基于单片机的广告灯设计论文

1、 基于单片机的广告灯设计 文 - 论 作者： 日期： 摘要 随着改革的不断深入 ,社会主义市场经济的不断繁荣和发展 , 大中小城市都 在进行亮化工程， 通常都是利用广告流水灯来实现这一目的。 广告灯的亮灭、 闪 烁时间及流动方向等均可以通过单片机来达到控制的要求。本设计是通过 AT89C52单片机控制由 35 个 LED组成的“ XYSF”四个字母从左到右依次点亮然 后花样闪烁循环， 实现了广告灯的花样变化。 本文介绍了由 AT89C52集成块实现 的控制电路，并给出了具体的硬件电路和相应的源程序。 由于 AT89C52集成块编 程实现的控制电路可靠性、 灵活性高，使用范围广， 特别适合中小城

2、市广告灯的 应用。本控制系统结构简单、 成本低、功能可靠、可移植性强， 通过程序的变化， 可以实现灵活多样的流水显示方案。 通过单片机的控制， 我们可以把城市的夜晚 装饰的更漂亮。 关键词： 广告灯； AT89C52；LED Abstract With the deepening of the reform, the increasing prosperity of the socialist market economy and the development of cities and towns during the lighting project, usually advertisi

3、ng water lights to achieve this purpose. Bright advertising lights off, flashing time and the flow direction, all through the microcontroller to achieve the control requirements. This design is composed by 35 LEDs on AT89C52 XYSF four letters from left to right to light and then the pattern blinking

4、 cycle, the pattern changes in the advertising lights. This article describes the control circuit, realized by AT89C52 Manifold and specific hardware circuit and the corresponding source code. Because the AT89C52 Manifold programming of the control circuit reliability, high flexibility, the use of a

5、 wide range, especially for small and medium-sized cities the application of theadvertising lights. The control system is simple structure, low cost, reliable functionality, portability can be achieved through changes inthe program, flexible water display. Through the control of the microcontroller,

6、 the night decoration of the city more beautiful. Keywords: advertising light; on AT89C52; the LED 目录 摘 要 Abstract I 目录 II 1 引言 0 1.1 研究的目的和意义 0 1.2 设计任务与要求 0 2 整体方案设计 1 2.1 设计广告灯样式 1 2.2 方案的确定 2 2.2.1 AT89C52 2 2.2.2 发光二级管 3 2.2.3 蜂鸣器 4 3 广告灯控制器硬件设计 6 3.1 系统总体框图 6 3.2 控制器原理图 7 3.3 电路原理 8 3. 4 控制器单元

7、电路设计 9 3.4.1 复位电路 9 3.4.2 振荡电路 9 3.4.3 控制电路 10 3.5 电路原理图在 Proteus上的仿真 11 4 广告灯控制器软件设计 13 结 论 15 参考文献 16 附录： C 语言程序 错 误 !未定义书签。 谢 辞 错 误 !未定义书签。 1 引言 1.1 研究的目的和意义 在现在诸多的娱乐场所、理发店、宾馆、饭店、公司等的门外，都可以看到 各式各样的广告流水灯。 所谓“广告流水灯”， 就是将一系列的有颜色的广告灯 串联接在一起， 然后令这些灯按一定的次序逐个或者几个的一次点亮和熄灭。 由 于各灯点亮和熄灭，产生的效果就像流动的水一样， 因此，就称

8、这类广告灯为“广 告流水灯”。 生活中广告流水灯的形式和点亮的次序是多种多样的。 有单一颜色 的几个灯按固定的次序来点亮的，有多个不同颜色的灯构成某一图案依次点亮 的，也有多排广告灯按多种组合好的次序循环点亮的等。我设计的广告流水灯， 就是这些广告灯中的类型。 目前，国内外对于单片机流水灯的研究， 大多数是利用 AT89C52，软硬件相 结合，构造出最简单的流水灯， 广大用户又在此基础上扩展出更复杂的流水灯控 制，比如键盘控制流水花样、控制流水灯显示数字或图案等等。 LED 是一类可 直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件， 具有工作电压低， 耗电量小， 发 光效率高，发光响应时间极短，光色

9、纯，结构牢固，抗冲击，耐振动，性能稳定 可靠，重量轻，体积小，成本低等一系列特性，发展突飞猛进，现已能批量生产 整个可见光谱段各种颜色的高亮度、 高性能产品， 在国内外市场具有广阔的发展 前景。 为了实现用单片机对广告灯实现控制， 本设计用单片机着手对广告灯进行编 程，画出接线图、 流程图和写出指令表再运行程序， 然后根据实际情况对程序进 行调试与完善。 在这次的课程中， 我发现单片机在工业控制中的作用很大， 它能 使人的控制转变成自动控制，大大地降低了产品的成本，很大地提高生产效率。 1.2 设计任务与要求 （1）了解单片机系统的工作原理，了解系统设计的一般规律。 （ 2）熟悉 Proteu

10、s 软件的调试和仿真。 （4）通过实验提高焊接、布局、电路检查能力。 （5）通过实验提高软件调试能力。 （6）进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。 （7）掌握在单片机系统中各个引脚的作用。 （8）掌握数据输出程序的设计方法。 （ 9）学习 AT89C52 芯片及 LED 的使用。 （10）通过课程设计，掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术， 解电路参数 的计算方法。 （11）通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。 （12）通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，了解开发一单片 机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。 （13）通过课程设计提高应用能

11、力，分析问题和解决问题的能力。 （ 14）培养查阅资料的习惯 ,训练和提高自学，独立思考的能力。 2 整体方案设计 2.1 设计广告灯样式 生活中广告流水灯的形式和点亮的次序是多种多样的。 有单一颜色的几个灯 按固定的次序来点亮的， 有多个不同颜色的灯构成某一图案依次点亮的， 也有多 排广告灯按多种组合好的次序循环点亮的等。 我的设计就是这些广告灯中的最基 本类型。利用 32个彩色发光二级管实现，构成 4 个字母。分别是： Y,J,X,Y. 如 图 1 所示。 图 1 显示图 四个字母代表的是“咸阳师范”每一个字拼音的开始第一个字母。 4 个字母分别由 P1.0P1.3 控制。本次设计程序是令

12、这 4 个字母一通电，就执行初始的 程序，然后增加了五个开关，五个开关对应 P2.0 P2.4。每个开关都有一个程 序让 4 个字母以不同的方式亮。分别是：左移，右移，从外向内亮，闪亮，一直 亮。最后，还设计了一个报警：当任意两个以上开关都开的话，前一个程序执行 完后，程序蜂鸣器就会报警。 2.2 方案的确定 流水灯设计，可以通过数字电路实现，也可以通过单片机控制实现。本设计 以 AT89C52单片机为核心并用它来控制发光二极管双灯点亮循环的实验装置， 用 AT89C52单片机控制 35 个发光二极管发光，实现亮点以 12HZ频率在高、低位循 环移动。通过 Proteus 软件、仿真，并能从中

13、掌握通过软件控制发光二极管的思 路和技巧。 这次设计重点就在于利用单片机的知识去控制系统的运行， 此方案比 较简单，需要的原件很容易就能找到，并且价格低廉，所以决定采用此方案。 方案中主要用到的器件有 AT89C52单片机、 LED以及蜂鸣器。 2.2.1 AT89C52 AT89C52是一个低电压，高性能 CMOS 8位单片机，片内含 8KB的可反 复擦写的只读程序存储器和256B 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采 用 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51 指令系 统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C52 单片

14、机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合 2 。 AT89C52有 40个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O ）端口，同时内含 2 个外中断口， 3 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口， 2 个 读写口线， AT89C52可以按照常规方法进行编程 , 也可以在线编程。其将通 用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存 储器可有效地降低开发成本。 AT89C52的引脚排列如图 2 所示 图 2 AT89C52 引脚图 兼容 MCS51 指令系统 8k 可反复擦写 （1000 次） Flash ROM 32 个双向 I/O 口 2

15、56x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时 / 计数器中断 时钟频率 0-24MHz 2 个串行中断 可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源 共 6 个中断源 2 个读写中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 1 2.2.2 发光二级管 图 3 LED 图形符号 发光二极管（如图 3 所示）简称为 LED 。由镓（ Ga ）与砷（ AS ）、磷 （ P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而 可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或 数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管

16、发黄光。 发光二级管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极 管与普通二极管一样是由一个 PN 结组成， 也具有单向导电性。 当给发光二 极管加上正向电压后， 从 P 区注入到 N 区的空穴和由 N 区注入到 P 区的电 子，在 PN 结附近数微米内分别与 N 区的电子和 P 区的空穴复合，产生自 发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当 电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的 光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。 在发光二极管导通起始点，红光 led 的导通压降 vf 约为 2v ，蓝光 led 的导通压降约为 3.

17、5 v 。具体的压降值取决于不同制造厂商选用的掺杂材料 和波长 4 。 关于这次设计，主要用到的是直插发光二级管。 直插超亮发光二极管主要有三种颜色，然而三种发光二极管的压降都不相 同，具体压降参考值如下： 红色发光二极管的压降为 2.0-2.2V 黄色发光二极管的压降为 1.8 2.0V 绿色发光二极管的压降为 3.0 3.2V 正常发光时的额定电流约为 20mA 。 2.2.3 蜂鸣器 蜂鸣器俗称喇叭，是广泛应用于各种电子产品的一种元器件，它用于提示、 报警、音乐等许多应用场合。 蜂鸣器与家用电器上面的喇叭在用法上也有相似的地方， 通常工作电流比较 大，电路上的 TTL 电平基本上驱动不了

18、蜂鸣器，需要增加一个电流放大的电路 才可以，这一点与家用电器中的功放有相似之处。 一个管脚很难驱动蜂鸣器发出 声音，所以增加了一个三极管来增加通过蜂鸣器的电流 （如图 4 所示）。 Q1 2 N22 2 2 )V5(REZZU 图 4 蜂鸣器电路图 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应 用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话 机、定时器等电子产品中作发声器件。 蜂鸣器的电路图形、符号（如图 5 所示）。蜂鸣器在电路中用字母 “H” 图 5 蜂鸣器图形符号 蜂鸣器主要分为压 电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣 或 “HA”（旧标准用 “FM”、 “LB、”“

19、JD”等）表示。 器两种类型 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、 外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由 晶体管或集成电路构成。当接通电源后（ 1.515V 直流工作电压） ,多谐振 荡器起振 ,输出 1.52.5kHZ 的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀 上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。 接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈 产生磁场。 振动膜片在电磁线

20、圈和磁铁的相互作用下， 周期性地振动发声 9 3 广告灯控制器硬件设计 3.1 系统总体框图 图 6 总体方框图 3.2 控制器原理图 图 7 电路原理图 3.3 电路原理 从硬件原理图中可以看出，如果要让接在 P1.0 口的 X 亮起来，那么只要把 P1.0 口的电平变为低电平就可以了；相反，如果要接在 P1.0 口的 X 熄灭，就要 把 P1.0 口的电平变为高电平；同理，接在 P1.1P1.3 口的 XF 点亮和熄灭的 方法同 X。因此，要实现流水灯功能，我们只要将 XF 依次点亮、熄灭，四个 字母便会一亮一暗的做流水灯了。 在此我们还应注意一点， 由于人眼的视觉暂留 效应以及单片机执行

21、每条指令的时间很短， 我们在控制二极管亮灭的时候应该延 时一段时间，否则我们就看不到“流水”效果了。 将单片机 AT89C52第 40脚Vcc接电源+5V，第 20脚 Vss接地，为单片机工 作提供能源；再将 19脚XTAL1与18脚XTAL2分别接外部晶体两个引脚， 由石英 晶体组成荡器，保证单片机内部各部分有序地工作。 将 32 个发光二极管组成的 4 个字母， 分别接在单片机 P1端口的 P1.0-P1.3 引脚上， 注意发光二极管有长短两个引脚， 分别表示正负极， 其中较短的负极与 单片机引脚相连， 较长的为正极， 通过限流电阻与 Vcc 相连。蜂鸣器和报警提示 灯就接在 P1.4。五

22、个开关分别接在 P2.0-2.4. 用来控制四个字母执行不同的程 序。接上 5V的电源，合上总开关， 通电后由 32个发光二极管组成的四份额字母 按照预定的程序进行有规律的亮， 首先，四个字母顺序亮， 然后就以相反方向亮。 接着由外向里亮， 最后闪亮三次， 如果五个开关没有一个合上的话。 程序就不断 循环。 五个开关分别控制四个字母以不同的方式亮。 从第一个按钮开始分别是顺序 亮，反序亮，由外向里亮，闪亮，如果开关一直合上的话，就不断循环。有任意 两个以上的开关合上，再前一程序执行完后，系统就会报警，四个字母都会灭。 直到只有一个合上，系统会回复正常。 图 8 复位电路 环复位状态 ，所以复位

23、引脚的电 3. 4 控制器单元电路设计 3.4.1 复位电路 单片机复位电路 （如图 8 所示）要求有一个持续时间， 加上电容可以利用其 两端电压不能突变的特性，使复位电平维 持一定时间，使单片机复位。单片机复位 电平在其手册里可以看到 。另外这个电容 还可以去除一些杂波的干扰，防止单片机 被错误复位 就常用的 52，复位电平的要求如下： 当单片机的复位引脚出现 2 个机器周期以 上的高电平时， 单片机就执行复位操作。 如果 RST 持续为高电平， 单片机就处于循 容大一点没多大关系， 顶多是复位时间长一点； 但如果电容太小， 高电平持续时 间太短，则单片机无法正常复位，就不能工作 电容通常取

24、 10UF 或 22UF ， 铝电解电容即可 6 。 3.4.2 振荡电路 振荡电路（如图 9 所示）为单片机产生时序脉冲， 单片机所有的运算与控制 过程都是在统一的时序脉冲的驱动下进行的。 当采用内部时钟时， 连接方法如下 图所示，在晶振引脚 XTAL1（19 脚）和 XTAL2（18脚）引脚之间接入一个 12MHz 晶振，两个引脚对地分别再接入一个电容即可产生所需的时钟信号， 电容的容量 为 20pF。 图 9 振荡电路 XTAL1 （ 19 脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相 放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对 HM OS单片机，此引脚应

25、接地；对 CHMOS 单片机，此引脚作为驱动端。 XTAL2 （18 脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反 相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对 HMOS 单片机，该引脚接外部振荡 器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对 XHM OS，此引脚应悬浮 7。 3.4.3 控制电路 AT89C52单片机有 4组 8位的可编程 I/O口，分别位 P0、P1、P2、P3口， 每个口有 8位（8根引脚），共 32根。每一根引脚都可以编程，比如用来控制电 机、交通灯、霓虹灯等，开发产品时就是利用这些可编程引脚来实现我们想要的 功能： PO口（Pin39Pin32

26、）：8位双向 I/O 口线，名称为 P0.0P0.7 P1口（ Pin1Pin8）： 8位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0P3.7 P1 口通常作为通用 I/O 口使用。作为输出口时，由于电路内部已经带上拉 电阻，因此无需外接上拉电阻；作为输入口时，也需先向锁存器写入“1”。是一 个标准的 I/O 口。 所以就要 P1口的 p1.0 p1.3来控制四个字母的 LED 灯， p1.4控制蜂鸣器。 p2.0p2.4接五个开关用

27、来执行不同的程序（如图 10 和图 11所示）。 图 10 开关控制电路 图 11 控制蜂鸣器电路 3.5 电路原理图在 Proteus 上的仿真 电路原理图在 Proteus 上的仿真结果如图 12-图 16 所示，分别代表的是左 移、右移、从外向内亮、一直亮以及闪亮。 图 12 左移 图 13 右移 图 14 从外向内闪亮 图 15 一直亮 图 16 闪亮 4 广告灯控制器软件设计 图 17 程序设计流程框图 该电路程序主要是利用 C 语言来实现的。该程序主要由两部分组成，首 先按下一个开关，如果没有按下开关，会再执行一次，直到开关按下为止。当按 下开关 1 以后，“ XYSF”四个字母就

28、会依次从左向右亮，再按下开关 2，四个 字母就会依次从右向左亮，依次按下开关 3、4、5，四个字母，程序会执行从外 向里亮、闪亮以及一直亮的操作。或者如果同时按下两个或两个以上开关 ，那 么蜂鸣器就会报警，显示错误。当所有程序都执行完毕以后，就会断电，表明操 作结束。 结论 依据本论文的设计，以 AT89C52单片机为核心的广告灯，经过近 3 个多月 的努力，最后按设计要求终于试验成功。 选择高性能的单片机， 可以组成具有较 强抗干扰能力和运行可靠性的产品，其抗干扰能力虽然不如PLC，但 PLC价格较 贵，用单片机运行效果仍然令人满意，同时证明了本方案的正确性。 AT89C52单片机，体积小，

29、重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价 格低廉，可靠性高，灵活性好，即使是非电子计算机专业人员，通过学习一些专 业基础知识以后也能依靠自己的技术力量，来开发所希望的单片机应用系统。 参考文献 1 彭为.单片机典型系统设计实例精讲M. 北京: 电子工业出版社， 2006,(6):18-18 2 何宏.单片机原理与接口技术 M. 北京：国防工业出版社， 2006,(7):35-37 3 何立民 .MCS-51系列单片机应用系统设计 M. 北京：北京航空航天大学出版社 1995. 4 叶挺秀.应用电子学 .M. 杭州：浙江大学出版社， 1994,(11):47-52 5 朱承高.电工及电子技术手册

30、 M. 北京：高等教育出版社， 1990 6 阎石. 数字电子技术基础(第三版)M. 北京：高等教育出版社， 1989.(20):108-109 7 谢自美.电子线路设计实验测试 M. 北京：华中理工大学出版 社,2001,(7):66-70 8 吴金戎,沈庆阳.8051单片机实践与应用 M. 北京：清华大学出版社 , 2003 ， 9 百度.百度文库DOC. .2011 附录： C 语言程序 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit K0=P20;/ 开关 1 sbit K1=P21;/ 开关 2

31、sbit K2=P22;/ 开关 3 sbit K3=P23;/ 开关 4 sbit K4=P24;/ 开关 4 sbit led0=P10;/ 字母 Y sbit led1=P11;/ 字母 J sbit led2=P12;/ 字母 X sbit led3=P13;/ 字母 Y sbit F=P14;/ 蜂鸣器 void delay1ms(unsigned int k) / 延时程序 unsigned int j,i; for(i=0;ik;i+) for(j=0;j150;j+); main() while(1) / 无限循环 if(K1!=0 led1=1; led2=1; led3=0

32、; delay1ms(500); led0=1; led1=1; led2=0; led3=1; delay1ms(500); led0=1; led1=0; led2=1; led3=1; delay1ms(500); led0=0; led1=1; led2=1; led3=1; delay1ms(500); led0=1; led1=0; led2=1; led3=1; delay1ms(500); led0=1; led1=1; led2=0; led3=1; delay1ms(500); led0=1; led1=1; led2=1; led3=0; delay1ms(500); led0=0; led1=1; led2=1; led3=0; delay1ms(500); led0=1; led1=0; led2=0; led3=1; delay1ms(500); led0=0; led1=0; led2=0; led3=0; delay1ms(500);