霓虹燈模擬控制系統(tǒng)

單片機課程設計設計題目：霓虹燈模擬控制系統(tǒng)院系：電氣工程系學生班級：學號：指導老師：前言：

單片機是一個單芯片形態(tài)、面向控制對象的嵌入式應用計算機系統(tǒng)。它的出現(xiàn)及發(fā)展使計算機技術從通用型數值計算領域進入到智能化的控制領域。從此，計算機技術在兩個重要領域——通用計算機領域和嵌入式計算機領域都得到了極其重要的發(fā)展,并正在深深地改變著我們的社會。所謂單片機，即把組成微型計算機的各個功能部件，如中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、輸入/輸出接口電路、定時器/計數器以及串行通信接口等集成在一塊芯片中，構成一個完整的微型計算機。因此單片機早期的含義為單片微型計算機直接譯為單片機，并一直沿用至今。由于單片機面對的是測控對象，突出的是控制功能，所以它從功能和形態(tài)上來說都是應控制領域應用的要求而誕生的。隨著單片機技術的發(fā)展，它在芯片內集成了許多面對測控對象的接口電路，如ADC、DAC、高速I/O口、PWM、WDT等。這些對外電路及外設接口已經突破了微型計算機（Microcomputer）傳統(tǒng)的體系結構，所以更為確切反映單片機本質的名稱應是微控制器。由于單片機功能的飛速發(fā)展，它的應用范圍日益廣泛，已遠遠超出了計算機科學的領域。小到玩具、信用卡，大到航天器、機器人，從實現(xiàn)數據采集、過程控制、模糊控制等智能系統(tǒng)到人類的日常生活，到處都離不開單片機。

其主要的應用領域如下：（1）在測控系統(tǒng)中的應用，單片機可以用于構成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應控制系統(tǒng)、數據采集系統(tǒng)等。例如，工業(yè)上的鍋爐控制、電機控制、車輛檢測系統(tǒng)、水閘自動控制、數控機床及軍事上的雷達、導彈系統(tǒng)等。（2）在智能化儀器儀表中的應用，單片機應用于儀器儀表設備中促使儀器儀表向數字化、智能化、多功能化和綜合化等方向發(fā)展。單片機的軟件編程技術使長期以來測量儀表中的誤差修正、線性化的處理等難題迎刃而解。（3）在機電一體化中的應用，單片機與傳統(tǒng)的機械產品結合使傳統(tǒng)的機械產品結構簡化，控制走向智能化，構成新一代的機電一體化產品。這是機械工業(yè)發(fā)展的方向。（4）在智能接口中的應用，計算機系統(tǒng)特別是較大型的工業(yè)測控系統(tǒng)中采用單片機進行接口的控制管理，單片機與主機并行工作，可大大提高系統(tǒng)的運行速度。例如，在大型數據采集系統(tǒng)中，用單片機對模/數轉換接口進行控制不僅可提高采集速度，還可以對數據進行預處理。如數字濾波、誤差修正、線性化處理等。霓虹燈的來源，霓：有時在虹的外側還能看到第二道虹，光彩比第一道虹稍淡，色序是外紫內紅，與虹相反。虹：原意也是一種自然現(xiàn)象，就是彩虹，也是七彩的，色序從外至內分別為：赤、橙、黃、綠、藍、靛、紫。霓虹燈：夜間用來吸引顧客，或裝飾夜景的彩色燈，所以用“霓虹”這兩種美麗的東西來作為這種燈的名字。霓虹是英文NEON的音譯。1、功能要求：

霓虹燈模擬控制系統(tǒng)，用8051輸出控制8個發(fā)光二極管（模擬霓虹燈）的亮滅。要求實現(xiàn)：首先從燈L0開始，8個燈循環(huán)點亮一次，即L0點亮1秒后熄滅。L7點亮1秒后熄滅。然后間隔閃爍3次，即L0、L2、L4、L6點亮1秒后熄滅，L1、L3、L5、L7點亮1秒后熄滅，重復三次。循環(huán)上述過程。

2、方案論證：

眾所周知，霓虹燈是依靠燈光兩端電極頭在高壓電場下將燈管內的惰性氣體擊燃，它不同于普通光源必須把鎢絲燒到高溫才能發(fā)光。具有：高效率溫度低、使用不受氣候限制、低能耗、壽命長、制作靈活，色彩多樣、動感強，效果佳，經濟實用。霓虹燈是一種冷陰極輝光放電管，其輻射光譜具有極強的穿透大氣的能力，色彩鮮艷絢麗、多姿，發(fā)光效率明顯優(yōu)于普通的白熾燈，它的線條結構表現(xiàn)力豐富，可以加工彎制成任何幾何形狀，滿足設計要求，通過電子程序控制，可變幻色彩的圖案和文字受到人們的歡迎。霓虹燈的亮、美、動特點，是目前任何電光源所不能替代的。然而我這里要做的是模擬霓虹燈控制系統(tǒng)，說到模擬當然達不到霓虹燈那絢麗燈光的要求，用8個發(fā)光二極管的亮滅來模擬了。霓虹燈模擬控制主要分兩部分，一是8個二極管順序亮點控制，間隔一秒；二是閃爍控制，8個二極管分兩批交替閃爍，間隔一秒，重復三次。亮點控制中8個二極管只有一個亮，其他七個都不亮，并且8個的機關按順序從右向左輪流亮。用左移位循環(huán)指令RL，還有一個延時子程序，用來延時一秒。交替閃爍控制中交替循環(huán)可用邏輯循環(huán)指令中取反指令，循環(huán)三次可用條件轉移指令來進行循環(huán)控制，用“DJNZRn，標號”指令來實現(xiàn)。再次控制中也用到一秒的延時子程序按照系統(tǒng)設計功能的要求，初步確定設計系統(tǒng)由主控模塊、兩個顯示模塊共3個模塊組成，電路系統(tǒng)構成框圖如圖1所示主控芯片使用51系列AT89C51單片機。3、系統(tǒng)硬件電路的設計:圖6是霓虹燈模擬控制系統(tǒng)的電路設計原理圖。電路主要由AT89C51單片機、復位電路、晶振電路、流水燈電路、閃爍燈電路、電源等部分組成。單片機平時都處于低功耗空閑狀態(tài)。下圖2是8051的引腳排列圖。

3.1、AT89C51霓虹燈模擬控制系統(tǒng)的主芯片采用美國ATMEL公司生產的低電壓,高性能，一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器CMOM8處理器，是8051的的一種，引腳一致。2.7V——6V的電源使用電壓、128*8位的內部RAM，兩個16為定時器/計數器，5個中斷源，直接LED驅動輸出以及空閑和點方式等功能。3.2、復位電路該單片機的RST引腳是復位信號的引入端，復位信號為高電平有效，其所需時間在2個機器周期以上。復位操作還會把ALE和變?yōu)闊o效狀態(tài)，即ALE=0,=1。但是復位操作不影響片內RAM單元的內容。單片機復位的方式有上電自動復位和按鍵手動復位。本設計采用上電自動復位，如圖3所示，上電自動復位是通過電容充電來實現(xiàn)的。通過選擇適當的R和C的值，就能夠使RST引腳上的高電平保持兩個機器周期以上，以實現(xiàn)在上電的同時，完成單片機的復位。鍵手動復位又分為按鍵電平復位和按鍵脈沖復位兩種，通過RST經電阻與電源相連接或利用RC微分電路產生的正脈沖來實現(xiàn)按鍵復位的。3.3、晶振電路晶振就是根據壓電效應研制而成，石英晶體若在晶片的兩側施加機械壓力，則在晶片相應的方向上將產生電場，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產生機械振動，同時晶片的機械振動又會產生交變電場。在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關。在該次設計中，由兩個22pF的電容C1、C2和12MHz的晶振構成，電路圖如圖4所示。晶體的選擇，對于一個高可靠性的系統(tǒng)設計，晶體的選擇非常重要，尤其設計帶有睡眠喚醒(往往用低電壓以求低功耗)的系統(tǒng)。這是因為低供電電壓使提供給晶體的激勵功率減少，造成晶體起振很慢或根本就不能起振。這一現(xiàn)象在上電復位時并不特別明顯，原因時上電時電路有足夠的擾動，很容易建立振蕩。在睡眠喚醒時，電路的擾動要比上電時小得多，起振變得很不容易。

在振蕩回路中，晶體既不能過激勵(容易振到高次諧波上)也不能欠激勵(不容易起振)。晶體的選擇至少必須考慮：諧振頻點，負載電容，激勵功率，溫度特性，長期穩(wěn)定性。3.4、點亮流水電路P3口接8個發(fā)光二極管D7—D0構成流水燈似的循序點亮結構，R0—R7為限流電阻。如圖5所示。3.5、閃爍電路P1口同樣接上述8個發(fā)光二極管D7—D0構成閃爍電路結構，R0—R7為限流電阻，8個發(fā)光二極管分成兩組，即L0、L2、L4、L6一組，L1、L3、L5、L7一組，兩組交替閃爍一秒且重復三次結束。其電路圖與圖5類似，不同的是P1口