節(jié)日彩燈控制器的設(shè)計(jì)

第2章

節(jié)日彩燈控制器的設(shè)計(jì)

一：設(shè)計(jì)目的

1、了解節(jié)日彩燈控制器的工作原理

2、掌握按鍵輸入的消抖處理程序和延時(shí)程序的編寫

3、掌握獨(dú)立電源設(shè)計(jì)方法及原理

4、掌握電路板的實(shí)物焊接

二：設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)4個(gè)按鍵K1，K2，K3,K4

K1—上，按此鍵則燈由上向下流動(dòng)。

K2—下，按此鍵則燈由下向上流動(dòng)。

K3—全亮，按此鍵則燈全亮。

K4—停止，按此鍵則停止流動(dòng)，所有燈為暗。

三：總體方案設(shè)計(jì)與選擇的論證

隨著人們生活環(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，影響彩燈效果，因此有必要對(duì)現(xiàn)有的彩燈控制器進(jìn)行改進(jìn)。

（一）設(shè)計(jì)方案

彩燈控制器大致可分為兩種方案實(shí)現(xiàn)。一種是利用電子電路裝置控制，另一種是采用單片機(jī)控制。

方案一：

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求介紹的彩燈控制電路的基本組成，可以確定彩燈控制器應(yīng)由振蕩電路、計(jì)數(shù)/時(shí)序分配電路、移位位寄存器和彩燈顯示五部分組成。其框圖如圖1-1所示。方案二：

本方案主要是通過對(duì)基于單片機(jī)的多控制、多閃爍方式的LED彩燈循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，來(lái)達(dá)到本設(shè)計(jì)的要求。其硬件構(gòu)成框圖如圖1-2所示，以單片機(jī)為核心控制，由單片機(jī)最小系統(tǒng)（時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源）、按鍵控制電路、LED發(fā)光二極管和5V直流電源電路組成此設(shè)計(jì)方案中單片機(jī)的P1口接5路按鍵控制電路，實(shí)現(xiàn)彩燈花型的切換功能；單片機(jī)的P1口引腳接上四個(gè)按鈕開關(guān)以實(shí)現(xiàn)對(duì)彩燈閃爍頻率的控制，即實(shí)現(xiàn)了快慢兩種節(jié)拍實(shí)現(xiàn)花型的變換；單片機(jī)上的P2口接二十四路LED發(fā)光二極管組成彩燈電路，顯示彩燈循環(huán)情況。

（二）

方案選擇

結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)書比較以上兩種方案可知：利用電子電路裝置控制，其電路不很復(fù)雜，制作相對(duì)較容易點(diǎn)，成本也相對(duì)較低，但可調(diào)性差，亮燈模式少而且樣式單調(diào)，達(dá)不到設(shè)計(jì)任務(wù)要求或?qū)崿F(xiàn)困難。采用單片機(jī)控制其優(yōu)點(diǎn)是電路集成度高，工作原理簡(jiǎn)單，清晰明了，自定義編程，控制的圖案花樣多，移植性好等。

綜上，顯然方案二各方面優(yōu)越于方案一，以及為了體現(xiàn)專業(yè)優(yōu)勢(shì)，本次設(shè)計(jì)采用第二種方案。五：硬件設(shè)計(jì)

（1）直流電源電路

對(duì)于一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)來(lái)講，首要問題就是為整個(gè)系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源電路的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。電子設(shè)備除用電池供電外，還采用市電（交流電網(wǎng)）供電。通過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓后，得到穩(wěn)定的直流電。直流穩(wěn)壓電源是電子設(shè)備的重要組成部分！本項(xiàng)目直流穩(wěn)壓電源為+5V。如下圖所示：

直流穩(wěn)壓電源的制作一般有3種制作形式，分別是分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電源

線性集成穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。下圖穩(wěn)壓電源采用的是三端集成穩(wěn)壓器7805構(gòu)成的正5V直流電源。（2）按鍵電路

按鍵控制電路(如圖8所示)是由4個(gè)按鍵開關(guān)構(gòu)成的。他們分別接在單片機(jī)AT89S52的P1接口

K1—上，按此鍵則燈由上向下流動(dòng)。

K2—下，按此鍵則燈由下向上流動(dòng)。

K3—全亮，按此鍵則燈全亮。

K4—停止，按此鍵則停止流動(dòng)，所有燈為暗。（3）時(shí)鐘復(fù)位電路

要使單片機(jī)工作起來(lái)，最基本的電路的構(gòu)成由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成

時(shí)鐘電路：本系統(tǒng)采用單片機(jī)內(nèi)部方式產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，用于外接一個(gè)12MHz石英晶體振蕩器和2個(gè)30pF微調(diào)電容，構(gòu)成穩(wěn)定的的自激振蕩器，其發(fā)出的脈直接送入內(nèi)部的時(shí)鐘電路。

復(fù)位電路：確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動(dòng)過程。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)按鍵復(fù)位，該復(fù)位方式同樣具有上電自動(dòng)復(fù)位功能。電路如下圖所示。(4)LED顯示電路

LED彩燈顯示電路(如圖所示)實(shí)際上是由24個(gè)發(fā)光二極管和24個(gè)電阻構(gòu)成的電路。發(fā)光二極管與電阻對(duì)應(yīng)串聯(lián),然后接在與之相對(duì)應(yīng)的74HC377口上。通過軟件編程對(duì)P2口輸出高低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的閃爍花型。5）硬件調(diào)試

（1）調(diào)試：根據(jù)原理圖將應(yīng)該焊接好，用Altium

Designer6.9軟件下載Keil生成的HEX文件到單片機(jī)中，再給單片機(jī)上電，程序開始運(yùn)行。

（2）故障及解決：完成硬件焊接后，接上電程序并不能下載到單片機(jī)中，對(duì)比原理圖的連線，一步一步檢查，最終找到故障所在，74HC138使能端未接地/高電平，74HC377未接地，這些問題解決后在老師那可以燒進(jìn)去程序，但是回到自己那后還是燒不進(jìn)去程序，再次查詢電路時(shí)發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)接地端未接地，單片機(jī)的31管腳接地了，實(shí)際上應(yīng)該接+5V，這些問題浪費(fèi)了很長(zhǎng)時(shí)間，所以在做設(shè)計(jì)時(shí)一定要認(rèn)真仔細(xì)，故障排除后能夠正常運(yùn)行。

六：軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，我們還不能看到多控制、多閃爍方式的LED燈系統(tǒng)循環(huán)點(diǎn)亮的現(xiàn)象，我們還需要告訴單片機(jī)怎么樣進(jìn)行控制，即編寫程序控制單片機(jī)管腳電平的高低變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管的明滅。軟件編程是多控制、多閃爍方式的LED燈系統(tǒng)中的一個(gè)重要的組成部分，是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。下面,我將闡述多控制、多閃爍方式的LED燈系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)24個(gè)LED燈的循環(huán)點(diǎn)亮，來(lái)介紹實(shí)現(xiàn)流水燈控制的軟件編程方法。

本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)AT89S52為核心控制24個(gè)發(fā)光二極管4種閃爍方式的變換。

K1—上，按此鍵則燈由上向下流動(dòng)。

K2—下，按此鍵則燈由下向上流動(dòng)。

K3—全亮，按此鍵則燈全亮。

K4—停止，按此鍵則停止流動(dòng)，所有燈為暗。第3章

總結(jié)

1實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的可行性、有效性

與市面上大多數(shù)的彩燈相比，該種彩燈具有更好的燈光裝飾效果，性價(jià)比更高，與普通的全硬件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)的板模塊工作，使得產(chǎn)品性能穩(wěn)定，便以安裝容易操作。由于控制程序存儲(chǔ)在89C51單片機(jī)的電可擦除Flash閃存EPROM中，如果用戶需要更改系統(tǒng)的亮燈模式，無(wú)須改變系統(tǒng)硬件電路，只需修改其中程序即可，是一種很有發(fā)展前途的彩燈控制器。

由于國(guó)內(nèi)生活水平不斷提高，人民向往較佳的生活質(zhì)素，對(duì)燈具燈飾也不斷提出了新要求，近年內(nèi)地?zé)麸検袌?chǎng)有以下情況：

功能細(xì)分－人們要求燈具能符合不同場(chǎng)合，不同照光功能的需求日高，因此適用于各種使用要求的燈具逐應(yīng)運(yùn)而生，如學(xué)生燈、書寫燈、應(yīng)急燈、日光燈、霞光燈、晚餐燈以及不同高度的落地?zé)舻刃缕矾B出。

高技術(shù)化－由于電子技術(shù)被廣泛用于燈具的制造，適應(yīng)不同的電壓，使可調(diào)節(jié)亮度的第三代照光燈具多起來(lái)。無(wú)頻閃燈、3種波長(zhǎng)色譜可調(diào)燈，放射遠(yuǎn)紅外光燈等具備保護(hù)視力功能的燈具也開始推出市場(chǎng)。

多功能化－符合當(dāng)前的消費(fèi)時(shí)尚、集多種功能于一體的燈如床頭兼作光敏電話自控?zé)?、帶八音盒臺(tái)燈等，是近年另一需求特點(diǎn)。

節(jié)能環(huán)保－新推出的高科技無(wú)頻閃書寫燈，光線平穩(wěn)并可節(jié)能源50%，這種燈具很受消費(fèi)者的歡迎。環(huán)保是燈具生產(chǎn)技術(shù)的嶄新主題，顯示人們對(duì)居室生態(tài)環(huán)境的重視，這亦是未來(lái)家居照明的主要發(fā)展方向。

國(guó)際燈具行業(yè)現(xiàn)代化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的潮流是:減少產(chǎn)品的尺寸,以減少材料的投入;現(xiàn)代社會(huì)對(duì)產(chǎn)品的開以制造最重要的著眼點(diǎn)是“經(jīng)濟(jì)”和“環(huán)境保護(hù)”。

照明產(chǎn)品最好能體現(xiàn)這一潮流的是緊湊熒光燈，細(xì)管徑，超細(xì)管徑直管熒光燈和無(wú)汞的射頻(RF)或微波(MW)激發(fā)的硫燈。緊湊型熒光燈直徑和尺寸，它們的形式多種多樣用途也十分廣泛。一般來(lái)說(shuō)，它們有5倍于白熾燈的光效和8倍于白熾燈的壽命。因此，它們是綠色照明工程的推薦產(chǎn)品，使用緊湊型熒光燈的燈具也日益多見。

2設(shè)計(jì)內(nèi)容的實(shí)用性

與市面上大多數(shù)的彩燈相比，該種彩燈具有更好的燈光裝飾效果，性價(jià)比更高，與普通的全硬件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)的板模塊工作，使得產(chǎn)品性能穩(wěn)定，便以安裝容易操作。由于控制程序存儲(chǔ)在89C51單片機(jī)的電可擦除Flash閃存EPROM中，如果用戶需要更改系統(tǒng)的亮燈模式，無(wú)須改變系統(tǒng)硬件電路，只需修改其中程序即可，是一種很有發(fā)展前途的彩燈控制器。

3.實(shí)習(xí)心得

本次實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)考慮到了我們大學(xué)所學(xué)的所有知識(shí)，既要求我們對(duì)知識(shí)掌握的牢固，又要求我們對(duì)知識(shí)能夠靈活運(yùn)用。從所涉及的知識(shí)面來(lái)說(shuō)，它不僅要求我們運(yùn)用所學(xué)過的知識(shí)還要求我們?nèi)ゲ檎?，學(xué)習(xí)，借鑒其他科目或門類的知識(shí)。從時(shí)間上來(lái)說(shuō)，這次設(shè)計(jì)的時(shí)間是最長(zhǎng)的，因此我們有足夠的時(shí)間去重新溫習(xí)學(xué)過的知識(shí)，更有充足的時(shí)間去搜集學(xué)習(xí)一些我們沒有涉獵過的知識(shí)。這樣不僅鍛煉了我們學(xué)習(xí)新知識(shí)的能力，同時(shí)也拓寬了我們的知識(shí)面。并且我們還有足夠時(shí)間去修改我們的設(shè)計(jì)中的缺陷，這也是對(duì)我們將來(lái)走入社會(huì)獨(dú)立完成一項(xiàng)課題的考驗(yàn)。

我與同組人員經(jīng)過將近兩周的努力，終于完成的小學(xué)期的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，過程雖是辛苦的，但從中我卻學(xué)到了很多東西。首先鞏固了課上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，對(duì)于計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言的系統(tǒng)化整體化有了更深的認(rèn)識(shí)。在編寫程序的過程中遇到了很多困難經(jīng)過我們兩人反復(fù)修改不斷修正最終才能得以執(zhí)行。但最難的部分焊接實(shí)物部分，實(shí)驗(yàn)要求二十四個(gè)二極管是共陰極接法，我們先改了我們的程序，接下來(lái)焊接的過程中遇到的問題有，電解電容正負(fù)接反，開關(guān)使用方法不正確焊接虛焊等等，經(jīng)過與同組人員討論，向其他人請(qǐng)教和老師的指導(dǎo)才焊接成功。整個(gè)設(shè)計(jì)過程最大的收獲就是意識(shí)到理論知識(shí)扎實(shí)的重要性，實(shí)踐是建立在理論之上的，平時(shí)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)的好的同學(xué)做起來(lái)就是嫻熟。另外就是合作的重要性，每個(gè)人都有他的特長(zhǎng)一個(gè)人難免有疏漏，只有大家共同努力才能順利的完成任務(wù)。

在經(jīng)過兩周的不懈努力中，終于完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。通過本設(shè)計(jì)鍛煉了我們的實(shí)踐能力，也是對(duì)以后我們實(shí)際工作能力的訓(xùn)練和考察過程。現(xiàn)在是一個(gè)高科技的時(shí)代，單片機(jī)