ATC單片機(jī)LED彩燈

1、基于AT89C51單片機(jī)的LED彩燈控制 器設(shè)計(jì)2007-07-06收藏|打印介紹了一種新型的LED彩燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，以 AT-89C51單 片機(jī)作為主控核心，與按鍵、顯示器等較少的輔助硬件電路相結(jié)合， 利用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)LED彩燈進(jìn)行控制。本系統(tǒng)具有體積小、硬件少、 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及容易操作等優(yōu)點(diǎn)。1引言隨著生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場(chǎng)合可以看到彩色霓虹燈。LED彩燈由于其豐 富的燈光色彩，低廉的造價(jià)以及控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn) 而得到了廣泛的應(yīng)用，用 彩燈來(lái)裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一 種時(shí)尚。但目前市場(chǎng)上各式樣的 LED彩燈控制器大多數(shù)用全硬件電 路實(shí)現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一，這樣一旦制

2、作成品只能按照固定 的模式閃亮，不能根據(jù)不同場(chǎng)合、不同時(shí)間段的需要來(lái)調(diào)節(jié)亮燈時(shí)間、 模式、閃爍頻率等動(dòng)態(tài) 參數(shù)。這種彩燈控制器結(jié)構(gòu)往往有芯片過(guò)多、 電路復(fù)雜、功率損耗大等缺點(diǎn)。此外從功能效果上看，亮燈模式少而 且樣式單調(diào)，缺乏用戶可操作性，影響亮燈效果。因此有必要對(duì)現(xiàn)有 的彩燈控制器進(jìn)行改進(jìn)。本文提出了一種基于AT89C51單片機(jī)的彩燈控制方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED 彩燈的控制。本方案以AT89C51單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤(pán)、顯示、驅(qū)動(dòng)等模塊組成核心主控制模塊。在主控模塊上設(shè)有8個(gè)按鍵和 5位七段碼LED顯示器，根據(jù)用戶需要可以編寫(xiě)若干種亮燈模式， 利用其內(nèi)部定時(shí)器T0實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本單位時(shí)間為5 ms

3、的定時(shí)中斷， 根據(jù)各種亮燈時(shí)間的不同需要，在不同時(shí)刻輸出燈亮或燈滅的控制信 號(hào)，然后驅(qū)動(dòng)各種顏色的燈亮或滅。該新型 LED彩燈及其控制器是 上海某公司委托開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用效果較好，亮燈模式多，用 戶可以根據(jù)不同場(chǎng)合和時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)亮燈頻率和亮燈時(shí)間。與普通LED彩燈相比，具有體積小、價(jià)格低、低能耗等優(yōu)點(diǎn)。2系統(tǒng)功能新型LED彩燈分為2部分，即彩燈控制器（主控模塊）和管內(nèi) LED 板模塊（受控模塊）。彩燈控制器可直接與 220 V交流市電相連接， 經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電源變換，輸出直流工作電壓，一方面為管內(nèi)LED模塊提供12 V工作電源，另一方面為主控模塊單片機(jī)系統(tǒng)（彩燈控制器） 提供5 V工作電源。整個(gè)

4、系統(tǒng)工作由軟件程序控制運(yùn)行，根據(jù)需要， 用戶可以在LED彩燈工作時(shí)通過(guò)主控模塊上的按鍵來(lái)設(shè)定亮燈時(shí)間 和燈光閃動(dòng)頻率。上電后系統(tǒng)經(jīng)過(guò)初始化，查詢(xún)是否有功能切換鍵按下：有，則進(jìn)入用 戶設(shè)定模式狀態(tài)；無(wú)，則進(jìn)入默認(rèn)缺省工作狀態(tài)。在用戶設(shè)定模式狀 態(tài)下，用戶可以根據(jù)個(gè)人愛(ài)好及不同場(chǎng)合的需要來(lái)指定調(diào)用哪些模 式，并且可以改變每種模式的時(shí)間 Ti、頻率Fi參數(shù)，如果用戶想進(jìn)入缺省狀態(tài)模式，只需按一下功能切換鍵即可跳入缺省模式，程序會(huì)自動(dòng)順序調(diào)用亮燈模式；在缺省工作狀態(tài)下，LED彩燈控制器按照程序設(shè)定好的若干亮燈花樣模式程序 Model_i順序調(diào)用往下走，從第 Model_1 模式開(kāi)始工作，自 Model

5、_1 到J Model_2 到J Mod el_n 為一個(gè)亮燈周期，然后再回到 Model_1循環(huán)繼續(xù)工作，同樣如果想 進(jìn)入用戶設(shè)定模式狀態(tài)，只需按下功能切換鍵即可。整個(gè)n種亮燈模 式時(shí)間可以看作一個(gè)大周期其中的每一種花樣工作模式Model_i(i=1, 2,，n)時(shí)間為小周期Ti,對(duì)于每一個(gè)模式編寫(xiě)一個(gè)獨(dú)立 工作子程序Model_i ,其中設(shè)定了 LED三色燈(紅、綠、藍(lán))的點(diǎn) 亮?xí)r亥fj ( RED_on , GREEN_on , BLUE_on )和熄滅時(shí)亥U ( RED_of f, GREEN_off , BLU E_off),以及模式工作時(shí)間Ti以及該模式LE D閃爍頻率Fi。5位七

6、段碼顯示器的前2位(L1 , L2)顯示當(dāng)前工作 模式的序號(hào) Model_i ;后3位(L3, L4, L5)七段碼顯示三色LED 的工作狀態(tài)，若該顏色燈點(diǎn)亮則對(duì)應(yīng)七段碼顯示位為“1,”反之熄滅時(shí)則顯示位為 滅”即不顯示，對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)起到了很好的實(shí)時(shí)監(jiān)控 作用。因此在LED彩燈上電工作后，用戶可以方便地通過(guò)主控模塊上的顯 示器知道LED彩燈當(dāng)前工作模式Model，工作時(shí)間Ti,頻率Fi等 實(shí)時(shí)參數(shù)。若實(shí)際應(yīng)用需要根據(jù)不同場(chǎng)合和時(shí)間來(lái)改變彩燈閃亮效 果，用戶可以通過(guò)主控模塊上的按鍵來(lái)設(shè)定LED不同的閃爍頻率Fi和亮燈時(shí)間Ti,以便符合實(shí)際需要。此外如果用戶對(duì)某一種模式感興Modeli趣需要仔細(xì)

7、觀看該種亮燈模式，可以通過(guò)鍵盤(pán)選定任意第 模式使系統(tǒng)循環(huán)重復(fù)工作在該花樣模式下3硬件設(shè)計(jì)加酒舊日日印】叫小TTjirTiT _TTTTTI 丁 I /Si1間SmiSMir vrtjM新型LED彩燈系統(tǒng)包括2大部分，即LED彩燈控制器（89C51主控 模塊）和LED彩燈管（管內(nèi)LED板模塊）。前者是主控模塊，具有 按鍵、顯示等功能，并利用89C51的P 口輸出控制信號(hào)；后者是受 控模塊，上面焊有三色LED彩燈和信號(hào)驅(qū)動(dòng)芯片，模塊置于LED的 透明燈管內(nèi)。圖】主掛根塊耍將圖3.1 主控模塊電路設(shè)計(jì)主控模塊電路如圖1所示。主控模塊主要設(shè)計(jì)器件有89C51 , 5個(gè)七 段碼LED顯示器，8個(gè)按鍵，2

8、個(gè)穩(wěn)壓器（提供12 V, 5 V電壓）， 1個(gè)信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)模塊芯片（MC4049）等。通過(guò)軟件設(shè)計(jì)，使單片機(jī)P 0 口作為三色LED驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出口及移位時(shí)鐘 CLOCK信號(hào)，P3 口為按鍵輸入口，P2 口、P1 口與5位七段碼LED相接作為顯示器的 輸出口。3.2 管內(nèi)LED板模塊設(shè)計(jì)管內(nèi)LED板模塊電路見(jiàn)圖2。管內(nèi)LED板模塊設(shè)計(jì)主要器件有LED彩燈（紅、綠、藍(lán)）、移位觸發(fā)模塊芯片 CD4076等。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用彩燈長(zhǎng)度需要，可將不同數(shù)量的該管內(nèi) LED模塊實(shí)現(xiàn)級(jí)連，組成 一個(gè)完整的LED彩燈?？紤]到功率損耗，LED板模塊之間接口處用信號(hào)正向驅(qū)動(dòng)模塊芯片MC4049連接。每個(gè)LED板模塊上均勻

9、分布3種顏色LED燈，在實(shí)際制作PCB時(shí)采用紅、綠、藍(lán)3色互隔焊接方式，在電路板上把LED發(fā)光管按順序L1（紅）、L2（綠）、L3（藍(lán)）、L4（紅）、L5（綠）、L6（藍(lán)）依次均勻焊在板上成一條直線。為了得到更多的花樣模式效果，可以使紅綠2種燈從前往后驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮閃爍，藍(lán) 燈從后往前驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮閃爍，這樣具有很好的動(dòng)感視覺(jué)效果。10 / 101114 * * 1 I修坨“行ijil修一令:I華|, L.ij&j _.« Z 皆?xún)?nèi)LEO根蠅*務(wù)由4軟件設(shè)計(jì)新型LED彩燈控制器最大特點(diǎn)在于所有亮燈模式均由軟件控制完成。系統(tǒng)中軟件可以分為主程序和中斷服務(wù)子程序。上電后在缺省狀態(tài)以順序調(diào)用M

10、odel_i花樣亮燈模式流程為主程序，以一個(gè)單位時(shí)間 5 ms的T0定時(shí)為中斷服務(wù)子程序。在這個(gè)5 ms的T0定時(shí)基礎(chǔ)上， 可以根據(jù)需要來(lái)確定各種模式工作時(shí)間Ti,以及確定在各種亮燈模式Mode l_i內(nèi)點(diǎn)亮和熄滅各種顏色 LED燈的時(shí)刻：Red_on , Red_off, Green_on , Green_off , Blue_on , blue_off 以及 Clock （移位翻轉(zhuǎn)脈 沖）等。整個(gè)系統(tǒng)軟件由主程序（Main）、各個(gè)模式子程序（Model_i ）、5 ms中斷服務(wù)子程序（T0 Interrupt）、鍵盤(pán)掃描處理子程序（Key Bo ard）、顯示子程序（Display）等程序

11、組成。利用T0定時(shí)器作為定 時(shí)基本單位，根據(jù)模式需要計(jì)算好各控制信號(hào)的發(fā)生時(shí)刻，根據(jù)不同的模式Mo del_i可以設(shè)定不同的工作時(shí)間 Ti和脈沖翻轉(zhuǎn)頻率Fi通過(guò)P0 口輸出，使各色L ED燈的驅(qū)動(dòng)時(shí)刻與移位觸發(fā)的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻步 調(diào)一致，使LED彩燈按照設(shè)計(jì)的模式工作。除了 T0定時(shí)中斷之外，程序的大部份時(shí)間是在處理按鍵的查詢(xún)和LED顯示的延時(shí)。8個(gè)按鍵分別為：4個(gè)參數(shù)按鍵（Fi增、減按鍵，T i增、減按鍵），3個(gè)模式改變按鍵（模式上翻 UP、模式下翻DOW N、模式保持KEEP） , 1個(gè)功能切換按鍵。在每次的T0定時(shí)中斷服 務(wù)子程序里，需要對(duì)各個(gè)時(shí)間寄存器和模式寄存器進(jìn)行加1或者清，為主程序查詢(xún)

12、作準(zhǔn)備，同時(shí)查詢(xún)是否已中斷 6次（30 ms）,若30 ms到了，則對(duì)參數(shù)按鍵查詢(xún)一次，是否有時(shí)間Ti頻率Fi增減鍵按下并進(jìn)行相應(yīng)子程序處理。主程序除了調(diào)用各種子模式子程序（Model_i）,調(diào)用LED顯示子程 序（Display）和延時(shí)子程序（Delay）之外，還一直保持查詢(xún)是否有功能 切鍵按下以及是否有模式改變按鍵按下，一旦有功能切換鍵和模式改 變鍵按下，就會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的按鍵處理。主程序流程如圖3所示。亮燈模式子程序Model_i可以編寫(xiě)若干（n種），只要控制好各色燈觸 發(fā)和熄滅時(shí)刻就可以組合成各種亮燈效果。Model_i程序流程如圖4 所示。下面以第一種模式工作為例ORG OIOOHMAI

13、N,MOV SF* a 50H"設(shè)計(jì)維棧MOV TMODOIH"置定時(shí)器TO位方式1MOV THO. ctoFEHMOV TLO. a 0D4 H"定時(shí)為 3 m*所有汁數(shù)器，顯示器,Pt U靠清零ANL RED-O.tt0uHANL RE）_OFF*tf00HANL GREEN-ON,常OOHANL GREEN-OFF. OOHANL BLUE-ON.«OOHANL BLUE-OFF，o（）HANL CLOCKCOUNT,» OOHANL KEYCOUNT-POOH“顯示器全天MOV LlOAHMOV L2,ttOAHMOV L3* WQAH

14、ANL L4.V0AHANL L520AHANL TIME,»OOHANL Pl.t*OOHMOV R4，ttOOHMOV CLOCKDATE1, noiH"設(shè)定】藪率3 m,時(shí)鐘事轉(zhuǎn)一次MOV CLOCKDATE?, 02H”設(shè)定2舞率6刖時(shí)仲種一次MOV CLOCKDATE，* 03HMOV T1MEDA1MOV TIMEDA1E2.1TO1H MOV TIMEDATESOSH MOV 門(mén)MEDATmiHH SETfi ETO RETR TR) SETB EALOOP：MOV I.4MHMOV LLhOOHINC L5SKIP；CJNE R4.# 7FH.SKTP1LJ

15、MP OPERATESKIP1：“設(shè)定3菠率9 mi時(shí)停轉(zhuǎn)一次。模式Fl.送示器螳際區(qū)設(shè)足每一個(gè)模式工作0.45 1t 設(shè)定嶂一個(gè)模式工作L&5, “設(shè)定每一個(gè)模式工作2.抬* 設(shè)定每一個(gè)模式工作4.5 TO開(kāi)中新 "T0開(kāi)她定時(shí) "CPU拜中斷CJNE R4.注0FUH,Hlj有UP捶下嗎？MOVMOV M2.。03HLCALL CLEAR"樨零子程序LJMP SK1P9打有，蚓上翻到第39料模式HtJ.CJNF R3葬睛7HJ41E有KEEP覆下答？ANYTIME, ：t MHLCALL MEQ1*用模式Model-1JMP SK1P1宥.則保持在第1

16、腫模式Hl2i(JXT R4, *QFHH Jll"有DOWN按下皆？JMP Hl t有.用下靠到第2種模式LCALL NEQJj用模式ModelMOV A.TIMECJXK A.TIMEDATES.SKIP1亮亮Z45否?HU；L ALL CLEAR"兩清零子程序INC Li"模式"送顯示舞蝮沖區(qū)SK1P2：(JXT R4,'FDH,H口“有UP按下叫了"有功能切攝技？ "有,總?cè)擞脩粼O(shè)定模式5結(jié)語(yǔ)與市面上大多數(shù)的LED彩燈相比，該種彩燈具有更好的燈光裝飾效 果，性?xún)r(jià)比更高，與普通的全硬件 LED彩燈相比具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用主控模塊輸出的控制信號(hào)去控制燈管內(nèi)的L ED板模