基于AT89C51单片机的LED彩灯控制器设计

基于基于 AT89C51 单片机的单片机的 LED 彩灯控制彩灯控制 器设计器设计 2007 07 06 收藏 打印 介绍了一种新型的介绍了一种新型的 LED 彩灯控制系统的设计方法 以彩灯控制系统的设计方法 以 AT 89C 51 单片机作为主控核心 与按键 显示器等较少的辅助硬件电路相单片机作为主控核心 与按键 显示器等较少的辅助硬件电路相 结合 利用软件实现对结合 利用软件实现对 LED 彩灯进行控制 本系统具有体积小 硬彩灯进行控制 本系统具有体积小 硬 件少 电路结构简单及容易操作等优点 件少 电路结构简单及容易操作等优点 1 引言引言 随着人们生活环境的不断改善和美化 在许多场合可以看到彩 色霓虹灯 LED 彩灯由于其丰 富的灯光色彩 低廉的造价以及控 制简单等特点而得到了广泛的应用 用 彩灯来装饰街道和城市建筑 物已经成为一种时尚 但目前市场上各式样的 LED 彩灯控制器大多 数用全硬件电路实现 电路结构复杂 功能单一 这样一旦制作成 品只能按照固定的模式闪亮 不能根据不同场合 不同时间段的需 要来调节亮灯时间 模式 闪烁频率等动态 参数 这种彩灯控制器 结构往往有芯片过多 电路复杂 功率损耗大等缺点 此外从功能 效果上看 亮灯模式少而且样式单调 缺乏用户可操作性 影响亮 灯效果 因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进 本文提出了一种基于 AT89C51 单片机的彩灯控制方案 实现 对 LED 彩灯的控制 本方案以 AT89C51 单片机作为主控核心 与 键盘 显示 驱动等模块组成核心主控制模块 在主控模块上设有 8 个按键和 5 位七段码 LED 显示器 根据用户需要可以编写若干种 亮灯模式 利用其内部定时器 T0 实现一个基本单位时间为 5 ms 的 定时中断 根据各种亮灯时间的不同需要 在不同时刻输出灯亮或 灯灭的控制信号 然后驱动各种颜色的灯亮或灭 该新型 LED 彩灯 及其控制器是上海某公司委托开发产品 产品实际应用效果较好 亮灯模式多 用户可以根据不同场合和时间来调节亮灯频率和亮灯 时间 与普通 LED 彩灯相比 具有体积小 价格低 低能耗等优点 2 系统功能系统功能 新型 LED 彩灯分为 2 部分 即彩灯控制器 主控模块 和管内 LED 板模块 受控模块 彩灯控制器可直接与 220 V 交流市电相 连接 经过开关电源变换 输出直流工作电压 一方面为管内 LED 模块提供 12 V 工作电源 另一方面为主控模块单片机系统 彩灯 控制器 提供 5 V 工作电源 整个系统工作由软件程序控制运行 根据需要 用户可以在 LED 彩灯工作时通过主控模块上的按键来设 定亮灯时间和灯光闪动频率 上电后系统经过初始化 查询是否有功能切换键按下 有 则 进入用户设定模式状态 无 则进入默认缺省工作状态 在用户设 定模式状态下 用户可以根据个人爱好及不同场合的需要来指定调 用哪些模式 并且可以改变每种模式的时间 Ti 频率 Fi 参数 如果 用户想进入缺省状态模式 只需按一下功能切换键即可跳入缺省模 式 程序会自动顺序调用亮灯模式 在缺省工作状态下 LED 彩灯 控制器按照程序设定好的若干亮灯花样模式程序 Model i 顺序调用 往下走 从第 Model 1 模式开始工作 自 Model 1 到 Model 2 到 Mod el n 为一个亮灯周期 然后再回到 Model 1 循环继续工 作 同样如果想进入用户设定模式状态 只需按下功能切换键即可 整个 n 种亮灯模式时间可以看作一个大周期 T 其中的每一种花 样工作模式 Model i i 1 2 n 时间为小周期 Ti 对于每一 个模式编写一个独立工作子程序 Model i 其中设定了 LED 三色灯 红 绿 蓝 的点亮时刻 RED on GREEN on BLUE on 和熄灭时刻 RED off GREEN off BLU E off 以及模式工作 时间 Ti 以及该模式 LED 闪烁频率 Fi 5 位七段码显示器的前 2 位 L1 L2 显示当前工作模式的序号 Model i 后 3 位 L3 L4 L5 七段码 显示三色 LED 的工作状态 若该颜色灯点亮则对应七 段码显示位为 1 反之熄灭时则显示位为 灭 即不显示 对系统工 作状态起到了很好的实时监控作用 因此在 LED 彩灯上电工作后 用户可以方便地通过主控模块上 的显示器知道 LED 彩灯当前工作模式 Model i 工作时间 Ti 频率 Fi 等实时参数 若实际应用需要根据不同场合和时间来改变彩灯闪 亮效果 用户可以通过主控模块上的按键来设定 LED 不同的闪烁频 率 Fi 和亮灯时间 Ti 以便符合实际需要 此外如果用户对某一种模 式感兴趣需要仔细观看该种亮灯模式 可以通过键盘选定任意第 Mo del i 模式使系统循环重复工作在该花样模式下 3 硬件设计硬件设计 新型 LED 彩灯系统包括 2 大部分 即 LED 彩灯控制器 89C5 1 主控模块 和 LED 彩灯管 管内 LED 板模块 前者是主控模 块 具有按键 显示等功能 并利用 89C51 的 P 口输出控制信号 后者是受控模块 上面焊有三色 LED 彩灯和信号驱动芯片 模块置 于 LED 的透明灯管内 3 1 主控模块电路设计 主控模块电路如图 1 所示 主控模块主要设计器件有 89C51 5 个七段码 LED 显示器 8 个按键 2 个稳压器 提供 12 V 5 V 电压 1 个信号输出驱动模块芯片 MC4049 等 通过软件设计 使单片机 P0 口作为三色 LED 驱动信号输出口及移位时钟 CLOCK 信号 P3 口为按键输入口 P2 口 P1 口与 5 位七段码 LED 相接 作为显示器的输出口 3 2 管内 LED 板模块设计 管内 LED 板模块电路见图 2 管内 LED 板模块设计主要器件 有 LED 彩灯 红 绿 蓝 移位触发模块芯片 CD4076 等 根据 实际应用彩灯长度需要 可将不同数量的该管内 LED 模块实现级连 组成一个完整的 LED 彩灯 考虑到功率损耗 LED 板模块之间接 口处用信号正向驱动模块芯片 MC4049 连接 每个 LED 板模块上 均匀分布 3 种颜色 LED 灯 在实际制作 PCB 时采用红 绿 蓝 3 色互隔焊接方式 在电路板上把 LED 发光管按顺序 L1 红 L2 绿 L3 蓝 L4 红 L5 绿 L6 蓝 依次均匀焊在板上成一条直 线 为了得到更多的花样模式效果 可以使红绿 2 种灯从前往后驱 动点亮闪烁 蓝灯从后往前驱动点亮闪烁 这样具有很好的动感视 觉效果 4 软件设计软件设计 新型 LED 彩灯控制器最大特点在于所有亮灯模式均由软件控制 完成 系统中软件可以分为主程序和中断服务子程序 上电后在缺 省状态以顺序调用 Model i 花样亮灯模式流程为主程序 以一个单 位时间 5 ms 的 T0 定时为中断服务子程序 在这个 5 ms 的 T0 定 时基础上 可以根据需要来确定各种模式工作时间 Ti 以及确定在 各种亮灯模式 Mode l i 内点亮和熄灭各种颜色 LED 灯的时刻 Re d on Red off Green on Green off Blue on blue off 以及 Clock 移位翻转脉冲 等 整个系统软件由主程序 Main 各个模式子程序 Model i 5 ms 中断服务子程序 T0 Interrupt 键盘扫描处理子程序 K ey Board 显示子程序 Display 等程序组成 利用 T0 定时器 作为定时基本单位 根据模式需要计算好各控制信号的发生时刻 根据不同的模式 Mo del i 可以设定不同的工作时间 Ti 和脉冲翻转 频率 Fi 通过 P0 口输出 使各色 L ED 灯的驱动时刻与移位触发的 翻转时刻步调一致 使 LED 彩灯按照设计的模式工作 除了 T0 定时中断之外 程序的大部份时间是在处理按键的查 询和 LED 显示的延时 8 个按键分别为 4 个参数按键 Fi 增 减 按键 Ti 增 减按键 3 个模式改变按键 模式上翻 UP 模式下 翻 DOWN 模式保持 KEEP 1 个功能切换按键 在每次的 T0 定时中断服务子程序里 需要对各个时间寄存器和模式寄存器进行 加 1 或者清 为主程序查询作准备 同时查询是否已中断 6 次 30 ms 若 30 ms 到了 则对参数按键查询一次 是否有时间 Ti 频 率 Fi 增减键按下并进行相应子程序处理 主程序除了调用各种子模式子程序 Model i 调用 LED 显 示子程序 Display 和延时子程序 Delay 之外 还一直保持查询是否 有功能切键按下以及是否有模式改变按键按下 一旦有功能切换键 和模式改变键按下 就会进入相应的按键处理 主程序流程如图 3 所示 亮灯模式子程序 Model i 可以编写若干 n 种 只要控制好 各色灯触发和熄灭时刻就可以组合成各种亮灯效果 Model i 程序 流程如图 4 所示 下面以第一种模式工作为例下面以第一种模式工作为例 5 结语结语 与市面上大多数的 LED 彩灯相比 该种彩灯具有更好的灯光装 饰效果 性价比更高 与普通的全硬件 LED 彩灯相比具有更好的经 济效益 应用主控模块输出的控制信号去控制灯管内的 L ED 板模 块工作 使得产品性能稳定 便以安装容易操作 由于控制程序存 储在 89C51 单片机 的电可擦除 Flash 闪存 EPROM 中 如