了5种不同的闪烁方式。并且本设计针对第三种闪烁方式进行了仿真，得出8个发光二极管的交替间隔闪烁，与预期的结果相符合，证明了设计的正确性。这进行课程设计的这段时间里，当真正涉及到自己解决实际问题时才感到知识的匮乏，才深深的感受到知识的重要性以及理论与实践结合的重要意义。

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参考文献

[1] 张毅刚编著《单片机原理及应用》高等教育出版社2009.5

[2] 李朝青编著《单片机原理及接口技术》北京人民邮电出版社，2006,10,01。 [3] 李广弟编著《单片机基础》北京航天航空出版社，2006,01。 [4] 陈海宴编著《51单片机原理及应用》北京航空航天大学出版社1996.7 [5] 李平编著《单片机入门与开发》机械工业出版社，1998.4

[6] 肖洪兵编著《跟我学用单片机》北京航天航空大学出版社，1999.3 [7] 杨子文编著《单片机原理及应用》西安电子科技大学出版社2006.5 [8] 李光飞编著《51系列单片机设计实例》北京航空航天大学出版社2003.5 [9] 胡汗才编著《单片机原理与接口技术》清华大学出版社2004.8

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附录1

图1 整体电路原理图 +5VLED-YELLOW+5VC2+5v33pF+5VD1K6C1C322uF33pFR3330X1CRYSTALLED-YELLOWU119XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD393837363534333221222324252627281011121314151617D2LED-YELLOWR4330R133018XTAL2D3LED-YELLOWR53309RSTD4LED-YELLOWR6330R2330293031K1K2K3K4K512345678PSENALEEAD5LED-YELLOWR7330P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7ATC51D6LED-YELLOWR8330D7LED-YELLOWR9330D8R1033013

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附录2

器件清单：

序号 器件名称 数量 1 ATC51单片机 1 2 按钮 6 3 发光二极管 8 4 330电阻 10 5 12Mhz晶振 1 6 电解电容 1 7

33Pf电容 2 14