[信息与通信]基于Proteus的霓虹灯设计.doc

河南理工大学毕业设计（论文）说明书摘 要 在现代化城市建设中，夜景的规划建设具有非常重要的地位。绚丽多彩的城市夜景观不仅为人们在夜晚的活动创造了一个良好而安全的环境，丰富了人们的夜生活，而且对于经济建设的发展和城市自身形象的塑造以及国际地位的提升，都具有十分重要的作用和深远的影响。而在城市夜景观规划建设中，霓虹灯的设计与实施是其不可缺少的重要组成部分。因此，对霓虹灯的综合控制的研究，对于建设国际化大都市、树立良好的国际形象、美化人民生活都具有显著的社会效益与经济价值。 本文结合国内外霓虹灯控制技术的发展状况设计了一种采用美国ATMEL公司生产的51系列单片机中的AT89C51作控制芯片的霓虹灯控制器通过AT89C51芯片控制驱动电路。另外，文中还介绍了电源电路、PC机与单片机的ISP串行接口电路的设计原理。软件设计部分采用的是keil环境下的C语言进行编写程序，使用Proteus中进行仿真说明。关键字：霓虹灯、单片机、AT89C51、ProteusAbstract In the modem urban construction，planning and construction ofthe night scenery are very importantThe colorful urban landscape not only create a good and safe environment and enrich the peopleS night life，but also speed up economic construction and develop urban self-image，as well as raise the international statusIn the city landscape planning and construction，design and implementation of the neon lights is its essential componentsAs a result，the study of the controlling neon lights have significant social and economic value in building an international metropolis，setting a good international image，and making peoples living more colorful.This article unified the domestic and foreign neon lights control technology the development condition to design one kind in 51 series monolithic integrated circuit AT89C51 which used American ATMEL Corporation to produce to make the control chip the neon light controller. through the AT89C51 chip control actuation electric circuit. Moreover, in the article also introduced the power circuit, PC machine and the monolithic integrated circuit communication connection electric circuit principle of design. The software design partially uses is keil under the environment C language carries on the compilation procedure, uses Proteus to carry on the simulation explanation.Key words: neon lights、Monolithic integrated circuit、AT89C51、Proteus目 录1 前言11.1 课题背景11.1.1 霓虹灯的发展历史11.1.2 霓虹灯的特点41.2 关于霓虹灯控制技术51.3 国内外霓虹灯控制技术研究现状61.4 课题开发的意义62 总体方案设计72.1 设计思想的由来72.2 设计构思72.3 课题设计框图73 主要电子器件简介93.1 单片机简介93.1.1 单片机的发展历史93.1.2 单片机的组成和特点103.1.3 单片机的应用113.2 AT89C51简介123.3 74LS245简介193.4 8X8点阵介绍204 各部分电路介绍234.1 稳压电源电路234.2 复位电路部分244.3 晶振时钟电路264.3.1 晶振介绍264.3.2 单片机周期介绍274.3.3 具体晶体电路284.4下载接口295 软件设计315.1 程序编译315.1.1 keil软件介绍315.1.2 编程语言的选择335.1.3 程序的编译过程345.2 仿真设计375.2.1 仿真软件Proteus介绍375.2.2 仿真过程39结束语43致谢44参考文献45附录146附录24952河南理工大学毕业设计（论文）说明书1 前言1.1 课题背景1.1.1 霓虹灯的发展历史 霓虹灯是最古老和最具生命力的气体放电光源。霓虹灯是由英文“氖灯”，即“NEON SIGN”得来的，“霓虹”两字实际上是“NEON”的译音，而现在人们已经把“霓虹灯”当作专用词运用了。霓虹灯是电光源产品的一个分支，属冷阴极辉光放电光源。在早期制作的霓虹灯内充入的稀有气体是氖（NEON），因此NEON LAMP按意译可译为氖气灯，按音译可译为霓虹灯。而音译过来的霓红（NEON）一词，正是汉语彩虹的意思，恰好霓虹灯充入稀有气体如氦、氖、氩、氪、氙以后所发出的绚丽光色，正如天上彩虹般艳丽，因此霓虹灯的叫法就在我国一直沿用下来，而未赋予它按电光源产品命名法所应具有的分类名称。 霓虹灯的发展可以追溯到英国物理学家和化学家法拉第对气体放电的研究，电流通过含有少量正负离子的气体时，受紫外线、宇宙射线、微量放射物质的作用，在足够高的外加电压作用下运动，并与中性气体分子碰撞后，使中性分子发生电离，因而离子的数目倍增。电流通过气体时还伴有发光现象，即所谓的辉光放电。其发光的颜色随所充气体的不同而不同。法拉第的理论及其在实验上的成就，为霓虹灯技术的发展奠定了坚实的基础。 霓虹灯始源于法国。1910年法国科学家克洛德制成了世界上第一支商业性霓虹灯，用于巴黎的皇宫大厦作装饰照明，引起了极大的轰动并获得成功。从此克洛德一直潜心于扩大霓虹灯适用性和应用性的研究，其间由于第一次世界大战的爆发，使克洛德的研究工作进展缓慢曾一度中断，直到1915年克洛德才正式获得霓虹灯发明专利权。为了拓展市场，克洛德派出他的公共关系雇员林登伯格遍访欧美国家，使霓虹灯作为机场跑道安全降落批指示光源在美国首获成功。林登伯格大力宣传霓虹灯的优越性，拓宽霓虹灯的用途，使霓虹灯很快就成为一种有效的商业广告媒介，并得到社会的普遍承认和欢迎，在本世纪20年代在世界各国得到迅速发展。当时所用的灯体玻管的直径为45毫米，先将玻璃管弯制成所需的文字或图案，然后再用1只电压为1万多伏的变压器供电，使之发光。当时，灯管两端电极采用石墨制成，内部充入氮气或二氧化碳气体，前者会发红光，后者发白光。由于这两种气体较活泼，很容易和石墨电极起化学反应，阴极溅散出的石墨很快在玻璃管内壁形成黑色薄膜层，并大量吸收充入灯管内的气体，使灯管的充气压力很快下降，致使霓虹灯的寿命很短。当时为了解决这个问题，特在霓虹灯管上加1个特殊的电磁阀门，并在霓虹灯使用一段时间以后再往灯内重新补充一定量的气体，但这样做并未能在根本上克服上述缺陷。因此，这种灯不仅寿命短、制作工艺复杂，而且造价昂贵，很难普及。从1910年第一支商品霓虹灯问世以后的二十余年间，世界各国生产霓虹灯在原理、材料、工艺、设备各方面都大致相同，其中最大的一个特点都是采用透明无色玻璃管制作霓虹灯，所以我们把它视作霓虹灯发展史上的一个阶段。这种用透明玻管制作的霓虹灯主要利用辉光作光源，也就是说霓虹灯管的颜色是由充入的气体成分和压力决定的。因此，掌握各种气体在辉光放电过程中的颜色特征是至关重要的。在1907年至1910年期间，科学家克洛德和林德发明了液态空气分馏。利用这一发明，在霓虹灯内充入一定的惰性气体，这样就明显减缓了气体在灯管内部的消耗速度，颜色也丰富了，可产生红、绿、蓝、黄等颜色。第二次世界大战前夕，光致发光的材料被研制出来了。这种材料不仅能发出各种颜色的光，而且发光效率也高，我们称之为荧光粉。荧光粉被应用在霓虹灯制作中后，霓虹灯的亮度不仅有了明显提高，而且灯管的颜色也更加鲜艳夺目，变化多端，同时也简化了制灯的工艺。故在第二世界大战结束后，霓虹灯得到了迅猛的发展。本世纪30年代中期发明了荧光粉，从此进入了用荧光粉管制作霓虹灯的新时期，结束了用透明无色玻管制作霓虹灯的一统局面，开创了霓虹灯发展史上的又一里程碑。用透明玻璃管制成的霓虹灯有不少缺陷，一是色彩不够丰富；二是某些色彩的填充气价格昂贵；三是涂敷透明玻管漆的方法会降低霓虹灯的光效；四是去气、充气工艺比较复杂。采用荧光粉管制成的霓虹灯，克服了上述缺点，颜色极大丰富，光效也有很大提高，给广泛创造了条件。 制作荧光粉管家霓虹灯采用的是短波紫外线激发的荧光粉，诸如钨酸盐、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐荧光粉。它的发光机理为：由低气压汞放电产生253.7nm紫外线激发各类不同的芝光粉，可以获得数十种色彩的霓虹灯，大大提高了霓虹灯的商业价值。 近年来发展起来的三基色荧光粉应用于霓虹灯，大大提高发霓虹灯的光效。还可根据混色原理，采用不同的三基色荥光粉配比，通过理论计算与实验方法，可得到不同色温的白光及不同色彩的霓虹灯光色。 霓虹灯在我国的第一次出现是1926年在上海最繁华的商业街-南京东路上的伊文思图书公司橱窗内陈列的英文“皇家牌”打字机霓虹灯广告。1927年由上海远东化学制造厂-我国第一家霓虹灯制造厂为上海中央大旅社制作安装的中英文对照的霓虹灯招牌。1930年自制成功霓虹灯电源变压器；1945年制成荧光粉；1951年试制出氩、氖等惰性气体，从此实现了霓虹灯用全部原料、器件的国产霓虹灯的兴旺发展总是和国家的兴旺繁荣联系在一起，同步出现的。90年代在上海南京路已建成了一条霓虹灯十里长街；南京市和上海闸北区都在实施不夜城计划；大连市金州开发区为改善投资环境，通过举办全国霓虹灯大奖赛建成了一座五彩城。如今天津、重庆、深州等大小城市也建成了以霓虹灯为主体装饰照明的商业、旅游城。1.1.2 霓虹灯的特点霓虹灯自十九世纪初出现以来，经历了近两百年发展过程。今天，虽然用于街头广告媒体手段很多，但霓虹灯以其独特的视觉效果，仍然占有较大比重。霓虹灯以它斑斓夺目的色彩、生动逼真的形态、耀眼夺目的照明为夜间城市的购物中心招徕顾客、文化娱乐中心吸引游客营造气氛，给夜间城市的购物活动带来方便，给文化娱乐活动增添情趣。霓虹灯营造了夜间城市的绚丽多姿和繁华，它已成为现代城市商业繁荣的标志之一。虽然霓虹灯在原理上仅仅是一种简单的冷阴极辉光放电管，但在经济繁荣、科学技术发展的进程中，不仅没有被淘汰，反而日益兴旺。霓虹灯厂盛不衰的原因 不外乎有以下几点:(1)霓虹灯能节约能源，它的发光效率明显优于普通白炽灯，甚至在某些光色的比较上，它可比白炽灯节电5倍以上。(2)霓虹灯表现力丰富，它儿乎可以加工成任意形状来满足设计上的要求，无论点、线、面的造型都独具魅力，这是电光源领域中任何其它种类的光源所难以比拟的。(3)霓虹灯的色彩缤纷、绚丽多姿又是它的特色，随着近代科学的发展，研制成功三基色稀土荧光粉产品，根据色度学的三基色混光原理，人们几乎可以得到能辐射任何色彩要求的荧光粉来满足各种色彩的霓虹灯的要求。(4)霓虹灯还可以通过电子电路的控制，形成变幻色彩的图案和文字，强烈的动感还能产生很强的表现力，吸引人们的视觉效应。(5)霓虹灯的辐射光谱具有极强的穿透大气的能力，即使人们站在很远处，仍能让这种光泽映入眼帘，产生视觉反应的效果，这个特性正是广告装饰光源所最迫切需要的。1.2 关于霓虹灯控制技术从广义上讲，霓虹灯是泛指动态或静态效果的，而事实上通常所指的霓虹灯效果其实指的是这种具有动态扫描效果的霓虹灯效果。动态效果设计是霓虹灯达到理想视觉广告效果引起人们注意的关键步骤之一，优秀的动态效果可以使霓虹灯广告产生动静结合、行云流水的艺术效果。而这种效果是来自十动态扫描控制系统。如何能方便快捷地设计出控制系统，和如何能更多地表达出设计方案，这也是霓虹灯产业一直研究的一个重要课题。长期以来，霓虹灯企业沿袭使用滚动式跳机来控制霓虹灯的讯号转换，但由于其接通和切断电的方式都是靠机械触点的变换来实现，因此其寿命和可靠性都较差，而且霓虹灯装配在繁华的人聚集地，这种机械触点变换引起的噪声和电磁干扰也不受人们的欢迎。近年来， 随着电子技术的飞速发展，特别是微计算机技术的开展和应用，使霓虹灯的控制技术有了很大的突破，产生了新一代的霓虹灯控制器，即电子程序控制器 ,它采用了无触点开关，能适应霓虹灯讯号的繁多变化。这种新型电子程序控制器包含有硬件和软件两部分内容，前者的心脏部分是一只单片微型计算机，它的尺寸只有1 平方厘米左右，但已具有一台完整微型计算机的全部基本单元，如再加以适当的扩展，就能对霓虹灯广告讯号的变化加以可靠的控制。在具体应用时，人们只要按计算机语言来编制相应的程序，就能实现控制霓虹灯的讯号变化。使用电子学新技术来完成霓虹灯的控制，是当前霓虹灯技术发展的新趋势，它不但已得到有效的使用和受到人们的青睐，而且随着电子学技术的不断进步，优质电子元件加工成本的进一步下降，电子式霓虹灯控制技术一定还会得到更广泛的应用，产生新的突破。1.3 国内外霓虹灯控制技术研究现状 国内外常用的霓虹灯动态扫描方式：(1)控制变压器高压端回路，采用高压跳机。(2)控制变压器低压端回路，采用滚筒式闪烁控制器，俗称滚筒。(3)电子程序式控制回路前面的两种其实都是机械式，优点是控制简单、成本低廉。但缺点同样明显，主要体现在以下几点:(1)由于电接触点是铜皮对铜块滑动式硬磨擦接触，如果松紧调节不当，会影响其使用及其寿命。(2)由于铜触点接触面积有限，不能流过5A以上的电流。大电流工作时，必须再驱动交流接触器才能可靠地工作。且成本高，也很麻烦。(3)工作时电路的一通一断冲击电流可使触点拉弧，产生高频辐射，从而干扰无线电和电视信号。而电子式程序控制器则克服了上述缺点，广泛用于现代的霓虹灯控制中。1.4 课题开发的意义由上述知电子式程序控制器广泛用于现代的霓虹灯控制之中，而对于电子程序式控制器按其功率驱动单元来分，有电磁继电器式和固态继电器式(可控硅、功率晶体管等)，电子程序式控制器按其逻辑控制方式分，有智能式包括单片机控制和可编程控制器，以及非智能式-机械滚筒式控制器。非智能式控制器用的是电刷容易打火，可靠性比较差，实现复杂控制困难，只能用于小型霓虹灯广告牌。本文介绍的霓虹灯控制器属于单片机智能控制器，可适用于大、中、小型各种霓虹灯牌面，可根据用户要求，通过修改参数，控制任何复杂程度变化的图案。河南理工大学毕业设计（论文）说明书2 总体方案设计2.1 设计思想的由来 随着城市建设和市场经济的飞速发展，城市的美化和日益激烈的广告竞争越来越得到社会的关注作为城市装饰和广告宣传的霓虹灯的需求量也越来越大。过去霓虹灯控制器多采用EPROM和相应的逻辑电路来完成，现在也有采用一些专用霓虹灯控制芯片的控制器。前者所需电路较多，制作不易改变，且所需控制的霓虹灯路数越多，扩展起来也比较繁杂；而后者由于电路已作定，控制方式不能任意改变，功能较为单一。本文介绍的霓虹灯单片机控制器采用的是美国ATMEL公司生产的单片微机AT89C51作控制芯片，附加少许电路，通过设定参数可任意改变霓虹灯的变化花样和控制路数。2.2 设计构思控制器的基本设计构思是：以每个霓虹灯变压器为控制对象。每个霓虹灯变压器由控制器输出的一位二进制代码来控制。例如，当控制器输出全 0”（或全“l”）控制信时，电平触发继电器、霓虹灯变压器工作，霓虹灯全亮。当控制器发出全 “l”（或 “0 ”）控制信号时，继电器关断，变压器停止工作，霓虹灯全熄。如果控制器每间隔一秒交替发出全“0”和全“ 1”信号时，霓虹灯将产生交替闪亮的效果，由此可见，每个霓虹灯的亮熄及亮熄时间的长短完全可以由控制器输出的代码来控制。2.3 课题设计框图 LED显示部分 外部时钟 稳压电源 ISP接口 单片机控制部分AT89C51芯片 驱动部分 74LS245 图2-1 系统总体框图设计框图说明：（1）稳压电源-提供本控制器正常工作所需电压，包括单片机、驱动芯片、继电器等。（2）通讯接口提供单片机与PC机的通讯平台，此平台便是设定和修改参数以实现霓虹灯不同花样变化，所以通讯接口部分显得异常重要；（3）单片机霓虹灯控制器的核心部分，定时、数据存储、程序存储等主要功能都由它来完成。（4）驱动电路驱动继电器功率控制板；3 主要电子器件简介3.1 单片机简介3.1.1 单片机的发展历史单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段：（1） 第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS 48为代表。MCS 48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola 、Zilog等，都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单片机”一词即由此而来。 （2）第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。Intel公司在MCS 48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS 51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。 CPU外围功能单元的集中管理模式。体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。 （3）第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS 96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS 51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。 （4）第四阶段（1990）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。3.1.2 单片机的组成和特点 单片机是微型机的一个主要分支，在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。 1. 单片机的组成 单片机通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体，其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址，CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口；/数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O接口之间，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括CPU发出的控制信号线和外部送入CPU的应答信号线等。单片机中的CPU、存储器等部件将在后面章节陆续介绍。 2. 单片机的特点 由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著的特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。单片机主要发如下特点：（1）有优异的性能价格比。（2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。（3）控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。（4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品。（5）外部总线增加了I C（Inter-Integrated Circuit）及SPI（Serial Peripheral Interface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。（6）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。 3.1.3 单片机的应用 由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面： 1. 单片机在智能仪表中的应用单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。 2. 单片机在机电一体化中的应用机电一体化是械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。 3. 单片机在实时控制中的应用单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。 4. 单片机在分布式多机系统中的应用在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。 5. 单片机在人类生活中的应用自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。 综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。3.2 AT89C51简介 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。1. AT89C51芯片的特点：与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2. 引脚说明AT89C51的引脚如图3-1所示： 图3-1 AT89C51引脚图VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。串口通讯：单片机的结构和特殊寄存器，这是你编写软件的关键。至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢，它们是SCON，TCON，TMOD，SCON等。SBUF 数据缓冲寄存器这是一个可以直接寻址的串行口专用寄存器。实际上SBUF 包含了两个独立的寄存器，一个是发送寄存，另一个是接收寄存器，但它们都共同使用同一个寻址地址99H。CPU 在读SBUF 时会指到接收寄存器，在写时会指到发送寄存器，而且接收寄存器是双缓冲寄存器，这样可以避免接收中断没有及时的被响应，数据没有被取走，下一帧数据已到来，而造成的数据重叠问题。发送器则不需要用到双缓冲，一般情况下我们在写发送程序时也不必用到发送中断去外理发送数据。操作SBUF寄存器的方法则很简单，只要把这个99H 地址用关键字sfr定义为一个变量就可以对其进行读写操作了，如sfr SBUF = 0x99;当然你也可以用其它的名称。通常在标准的reg51.h 或at89x51.h 等头文件中已对其做了定义，只要用#include 引用就可以了。SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或设备中为了监视或控制接口状态，都会引用到接口控制寄存器。SCON 就是51 芯片的串行口控制寄存器。它的寻址地址是98H，是一个可以位寻址的寄存器，作用就是监视和控制51 芯片串行口的工作状态。51 芯片的串口可以工作在几个不同的工作模式下，其工作模式的设置就是使用SCON 寄存器。它的各个位的具体定义如下：SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RISM0、SM1 为串行口工作模式设置位，这样两位可以对应进行四种模式的设置。串行口工作模式设置。SM0、SM1与串口工作模式对应情况如表3-1：表3-1 SM0、SM1与串口工作模式对应表SM0 SM1 模式 功能 波特率0 0 0 同步移位寄存器 fosc/120 1 1 8位UART 可变1 0 2 9位UART fosc/32或fosc/641 1 3 9位UART 可变SM2 在模式2、模式3 中为多处理机通信使能位。在模式0 中要求该位为0。 REM 为允许接收位，REM 置1 时串口允许接收，置0 时禁止接收。REM 是由软件置位或清零。如果在一个电路中接收和发送引脚P3.0,P3.1 都和上位机相连，在软件上有串口中断处理程序，当要求在处理某个子程序时不允许串口被上位机来的控制字符产生中断，那么可以在这个子程序的开始处加入REM=0 来禁止接收，在子程序结束处加入REM=1 再次打开串口接收。大家也可以用上面的实际源码加入REM=0 来进行实验。TB8 发送数据位8，在模式2 和3 是要发送的第9 位。该位可以用软件根据需要置位或清除，通常这位在通信协议中做奇偶位，在多处理机通信中这一位则用于表示是地址帧还是数据帧。RB8 接收数据位8，在模式2 和3 是已接收数据的第9 位。该位可能是奇偶位，地址/数据标识位。在模式0 中，RB8 为保留位没有被使用。在模式1 中，当SM2=0，RB8 是已接收数据的停止位TI 发送中断标识位。在模式0，发送完第8 位数据时，由硬件置位。其它模式中则是在发送停止位之初，由硬件置位。TI 置位后，申请中断，CPU 响应中断后，发送下一帧数据。在任何模式下，TI 都必须由软件来清除，也就是说在数据写入到SBUF 后，硬件发送数据，中断响应（如中断打开），这时TI=1，表明发送已完成，TI 不会由硬件清除，所以这时必须用软件对其清零。RI 接收中断标识位。在模式0，接收第8 位结束时，由硬件置位。其它模式中则是在接收停止位的半中间，由硬件置位。RI=1，申请中断，要求CPU 取走数据。但在模式1 中，SM2=1时，当未收到有效的停止位，则不会对RI 置位。同样RI 也必须要靠软件清除。常用的串口模式1 是传输10 个位的，1 位起始位为0,8 位数据位，低位在先，1 位停止位为1。它的波特率是可变的，其速率是取决于定时器1 或定时器2 的定时值（溢出速率）。AT89C51 和AT89C2051 等51 系列芯片只有两个定时器，定时器0 和定时器1，而定时器2是89C52 系列芯片才有的。3.3 74LS245简介 74LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。输入方向控制端DIR根据逻辑电平的高低来控制数据从A端口传向B端口还是从B端口传向A端口。各引出端符号说明如表3-2所示： 表3-2 74LS245芯片各引脚说明A A总线端B B总线端G 三态允许端（低电平有效）DIR 方向控制端 74LS245的引脚如图3-2所示：图3-2 74LS245引脚图 74LS245芯片极限电流和真值表的说明如下表： 表3-2 74LS245的极限工作环境 电源电压 7V 输入电压 7V 输入高阻态时高电平电压 5.5V 工作环境温度 070C存储温度 -65150C 表3-3 74LS245真值表使能端G 方向控制端DIR 功能L L BAL H ABH X 3.4 8X8点阵介绍 LED电子显示屏是由几万-几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。 LED显示屏（LED panel）：LED就是light emitting diode ，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。 LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由LED矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。 LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。 点阵LED一般采用扫描显示技术，实际应用分为三种方式： （1）点扫描 （2）行扫描 （3）列扫描 若用第一种方式，其扫描频率必须大于16*64=1024Hz，周期小于1ms即可。若使用第二种方式和第三种方式，则频率必须大于16*8=128Hz，周期小于7.8ms即可符合视觉暂留要求。此外，一次驱动一列或一行（8个LED）时需要外加驱动电路提高电流，否则LED亮度会不够。 8X8 LED其点阵是最基本的点阵显示模块，理解8X8 LED点阵的工作原理就可以基本掌握LED点阵显示技术。 8X8 点阵共由 64 个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置 1 电平，某一列置 0 电平，则相应的二极管就亮；如要将第一个点点亮，则 9 脚接高电平 13 脚接低电平，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则第 9 脚要接高电平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）这些引脚接低电平，那么第一行就会点亮；如要将第一列点亮，则第 13 脚接低电平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）接高电平，那么第一列就会点亮，详见图 3-3 所示。 图3-3 8X8点阵内部二极管原理图 8X8点阵LED外观及引脚如3-4图所示，只要对应的X、Y轴顺向偏压即可使LED发亮。例如Y0=1,X0=0即可，应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。 8X8点阵实物图如下：图3-4 8X8点阵实物图4 各部分电路介绍4.1 稳压电源电路电源电路为整个系统提供稳定的直流工作电压。本次设计中用到的芯片工作电压为+5v（AT89C51的工作电压）和+12v（ULN2803的工作电压）。一般直流电源的组成包括如图3-3所示。其中包括四个组成部分。稳压电 路滤波器整流电 路电源变压器市电 负载交流 图4-1 直流电源的组成将220v的电网电压降压、滤波后得到所学的工作电压。由于滤波后的电压还不是很稳定，还学要一个稳压管来稳压，使输出的电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。目前，具有稳压功能的集成电路大量上市，用它构成稳压电路非常方便。在霓虹灯控制器中用得最多的当属称作78系列的集成稳压电路了。78系列集成稳压电路只有三个引出端，使用起来非常方便，实际上它的内部结构比我们刚刚介绍过的串联型负反馈稳压电路还要复杂，它还多加了启动电路、恒流源以及过流保护和过热保护等电路。由于采用了先进的集成工艺，稳压集成电路的功能全、体积小、成本低，应用常广泛。本设计采用了7805三端稳压集成芯片，输出是+5v，它的输出很稳定，其原理图如图4-2。图4-2 稳压电源工作原理说明：将220V的市网电压经过变压器降压得到大约12V，经过整流滤波后得到直流输入电压接在W7805三端集成稳压器的输入端和公共端之间，在输入端即可得到稳定的输出电压5v。为了改善纹波电压，常在输入端接入电容C2，一般C2的容量为0.33uf（参考7805的使用手册）。同时，在输出端接上电容C3、C4，以改善负载的瞬时响应，C4的容量一般为0.1uf（参考7805的使用手册）。 4.2 复位电路部分单片机目前已被广泛地应用于家电、医疗、仪器仪表、工业自动化、航空航天等领域。市场上比较流行的单片机种类主要有Intel公司、Atmel公司和Philip公司的8051系列单片机，Motorola公司的M6800系列单片机，Intel公司的MCS96系列单片机以及Microchip公司的PIC系列单片机。无论用户使用哪种类型的单片机，总要涉及到单片机复位电路的设计。而单片机复位电路设计的好坏，直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统，并在实验室调试成功后，在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象，这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因