基于单片机控制的霓虹灯控制器

霓虹灯控制器 第 1 页 共 14 页基于单片机控制的霓虹灯控制器作者：谭辉 肖远青 凌鑫华指导老师：王彦摘要：本设计采用 AT89S51 单片机实现对霓虹灯的控制。系统由单片机控制部分和显示部分组成。显示部分的 128 个发光二极管成 8 行 16 列矩阵式分布。单片机 I/O 口输出的信号经三极管放大驱动二极管发光。不同的控制信号使发光二极管以不同的方式和花样显示。关键字：单片机 发光二极管 矩阵式Neon Light Controller Based on SinglechipAbstract: This design adopts singlechip AT89S51 to control the neon light. The system is made up of the part of singlechip controller and the part of show. The part of show is 8 lines of 16 row matrix types. Signal from singlechip is enlarged by triode transistor to drive the LBD. The different control signal makes LBD to give out light with the pattern in different way.Keyword: singlechip LBD matrix霓虹灯控制器 第 2 页 共 14 页目录1. 系统设计.31.1 设计要求.31.2 总体设计方案.31.2.1 设计思路.31.2.2 方案论证与比较.31.2.3 系统组成.42.单元电路设计.42.1 显示部分电路.42.2 控制部分电路.53.软件设计.63.1 程序流程图.63.2 程序清单.74 结论.7参考文献7附录 1：元器件明细表7附录 2：程序清单8附录 3：印制板图.14霓虹灯控制器 第 3 页 共 14 页1.系统设计1.1 设计要求1.基本功能：设计一个霓虹灯控制器，控制 128 个 LBD，要求能控制形成多种图案或花样。2.扩展功能：红外遥控不同显示方案间的转换，加设语音芯片和音乐盒，在显示不同图案的同时发出不同的音乐和语音信息。1.2 总体设计方案1.2.1 设计思路题目要求设计一个霓虹灯控制器，控制的灯数 128 个，并要形成多种图案和花样。设计中控制部分由单片机完成，显示部分的 LBD 由单片机的输出控制信号经放大后驱动，形成不同的图案。1.2.2 方案论证与比较1. 显示部分设计方案论证与选择方案一、采用移位寄存器扩展 I/O 口。利用 74HC595 扩展单片机的输入输出口来接发光二极管，实现串行输入并行输出。电路图如 1.1.1 所示。此方案可扩展受控制的发光二极管的数量，但要控制 128 个 LBD 需要 16 个移位寄存器，需要芯片多，且 PCB 布局和布线不方便。方案二、采用矩阵式分布。利用单片机的 p1 口做行选信号，p2 和 p0 口做列选信号，128 个 LBD 构成 8 行，16 列的矩阵。详细电路图见单元电路设计中。此方案能单独控制每一个 LBD，也可单独控制每行或每列的 LBD，可形成丰富的图案或花样，显示部分不需要格外的芯片，形成的电路简单，PCB 的布局和布线也较容易和美观。综上所述，考虑到要求控制的 LBD 不是太多，又矩阵式能形成较丰富的图案，PCB板的布局和布线也较美观，选择方案二。2. 驱动部分设计方案论证与选择方案一、三极管一级驱动。由 1 个 9012 驱动一行 16 个 LBD。正常发光时每个 LBD的工作电流为 1015 毫安，16(1015) =160240 毫安, 这样大的电流一个三极管就能提供。当一行同时亮时能满足发光工作要求。当一个灯亮时，由于亮的时间非常短不会对LBD 的工作造成影响。方案二、功率放大芯片。可以很好的实现放大和驱动，性能稳定，效果好，但价格较三极管高，电路较方案一也明显复杂。综上所述，三极管驱动电路简单，性价比高，又能很好完成驱动作用，选择方案一。霓虹灯控制器 第 4 页 共 14 页Q1 1Q2 2Q3 3Q4 4Q5 5Q6 6Q7 7Q0 15Q7 9/SCLR10 SCK11RCLK12/G13SER14 Q?74HC595Q1 1Q2 2Q3 3Q4 4Q5 5Q6 6Q7 7Q0 15Q7 9/SCLR10 SCK11RCLK12/G13SER14 Q?74HC595L1 L2 L3 L4L5 L6 L7 L8L1 L2 L3 L4L5 L6 L7 L8R110K R210KR310KR410KR510KR610KR710KR810KR2510KR2610KR2710KR2810KR2910KR3010KR3110KR3210KDATAN1N2N3图 1.1.1 寄存器扩展的电路图1.2.3 系统组成系统总方框图如图 1.2.3 所示。图 1.2.3 系统总方框图单片机控制矩阵式排布的 LBD 按顺序循环显示。系统共设计了 7 种显示图案或花样，分别是：（1）由里到外和由外到里按圈依次亮（2）奇次列和偶次列交错亮（3）以一列为轴顺时针扫射（4）以中间两列为轴分别向两边合拢（5）四种不同颜色的灯交错亮（6）单个灯以螺旋方式从最里圈向外亮（7）以相邻四列及相对的四列为一组交错亮。2.单元电路设计2.1 显示部分电路 显示部分主要由 128 个贴片发光二极管分成 8 圈，每圈 16 个组成，相当于 8 行 16 列的矩阵。这些发光二极管共有四种颜色，分别是红，黄，蓝，绿。每圈用同一种颜色，从里到外分别是绿红黄蓝绿红黄蓝排布。每行 16 个 LED 的阳极连接在一起引出 8 行输出分别接单片机 I/O 口的 P1.0P1.7 口；每列 8 个 LED 的阴极连接在一起引出 16 列输出分别接单片机 P0.0P0.7 和 P2.0P2.7 口。电路图如图.所示。显示部分单片机霓虹灯控制器 第 5 页 共 14 页D13 D14 D15 D16 D17 D18 D1ED19 D1A D1FD1B D1C D1DD12D10 D1D23 D24 D25 D26 D27 D28 D29 D2A D2B D2C D2D D2E D2FD2D20 D21D3 D34 D35 D36 D37 D38 D39 D3A D3B D3C D3D D3E D3FD32D30 D31D43 D4 D45 D46 D47 D48 D49 D4A D4B D4C D4D D4E D4FD42D40 D41D53 D54 D5 D56 D57 D58 D59 D5A D5B D5C D5D D5E D5FD52D50 D51D63 D64 D65 D6 D67 D68 D69 D6A D6B D6C D6D D6E D6FD62D60 D61D73 D74 D75 D76 D7 D78 D79 D7A D7B D7C D7D D7E D7FD72D70 D71D83 D84 D85 D86 D87 D8 D89 D8A D8B D8C D8D D8E D8FD82D80 D811234567891011213141516171819202122324J4CON24C10C1C12C13C14C15C16C17C20C21C2C23C24C25C26C27Q1EQ2EQ3EQ4EQ5EQ6EQ7EQ8EQ1EQ2EQ3EQ4EQ5EQ6EQ7EQ8EC10 C1 C12 C13 C14 C15 C16 C17 C20C21C2C23C24C25C26C27 图 2.1 显示部分电路图2.2 控制部分电路 控制部分主要是由单片机最小系统完成。采用了 1 个 AT89S51 单片机，2 个 74HC373锁存器，12M 晶阵和一些相应的电阻，插座。驱动部分的 8 个 9012 三极管也接到了此部分。使用 P1 口的 8 个输出信号做 8 行的选通信号，使用 P0 和 P2 口的 16 个输出信号做列的控制信号，单独控制每圈的 16 个 LED。输出信号经 9012 放大后驱动发光二极管。电路图如图 2.2 所示。霓虹灯控制器 第 6 页 共 14 页EA/VP31 X119 X218RESET9 RD17 WR16INT012 INT113 T014 T115P101 P12 P123 P134P145 P156 P167 P178P0 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 3P07 32P20 21P21 2P2 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P 30TXD 1RXD10U2AT89S51S12MC130pFC230pFKB1KB2KB3KB4KB5XTAL1XTAL2KB6KB7KB8123456789J3CON9KB1KB2KB3KB4KB5KB6KB7KB8VCXTALXTAL2VC 123456J2S51_ISPMOSIISORESETSCKVCGNDMOSIISOSCKRESET12J1CON2N20N21N2N23N24N25N26N27N10N1N12N13C1010UVCR26.8KRESETOC1 C1 1D3 1Q 22D4 2Q 53D7 3Q 64D8 4Q 95D13 5Q 126D14 6Q 157D17 7Q 168D18 8Q 19U474HC373OC1 C1 1D3 1Q 22D4 2Q 53D7 3Q 64D8 4Q 95D13 5Q 126D14 6Q 157D17 7Q 168D18 8Q 19U374HC373R21 470R2 470R23 470R24 470R25 470R26 470R27 470R28 470R17 470R18 470R1 470R12 470R13 470R14 470R15 470R16 470R30 10KR31 10KR32 10KR3 10KR34 10KR35 10KR36 10KR37 10KB1 C2E3Q19014 Q29014 Q39014 Q49014 Q59014 Q69014 Q79014 Q89014VC VC VC VC VC VC VC VCN14N20N21N2N23N24N25N26N27VCKB1KB2KB3KB4KB5KB6KB7KB8VCN10N1N12N13N14MISOOSISCK1234567891011213141516171819202122324J4CON24C10C1C12C13C14C15C16C17C20C21C2C23C24C25C26C27Q1E Q2E Q3E Q4E Q5E Q6E Q7E Q8EC10C1C12C13C14C15C16C17C20C21C2C23C24C25C26C27Q1EQ2EQ3EQ4EQ5EQ6EQ7EQ8EVCGND图 2.2 控制部分电路图3.软件设计3.1 程序流程图开始显示方式一显示方式二显示方式三显示方式四显示方式五显示方式六显示方式七霓虹灯控制器 第 7 页 共 14 页3.2 程序清单软件采用汇编语言编写，程序清单见附录 2。4.结论本设计的设计思想，原理和软件设计较简单，难点在于 PCB 板的布局和布线以及美观的效果。采用了矩阵式布局，可以较好的解决这一难题，但是受单片机 I/O 口的限制，能控制每一个 LBD 的数量有限。大型的设计可以采用扩展 I/O 口和矩阵式相结合的方式。暂只完成了基本部分的设计，扩展部分单片机已留出了足够的端口。参考文献1. 杨忠煌，黄博俊，李文昌.单芯片 8051 实务与应用M.北京：中国水利水电出版社，2001.6 第一版.2. 张洪润，马平安，张亚凡.单片机原理及应用M.北京：北京科学出版社， 2002.8 第一版.附录 1 元器件明细表名称 型号 数量单片机 AT89S51 1锁存器 74HC373 2电阻 10K, 470 17,8贴片发光二极管 LBD 128电容 30pf 2电解电容 22uf 1三极管 9012 8晶阵 12M 1插座 40 脚，20 脚 1，1下载口 1霓虹灯控制器 第 8 页 共 14 页附录 2 程序清单FLAG EQU 20HFUN0FLAG EQU 00H FUN1FLAG EQU 01H FUN2FLAG EQU 02H FUN3FLAG EQU 03H FUN4FLAG EQU 04H FUN5FLAG EQU 05H FUN6FLAG EQU 06HFUN7FLAG EQU 07HCIRCAL EQU 08HHUANGE EQU 09HSHXING1 EQU 0AHSHXING2 EQU 0BHSHXING3 EQU 0CHDANSAO EQU 0DHDANSAOJIASU EQU 0EHLUOXUAN EQU 0FHCOLOUR EQU 10HJMPFLAG EQU PSW.7TIMECOUNT DATA 29HLOCK0 DATA 30HLOCK1 DATA 31HLOCK2 DATA 32HLOCK3 DATA 33HLOCK4 DATA 34HLOCK5 DATA 35HLOCK6 DATA 36HLOCK7 DATA 37HDATA0 DATA 40HDATA1 DATA 41HDATA2 DATA 42HDATA3 DATA 43HDATA4 DATA 44HDATA5 DATA 45HDATA6 DATA 46HDATA7 DATA 47HDATA8 DATA 48HB1 DATA 48HB2 DATA 49HB3 DATA 50HB4 DATA 51HB5 DATA 52HB6 DATA 53HB7 DATA 54HB8 DATA 55HORG 0000HLJMP START ;转入主程序ORG 0003H ;外部中断 INT0入口地址RETI ;返回，不用ORG 000BH ;定时器 T0 入口地址LJMP INTT0 ;转入 T0 中断服务程序ORG 0013H ;外部中断 INT1入口地址RETI ;返回ORG 001BH ;定时器 TRETI;LJMP INTT1 ;转入 T1 中断服务程序ORG 0023H ;转入创行 中断服务程序RETI ;返回，不用START:MOV FLAG,#00000001BMOV TIMECOUNT,#05HMOV TMOD,#01HMOV TL0,#0F0HMOV TH0,#0D8HSETB EASETB ET0SETB TR0霓虹灯控制器 第 9 页 共 14 页MAIN:JB FUN0FLAG,FUN0JB FUN1FLAG,FUN1JB FUN2FLAG,FUN2JB FUN3FLAG,FUNC3JB FUN4FLAG,FUNC4JB FUN5FLAG,FUNC5JB FUN6FLAG,FUNC6JB FUN7FLAG,FUNC7FUNC3:LJMP FUN3FUNC4:LJMP FUN4FUNC5:LJMP FUN5FUNC6:LJMP FUN6FUNC7:LJMP FUN7FUN0:CLR CIRCALSETB JMPFLAGMOV LOCK0,#0FEHMOV DATA0,#000HMOV R0,TIMECOUNTFUN00:JNB FUN0FLAG,FUN1MOV P2,DATA0MOV P0,DATA0MOV P1,LOCK0 AJMP FUN00FUN1:CLR HUANGESETB JMPFLAGMOV B1,#8HMOV DATA1,#0AAHMOV LOCK1,#0FEHFUN10:JB HUANGE,FUN2MOV P0,DATA1MOV P1,LOCK1LCALL DL20MOV A,DATA1CPL AMOV P2,AMOV P1,LOCK1LCALL DL20MOV A,LOCK1RLC AMOV LOCK1,ALJMP FUN10FUN2:CLR SHXING1SETB JMPFLAGMOV B2,#2HMOV DATA2,#07FHFUN20:MOV LOCK2,#0FEHFUN21:JB FUN3FLAG,FUN3MOV P0,DATA2 MOV P2,DATA2MOV P1,LOCK2LCALL DL20MOV A,LOCK2RLC AMOV LOCK2,ALJMP FUN21FUN3:CLR DANSAOCLR DANSAOJIASUSETB JMPFLAGMOV B3,#5HFUN30:MOV DATA3,#0FEHMOV LOCK3,#0FEHFUN31:JB FUN4FLAG,FUN33JB DANSAO,FUN32MOV P0,DATA3MOV P2,#0FFHMOV P1,LOCK3LCALL DL20MOV A,LOCK3RLC AMOV LOCK3,ALJMP FUN31FUN32:JB FUN4FLAG,FUN33JNB DANSAO,FUN31MOV P0,#0FFHMOV P2,DATA3MOV P1,LOCK3LCALL DL20MOV A,LOCK3RLC AMOV LOCK3,A霓虹灯控制器 第 10 页 共 14 页LJMP FUN32FUN33:LJMP FUN4FUN4:CLR LUOXUANSETB JMPFLAGMOV DATA4,#0FEHMOV LOCK4,#0FEHFUN40:JB FUN5FLAG,FUN42JB LUOXUAN,FUN41MOV P0,DATA4MOV P2,#0FFHMOV P1,LOCK4LCALL DL20AJMP FUN40FUN41:JB FUN5FLAG,FUN42JNB LUOXUAN,FUN40MOV P0,#0FFHMOV P2,DATA4MOV P1,LOCK4LCALL DL20AJMP FUN41FUN42:LJMP FUN5FUN5:CLR SHXING2SETB JMPFLAGMOV B4,#8HMOV DATA5,#0F0HMOV LOCK5,#0FEHFUN50:JB SHXING2,FUN51MOV P0,DATA5MOV P1,LOCK5LCALL DL20MOV A,DATA5CPL AMOV P2,AMOV P1,LOCK5LCALL DL20MOV A,LOCK5RLC AMOV LOCK5,ALJMP FUN50FUN51:LJMP FUN6FUN6:CLR COLOURSETB JMPFLAGMOV B5,#2HMOV DATA6,#00HMOV LOCK6,#0EEHFUN60:JB FUN0FLAG,FUN61MOV P0,DATA6MOV P2,DATA6MOV P1,LOCK6AJMP FUN60FUN61:LJMP FUN0FUN7: MOV DATA7,#0FCHMOV DATA8,#03FHMOV LOCK7,#0FEHFUN70:PUSH DATA7FUN71:MOV P0,#0FFHMOV P1,#0FFHMOV P2,#0FFHMOV P0,DATA7MOV P1,LOCK7LCALL DL1MSMOV A,DATA7RL ARL AMOV DATA7,AMOV A,LOCK7RL AMOV LOCK7,AJNB ACC.4,FUN72AJMP FUN71FUN72:POP DATA7PUSH DATA8FUN73:MOV P0,#0FFHMOV P1,#0FFHMOV P2,#0FFHMOV P2,DATA8MOV P1,LOCK7LCALL DL1MSMOV A,DATA8RR ARR A霓虹灯控制器 第 11 页 共 14 页MOV DATA8,AMOV A,LOCK7RL AMOV LOCK7,AJNB ACC.0,FUN74AJMP FUN73FUN74:POP DATA8LJMP FUN70DL20:MOV R7,#0AHLOOP1:DJNZ R7,LOOP1RETDL1MS:MOV R6,#28HLOOP2:LCALL DL20DJNZ R6,LOOP2RETINTT0:PUSH PSWDJNZ R0,OUTMOV TL0,#0F0HMOV TH0,#0D8HMOV R0,TIMECOUNTJB FUN0FLAG,FLAG0JB FUN1FLAG,FLAG1JB FUN2FLAG,FLAG2JB FUN3FLAG,FLAG3JMPJB FUN4FLAG,FLAG4JMPJB FUN5FLAG,FLAG5JMPJB FUN6FLAG,FLAG6JMPJB FUN7FLAG,FLAG7JMPFLAG3JMP:LJMP FLAG3FLAG4JMP:LJMP FLAG4FLAG5JMP:LJMP FLAG5FLAG6JMP:LJMP FLAG6FLAG7JMP:LJMP FLAG7OUT: LJMP T0OUTFLAG0:JB CIRCAL,FLAG01 MOV A,LOCK0 JNB ACC.7,FLAG00RLC AMOV LOCK0,A LJMP T0OUTFLAG00:SETB CIRCALMOV LOCK0,#07FHFLAG01:RRC AMOV LOCK0,AJNC FLAG02LJMP T0OUTFLAG02:CLR FUN0FLAGSETB FUN1FLAG LJMP T0OUTFLAG1:MOV A,B1JZ FLAG10DEC B1MOV A,DATA1CPL AMOV DATA1,ALJMP T0OUTFLAG10:CLR FUN1FLAGSETB FUN2FLAGSETB HUANGELJMP T0OUTFLAG2:JB SHXING1,FLAG21CLR JMPFLAGMOV A,DATA2JNB ACC.0,FLAG20RRC AMOV DATA2,ALJMP T0OUTFLAG20:SETB SHXING1MOV DATA2,#00HFLAG21:SETB JMPFLAGMOV A,DATA2 RLC AJC FLAG22MOV DATA2,ALJMP T0OUTFLAG22:DEC B2MOV A,B2JZ FLAG23CLR SHXING1 LJMP FLAG2FLAG23:CLR FUN2FLAGSETB FUN3FLAG霓虹灯控制器 第 12 页 共 14 页LJMP T0OUTFLAG3:SETB JMPFLAGJB DANSAO,FLAG31JNB DANSAO,FLAG30FLAG30:CLR DANSAO MOV A,DATA3RLC A MOV DATA3,AJNC FLAG31LJMP FLAG33FLAG31:SETB DANSAOMOV A,DATA3RRC AMOV DATA3,AJNC FLAG32LJMP T0OUTFLAG32:SETB DANSAOJIASULJMP FLAG30FLAG33:JNB DANSAOJIASU,FLAG35CLR DANSAOJIASUDEC B3 MOV A,B3JZ FLAG34 MOV TIMECOUNT,B3MOV R0,TIMECOUNT LJMP T0OUTFLAG34:CLR FUN3FLAGSETB FUN