基于單片機(jī)的霓虹燈設(shè)計(jì)(共20頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 學(xué)校代碼 學(xué) 號(hào) 分 類 號(hào) TN7 密 級(jí) 公 開(kāi) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目 基于單片機(jī)的霓虹燈設(shè)計(jì) （中、英文) Neon design based on single chip microcompute 作 者 姓 名 專 業(yè) 名 稱 電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 科 門(mén) 類 工學(xué) 指 導(dǎo) 老 師 提交論文日期 二0一五年五月 成績(jī)等級(jí)評(píng)定 專心-專注-專業(yè)摘 要結(jié)合在大學(xué)四年已經(jīng)學(xué)習(xí)的單片機(jī)課程，運(yùn)用單片機(jī)控制芯片STC89C52完成以下設(shè)計(jì)要求：用8個(gè)發(fā)光二極管（LED燈）模擬設(shè)計(jì)一霓虹燈的系統(tǒng)，功能包括： 1、8個(gè)LED燈能雙向循環(huán)點(diǎn)亮控制，要求循環(huán)的速度可調(diào)

2、；2、實(shí)現(xiàn)8個(gè)LED燈全滅、全亮功能；3、間隔點(diǎn)亮8個(gè)LED中的4個(gè)；4、實(shí)現(xiàn)8個(gè)LED燈閃爍功能，要求閃速頻率可調(diào)；5、可擴(kuò)展其他功能。本次設(shè)計(jì)完成以單片機(jī)為核心的電路設(shè)計(jì)工作及程序編寫(xiě)調(diào)試工作；繪制了整體設(shè)計(jì)電路圖；對(duì)設(shè)計(jì)的電路用Protues軟件進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，本文對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析并對(duì)是否符合設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了說(shuō)明。通過(guò)這一次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，極大地提高了對(duì)單片機(jī)應(yīng)用方面的認(rèn)識(shí)，對(duì)平時(shí)的所學(xué)的知識(shí)也起到的一個(gè)很好的鞏固作用。 關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī) ；霓虹燈；應(yīng)用Abstract Combined with the course of four years in university has, usin

3、g single-chip microcomputer control chip 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, implem

4、ent eight LED lights completely destroyed, the 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 program

5、ming and debugging work; Draw the overall design 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

6、 applications, for the usual knowledge also have a very good consolidate effectKey words：SCM; neon; application目 錄1 概述現(xiàn)代單片機(jī)的另一種稱呼也叫微控制器，這種微控制器在工業(yè)方面最早應(yīng)用。單片機(jī)是由中央處理器一步一步慢慢的演變而來(lái)的。單片機(jī)最早的設(shè)計(jì)構(gòu)思是將很多的CPU和外圍的各種設(shè)備集成在一個(gè)芯片中，他可以使使計(jì)算機(jī)的軟件，硬件更小，使其更容易集成進(jìn)復(fù)雜的設(shè)備中，一般要求系統(tǒng)性能高，體積小。所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)也采用了以單片機(jī)為基礎(chǔ)的題目,以來(lái)考查一個(gè)本科生是否

7、掌握了所學(xué)單片機(jī)基本的理論知識(shí)與簡(jiǎn)單的實(shí)際應(yīng)用能力,為將來(lái)的工作奠定扎實(shí)的基礎(chǔ),這個(gè)課題是指導(dǎo)老師張小青提出,他的要求是：1、8個(gè)LED燈能雙向循環(huán)點(diǎn)亮控制，要求循環(huán)的速度可調(diào)；2、實(shí)現(xiàn)8個(gè)LED燈全滅、全亮功能；3、間隔點(diǎn)亮8個(gè)LED中的4個(gè)；4、實(shí)現(xiàn)8個(gè)LED燈閃爍功能，要求閃速頻率可調(diào)；5、可擴(kuò)展其他功能。意義：采用單片機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)完成。通過(guò)對(duì)本課題的研究，可以提高關(guān)于單片機(jī)方面模擬、數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用的方面能力，提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用能力及對(duì)新型電子器件的應(yīng)用能力。通過(guò)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠培養(yǎng)自己獨(dú)立分析問(wèn)題的能力，并且將其完美的解決，培養(yǎng)動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力相結(jié)合的動(dòng)手能力，相信這

8、在以后的工作生活中也會(huì)對(duì)我有很大的幫助。1.1LED概述 LED燈，他的別稱也就是發(fā)光二極管，LED燈是一種普通的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它的功能就是電轉(zhuǎn)化為光。半導(dǎo)體的晶片是LED的核心，晶片的一端附在一支架上，一端是負(fù)極，另一端則連接電源的正極。半導(dǎo)體晶片主要是由三部分組成，他的第一部分是P型半導(dǎo)體，在P型半導(dǎo)體里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端就是我們所熟知的N型半導(dǎo)體，它里面充滿了電子，它的中間通常是量子阱。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線通過(guò)于位于其中的晶片的時(shí)候，空穴與電子就會(huì)快速被推向量子阱，在量子阱內(nèi)空穴與電子發(fā)生一系列的作用，然后就會(huì)發(fā)出能量，當(dāng)然是以光的方式。這就是簡(jiǎn)單的LED發(fā)光的原理。由于它易于被控制

9、，并且易于實(shí)現(xiàn)，一般情況之下，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，所以被現(xiàn)代社會(huì)所廣泛的應(yīng)用。LED可以在單片機(jī)的控制之下在預(yù)先準(zhǔn)備好的電子屏幕上顯示出極其復(fù)雜的動(dòng)畫(huà)效果。 LED是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的半導(dǎo)體。本次設(shè)計(jì)只是簡(jiǎn)單的基于單片機(jī)的霓虹燈設(shè)計(jì)，所以只涉及了讓LED燈按照編程進(jìn)行簡(jiǎn)易的亮滅 。 具體結(jié)構(gòu)如圖1所示： 圖1 LED結(jié)構(gòu)1.2方案論證方案一:采用目前流行用的STC89C52控制芯片的單片機(jī),對(duì)于目前來(lái)講,市場(chǎng)生產(chǎn)普遍應(yīng)用,功能強(qiáng)大，便于實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求，各種性價(jià)比更為合理方案二:采用FPGA來(lái)設(shè)計(jì),也能很好的完成課題,但經(jīng)濟(jì)成本太高,性價(jià)比過(guò)低，而作為畢業(yè)設(shè)計(jì)不合理通過(guò)兩種方案比較,第

10、一方案為最優(yōu).1.3現(xiàn)代霓虹燈特點(diǎn)高效率霓虹燈相較于傳統(tǒng)的電燈，由于是點(diǎn)燃管內(nèi)的稀有氣體發(fā)光，不同于傳統(tǒng)電燈，通過(guò)電能灼燒燈絲，高溫放光，節(jié)省了大量的電能，霓虹燈具有更高的節(jié)能性效率以及效率。溫度低霓虹燈不需要高溫灼燒燈絲發(fā)光，并且具有冷陰極特性，一般的工作溫度在60°C以下，所以在各種復(fù)雜的天氣狀況下也能較好地保持工作狀態(tài)。低能耗現(xiàn)代社會(huì)是一個(gè)科技迅猛發(fā)展的時(shí)代，關(guān)于霓虹燈的各項(xiàng)技術(shù)也在不斷地革新，并且由于單片機(jī)功能也在日益強(qiáng)大，使霓虹燈的能耗大大降低，霓虹燈的每米燈管耗電量也大大的降低了。這方面的發(fā)展將來(lái)或許會(huì)給人類一個(gè)驚喜。壽命長(zhǎng)霓虹燈的使用壽命是極其漫長(zhǎng)的。即使是連續(xù)不斷的使

11、用，據(jù)可靠地調(diào)查顯示，連續(xù)工作1000小時(shí)也不是問(wèn)題。這項(xiàng)優(yōu)勢(shì)足以秒殺其他發(fā)光體。靈活多樣由于霓虹燈是由可燒制的玻璃管制成，可以根使用者的意愿，燒制成不同的形狀，對(duì)于顏色的選擇，也可以沖入不同的惰性氣體，所以他的形狀和顏色都是多變的，這可真是一個(gè)偉大的發(fā)明。2 霓虹燈硬件電路設(shè)計(jì)2.1 硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖整個(gè)系統(tǒng)由四個(gè)模塊電路組成，分別是按鍵輸入模塊，電源模塊，單片機(jī)模塊，霓虹燈顯示模塊。其中按鍵輸入采用5個(gè)按鍵，一個(gè)復(fù)位按鍵，一個(gè)花樣變換按鍵，兩個(gè)頻率變換按鍵，以及一個(gè)預(yù)留按鍵，以便后續(xù)增加其他的功能。霓虹燈顯示模塊用八個(gè)LED燈即可。電源輸入采用普通的家用電源即可。單片機(jī)模塊采用性能較高的

12、STC89C52，預(yù)先導(dǎo)入編好的程序。組成一個(gè)完整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。單片機(jī)電源按鍵輸入霓虹燈顯示圖2 硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 2.2控制芯片STC89C52單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它仍是具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分的單片機(jī)還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等種種的外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。STC89C52單片機(jī)是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程，亦可檫除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM-Flash Programa

13、ble and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。STC89C52具體介紹如下： 主電源引腳（2根）VCC：電源輸入，接5V電源GND：接地線外接晶振引腳（2根）XTAL1：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2：片內(nèi)振蕩電路的輸出端控制引腳（4根）RST/VPP：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：地址鎖存允許信號(hào)PSEN：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/VPP：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外

14、部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令?？删幊梯斎?輸出引腳（32根）STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，共32根，每個(gè)口有8位（8根引腳），分別位P0、P1、P2、P3口。P0：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7P1：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7 圖3 STC89C52 2.3時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于MCS-51單片機(jī)工作所必需的時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘電路有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種方式。1.內(nèi)部時(shí)鐘方式單片機(jī)STC89C52內(nèi)部有一個(gè)高增益

15、反相放大器，引腳TXD和RXD分別是此放大器的輸出端和輸入端。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖4所示：其中的定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容兩個(gè)器件所組成的并聯(lián)諧振回路。電容值的大小可對(duì)頻率的大小進(jìn)行調(diào)整，晶體振蕩頻率可以在1.212MHz之間選擇，電容值在530pF之間選擇。極大地方便了使用者的設(shè)計(jì)。圖4 片內(nèi)時(shí)鐘電路單片機(jī)MCS-51經(jīng)常被我們所選用的振蕩頻率為12MHz或者6MHz的石英晶體。（二）外部時(shí)鐘方式我們這里用到的外部時(shí)鐘其實(shí)就是使用外部振蕩脈沖信號(hào)，經(jīng)常被應(yīng)用于多片單片機(jī)同時(shí)工作，可以很好地同步。外部振蕩器的信號(hào)接至XTAL2，所以，如圖5， XTAL1應(yīng)接地。因?yàn)閄TAL2端的邏輯電平

16、不是TTL，所以接一個(gè)上拉電阻。圖5 外部時(shí)鐘電路本設(shè)計(jì)只采用一片單片機(jī)，外接震蕩脈沖信號(hào)不穩(wěn)定，沒(méi)有內(nèi)部時(shí)鐘電路實(shí)現(xiàn)起來(lái)方便易操作，所以本設(shè)計(jì)采用片內(nèi)時(shí)鐘電路。 2.4按鍵電路我們所應(yīng)用的獨(dú)立式按鍵就各按鍵相互獨(dú)立,各個(gè)按鍵都不會(huì)相互影響，因此,通過(guò)檢測(cè)I/O接口線的電平狀態(tài)就可以判斷出是哪個(gè)按鍵按下.當(dāng)按鍵未按下時(shí),開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)態(tài),P3.0-P3.3都處于高電平,當(dāng)只要有一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)按下時(shí),開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài),四個(gè)鍵中一個(gè)處于工作狀態(tài). 圖6 按鍵電路2.5復(fù)位電路我們所應(yīng)用的所有單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以確保系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開(kāi)始工作。單片機(jī)系統(tǒng)的主要兩種復(fù)位方式有：

17、手動(dòng)復(fù)位與上電復(fù)位。（一）上電復(fù)位如圖7所示，上電復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位輸入引腳上下接一個(gè)電阻到地，再在在RST復(fù)位輸入引腳上接一個(gè)電容至Vcc端即可。圖7 上電復(fù)位電路（二）手動(dòng)復(fù)位圖8 手動(dòng)復(fù)位電路我們所經(jīng)常應(yīng)用的手動(dòng)復(fù)位需要人工手動(dòng)的加入高電平。所采用的辦法如圖8所示，一般是在正電源Vcc與RST端之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如圖8所示。手動(dòng)復(fù)位電路架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，所以本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)復(fù)位電路。2.6霓虹燈電路如圖9所示的霓虹燈電路，根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求，并聯(lián)了八個(gè)LED燈，并且加入一個(gè)上拉電阻以保護(hù)、調(diào)整電路，剩下的只需

18、接入其他電路與電源即可。由于LED燈只需少量能量點(diǎn)燃其中惰性氣體即可，所以整個(gè)電路的能耗極低，并且在現(xiàn)在的技術(shù)條件下易于實(shí)現(xiàn)。所以本次設(shè)計(jì)選擇了這個(gè)霓虹燈電路。 圖9霓虹燈電路 2.7電路聯(lián)合調(diào)試在protues中繪制電路圖，確保電路圖的正確性的同時(shí)，盡量使電路圖簡(jiǎn)潔明了，避免不必要的電路圖結(jié)構(gòu)。結(jié)合KeilC中的程序進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。運(yùn)行后，1、按下第一個(gè)鍵位8個(gè)LED燈能雙向循環(huán)點(diǎn)亮，并且循環(huán)的速度可調(diào)；2、按下第二個(gè)鍵位，8個(gè)LED燈全滅、全亮功能；3、按下第三個(gè)鍵位，8個(gè)LED中的4個(gè)間隔點(diǎn)亮；4按下第四個(gè)鍵位、8個(gè)LED燈閃爍，并且閃速頻率可調(diào)。在此基礎(chǔ)上添加復(fù)位按鍵，頻率變化后，按復(fù)位

19、鍵后可實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)原。圖10仿真電路 3主程序流程圖及實(shí)物焊接 3.1主程序流程圖開(kāi)始花樣一花樣四花樣二花樣三Key1=0? Key2=0? Key3=0? Key4=0?Key1=0Key2=0Key3=0Key4=0八個(gè)彩燈輪流點(diǎn)亮圖11 基于單片機(jī)的霓虹燈設(shè)計(jì)流程圖 1、花樣一：8個(gè)LED燈能雙向循環(huán)點(diǎn)亮控制； 2、花樣二：實(shí)現(xiàn)8個(gè)LED燈全滅、全亮功能； 3、花樣三：間隔點(diǎn)亮8個(gè)LED中的4個(gè)； 4、花樣四：實(shí)現(xiàn)8個(gè)LED燈閃爍功能。 3.2實(shí)物焊接根據(jù)上述的原理及電路圖，進(jìn)行實(shí)物焊接。在進(jìn)行實(shí)物焊接時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1. 辨別好發(fā)光二極管的極性，杜絕接反的的情況發(fā)生；2. 嚴(yán)格按照電路

20、圖焊接，避免錯(cuò)焊，漏焊，并且保證電路板焊接效果的整體美觀，簡(jiǎn)潔，按鍵易于操作；3. 在焊接時(shí)，注意焊錫，避免電路短路的發(fā)生；4. 注意焊接后的保存，避免元器件損傷。圖12 實(shí)物焊接圖總 結(jié)在經(jīng)過(guò)幾周不懈努力,基本完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù),通過(guò)本設(shè)計(jì)鍛煉了我自己的理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力,也為以后的工作奠定了基石,21世紀(jì)的科技與信息快速發(fā)展時(shí)代,任何領(lǐng)域都要用到電子,而單片機(jī)是最基礎(chǔ),是步向其它復(fù)雜芯片的基石.基于單片機(jī)霓虹燈設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)講簡(jiǎn)單些,但是應(yīng)該認(rèn)真對(duì)待,因?yàn)閺?fù)雜是由簡(jiǎn)單不斷創(chuàng)新、組合而來(lái)的。整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中，遇到了很多的困難，但都被一一解決，過(guò)程中，鍛煉了自己許多的能力，比如我的細(xì)心、耐心和專

21、心,在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)到很多的東西,有以前不太注意的細(xì)節(jié),在以后也是必須自己去注意的,也是對(duì)四年來(lái)所學(xué)知識(shí)一個(gè)總結(jié)與升華,我明白一個(gè)道理,每一次的理論與實(shí)踐環(huán)節(jié)來(lái)之不易,而這些課題是指導(dǎo)老師深思熟慮,才給設(shè)計(jì)的課題.然后讓我們通過(guò)所學(xué)的單片機(jī)知識(shí)來(lái)做出本次設(shè)計(jì).與此同時(shí)，我們也隨著閱歷的增長(zhǎng)不斷擴(kuò)充自己的知識(shí)層面,明白老師為我們的奉獻(xiàn)。由于畢業(yè)在即,時(shí)間略為倉(cāng)促,錯(cuò)誤與不妥之處也存在很多,懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。參考文獻(xiàn)1楊梅梅. 基于單片機(jī)的流水燈設(shè)計(jì)J.科協(xié)論壇（下半月），2011，11：61-622劉漢明.用C編程單片機(jī)流水燈程序 J.電子制作，2013,01:29-313

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23、術(shù);2010年13期10付云強(qiáng);宋鳳娟;韓來(lái)吉.AT89C51單片機(jī)在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J;煤礦機(jī)械;2007年08期11顏嚴(yán).照明技術(shù)的革命J;激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2002年11期12韓黨群,鄧北川.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽輔導(dǎo)淺析J;西安航空技術(shù)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào);2002年01期13宋云富.發(fā)光二極管的幾種應(yīng)用N;電子報(bào);2007年14溫德榮.發(fā)光二極管系列產(chǎn)品介紹N;電子報(bào);2001年15張毅剛. 單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)M.北京:電子工業(yè)出版社,2008 附錄 程序源代碼 #include <reg52.h>#define uint unsigned int#define

24、 uchar unsigned char#define Light P2sbit Chose=P10;sbit Accelerate=P11;sbit Moderate=P12;uint Time=100;uchar Model=0;void Timer_Init(void)TMOD=0x01;TL0=0xA0;TH0=0xF6;EA=1;ET0=1;TR0=1;void Delay(uint x)uint i,j;for(i=0;i<x;i+)for(j=0;j<221;j+);void LightCycle(void)uint buffer=0xFF;uchar i;for(i

25、=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=0xFF;for(i=1;i<=5;i+)Light=buffer;Delay(Time);buffer=(0xFF<<i)&(0xFF>>i);buffer=0xFF;for(i=1;i<=5;i+)Light=buffer;Delay(Time);buffer=(0xFF<<(i+4)|(0xFF)>>(i+4);void main(void)Timer_Init();while(1)switch(Model)case 0:LightCycle();break;case 1:if(Accelerate=0)while(A