毕业论文基于单片机的霓虹灯控制器的设计62434

1、1 / 43基于单片机的霓虹灯控制器的设计基于单片机的霓虹灯控制器的设计摘要摘要本设计采用 AT89C52 单片机实现对霓虹灯的控制。系统由红外遥控模块、单片机控制模块、显示模块、语音模块四部分组成。红外遥控模块分红外发射部分和红外接收部分，通过单片机译码后，取出红外发射按钮的地址，从而实现红外遥控器对霓虹灯显示图案的远距离控制。红外接收管也只占用一个 IO 口。显示部分为1616 的点阵模块，通过单片机控制显示不同的图案以与想要的文字，并让字能够移动、暂停，以与从当前文字切换其它文字。语音模块采用的语音芯片是ISD1730，可以录制想要的语音，通过录音可以对设计进行介绍。语音的播放支持暂停、

2、下一首、调节音量和复位。由于单片机的 IO 口不够用，本设计采用74HC154 对其扩充，将四线扩充到十六线。该系统具有电路结构简单、易操作、成本低等优点，具有较强的实用价值。关键词关键词：单片机；红外遥控；点阵；译码器；霓虹灯目目 录录论文总页数：47 页1 引言 41.1 课题背景与意义 41.2 本课题研究方法和目标 42 方案研究与主要芯片选择 62.1 总体方案原理与设计框图 62.1.1 主控电路的选择与论证 62.1.2 显示设备的选择与论证 82.1.3 控制器模块选择 92.2 主要芯片介绍 112.2.1 译码器 74LS154 的介绍 112.2.2 LED 点阵的介绍

3、122.2.3 语音模块的介绍 133 硬件电路设计与调试 153.1 单片机模块单元电路设计 153.2 串口通信电路设计 162 / 433.3 译码器模块单元电路设计 173.4 点阵模块单元电路设计 173.5 红外遥控模块单元电路设计 183.6 语音模块单元电路设计 193.7 硬件仿真与调试 214 软件设计 234.1 单片机 I/O 口分配 234.2 各模块程序 234.2.1 主程序设计 234.2.2 显示程序设计 244.2.3 红外接收程序设计 264.2.4 设定的图案和字程序 285 软硬件联调与技术改进 305.1 软硬件联调与实物演示 305.2 技术改进

4、32结语 32参考文献 33致 34声明 35附录 361 1 引言引言1.11.1 课题背景与意义课题背景与意义霓虹灯是一种冷阴极辉光放电灯，直接将电能转换成光能。自其问世以来，历经了上百年的发展，现已成为重要的显示、装饰光源。霓虹灯由于其外形变幻多端、加工灵活、色彩丰富，在广告业、商业、交通、建筑、室外装饰、舞台布景、家用电器、城市美化等领域发挥了特有的作用。单片机自问世以来，迄今已有三十多年了，其产品琳琅满目，产家也众多纷纭，功能也是五花八门。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛

5、的应用。在许多基于单片机的应用系统中，通过软件编程实现对外部硬件电路的控制。它给人们的生活带来了很多便利。因此本文将单片机与语音芯片结合起来，设计了一款用单片机控制的霓虹灯控制系统，伴随着霓虹灯图3 / 43像的变化有不同的语音效果。流水灯在现代社会就有广泛的应用，大型电子广告牌、霓虹灯、指示牌和工业控制的控制面板等等都有流水灯的应用。而且基于单片机的流水灯的控制系统利用了单片机的部资源，如定时器、I/O 口和寄存器等，完成了单片机系统开发的基本流程，因此具有典型的代表意义，是学习和开发单片机的基本实验之一。AT89C52单片机是可多次改写的可编程芯片，用这种芯片构成的系统简单、可靠，性价比相

6、当高，适合成为霓虹灯程序控制器的核心部件,结合锁存器 MC74HC373 实现的控制器功能，时间常数易修改，使用灵活，电路易实现，成本低，控制芯片更换方便。控制器的花样变化与速度调节能用软件方法实现，这样进一步提高了性价比。1.21.2 本课题研究方法和目标本课题研究方法和目标本设计要求完成一个霓虹灯控制器，控制发光二极管点阵显示，要求能形成多种图案和字。实现图案和字的左右移动、暂停、继续移动、跳转到指定字的操作。加设语音芯片，对整个设计进行简要概况。1、研究思路：本设计是以 AT89C52 芯片的电路为基础，通过软件程序来控制单片机部的定时器来控制 1616 的矩阵贴片发光二极管的明亮，显示

7、不同的图案花样，形成霓虹灯控制器。实物以 AT89C52 为主控芯片，ISD1730 语音模块、红外遥控模块构成电路，主要包括电源、控制电路、显示电路、语音电路。对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。该软、硬件系统具有很好的通用性和一定的实际使用价值。2、硬件部分：单片机点阵显示红外遥控USB 电 源语 音 模 块4 / 43图 1.1 硬件框图本设计硬件部分分为六个模块。（1）单片机最小系统模块，采用经典配置。（2）为实现程序下载需要串口模块。（3）为实现语音与图像的搭配，要搭载语音模块,每显示一个图案，发出不同的语音信息。（4）为实现语音能适应各种场合，采用可以自己录音的芯片

8、ISD1730。（5）为实现图像的显示，由 1616 的点阵模块，由点阵模块显示不同的图形。（6）为实现给单片机供电，需要电源模块。3、软件部分在主程序下，分别编写了如下子程序：时钟程序、红外译码程序、图像显示程序、中断程序等。2 2 方案研究与主要芯片选择方案研究与主要芯片选择2.12.1 总体方案原理与设计框图总体方案原理与设计框图本设计是基于 STC89C52RC 单片机为核心器件控制整个系统进行工作的，系统控制框图如图 2.1 所示。单片机红外遥控串口通信USB电源语音模块Led点阵图 2.1控制系统框图如图 2.1 所示，本方案具有红外遥控模块、语音模块、单片机控制模块、显示模块，共

9、四个模块。此外，通过主控单元电路的扩展，可添加多种附加功能。单片机控制霓虹灯的设计以单片机 STC89C52RC 控制为核心，通过红外遥控器5 / 43发出信号，接收头接收信号，通过单片机的中断处理，对图案的显示进行控制；在通电的同时伴随一段语音，对整个设计进行一个简要介绍；串口通信是为了帮助STC 单片机实现程序的下载；点阵模块有图案显示，也有文字显示，对文字有左右滚动、速度变化、暂停、播放等操作。根据系统框图，对单元电路控制进行设计，下面是对各部分单元电路的论证与设计。2.1.12.1.1 主控电路的选择与论证主控电路的选择与论证在本设计中，主控电路有三种实现方式。1、采用 89C51 单

10、片机作为 CPU。89C51 单片机是 8 位单片机，4k 字节 Flash 闪速存储器，128 字节部 RAM，32个 I/O 口线，两个数据指针，两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量中断结构，一个全双工串口通信口，片振荡器与时钟电路。其指令是采用的被称为“CISC”的复杂指令集，工具有 111 条指令，与其他高位单片机相比而言，指令周期较长，运算速度太慢，而且由于其部总线是 8 位的，其部功能模块也基本上都是 8 位的；89C51单片机本身的电源电压是 5 伏，89C51 有两种低功耗方式：待机方式和掉电方式1 2。2、采用 LCP2138 单片机作为 CPU该芯片其本身自带 A/D

11、 转换功能，带大容量的 32KRAM 和 512KFLASH ,部资源丰富且系统稳定，芯片价格昂贵。3、采用 STC89C52RC 单片机作为 CPUSTC89C52RC 是一款低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片含 8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用宏晶公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统与 80C51引脚结构，芯片集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 STC89C52RC 可为许多嵌入式控制应用系统提供

12、高性价比的解决方案。STC89C52RC 主要功能特性如表 1 所示，其引脚图如图 2.2 所示。表 2.1 STC89C52RC 的功能特点STC89C52RC 主要功能特性:兼容 MCS-51 指令系统8k 可反复擦写(1000 次)ISP Flash ROM32 个双向 I/O 口4.5-5.5V 工作电压3 个 16 位可编程定时/计数器时钟频率 0-33MHz6 / 43全双工 UART 串行中断口线256x8bit 部 RAM2 个外部中断源低功耗空闲和省电模式中断唤醒省电模式3 级加密位看门狗(WDT)电路软件设置空闲和省电功能灵活的 ISP 字节和分页编程双数据寄存器指针图 2

13、.2 STC89C52RC 引脚图2STC89C52RC 具有如下特点：40 个引脚，32 个外部双向输入/输出(I/O)口，5个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器，2 个全双工串行通信口，8k Bytes Flash 片程序存储器，256 bytes 的随机存取数据存储器(RAM)，片时钟振荡器，看门狗(WDT)电路。此外，STC89C52RC 设计和配置了振荡频率可为0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件

14、复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求3 4。由于 52 单片机的低功耗、高性能、高性价比、对 51 单片机的良好兼容等优点，本设计选择此方案。2.1.22.1.2 显示设备的选择与论证显示设备的选择与论证7 / 431、使用 256 个贴片发光二极管显示图 2.3贴片发光二极管贴片发光二极管：颜色有红、黄、绿、蓝等。特点：体积小、耗电量低、使用寿命长、高亮度、环保、坚固耐用牢靠、适合量产、反应快，防震、节能、高解析度、耐震、可设计等优点 。但在布线和焊接方面较为复杂。2、LED 电子显示屏图 2.4LED 点阵LED 电子显示屏是半导体

15、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、

16、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 节目以与现场实况。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。 8 / 43它的抗静电性能优势超强：制作环境有着严格的标准还有产品结构的绝缘设计。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。 考虑到布线以与焊接的简单方便以与 LED 显示屏的亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点

17、，本设计选用 LED 显示屏。2.1.32.1.3 控制器模块选择控制器模块选择1、按键控制图 2.5按键开关用按键控制显示屏图案的切换，简单、方便、经济。但占用的单片机外围接口较多，并且不能远距离控制。2、红外遥控控制5远程遥控技术又称为遥控技术，是指实现对被控目标的遥远控制，在工业控制、航空航天、家电领域应用广泛。红外遥控是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本低，易实现等显著优点，被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用，并越来越多的应用到计算机系统中。红外线又称红外光波，在电磁波谱中，光波的波长围为 0.01m1000m。根据波长的不同可分为可见光和不可见光

18、，波长为 0.38m0.76m 的光波可为可见光，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。光波为 0.01m0.38m 的光波为紫外光(线)，波长为 0.76m1000m 的光波为红外光(线)。红外光按波长围分为近红外、中红外、远红外、极红外 4 类。红外线遥控是利用近红外光传送遥控指令的，波长为 0.76m1.5m。用近红外作为遥控光源，是因为目前红外发射器件(红外发光管)与红外接收器件(光敏二极管、三极管与光电池)的发光与受光峰值波长一般为 0.8m0.94m，在近红外光波段，二者的光谱正好重合，能够很好地匹配，可以获得较高的传输效率与较高的可靠性。红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管

19、来发出经过调制的红外光波；它们9 / 43将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。发射机一般由指令键(或操作杆)、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载波进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定的指令编码信号。接收电路一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路(机构)等几部分组成。接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来，并进行放大后送解调电路，解调电路将已调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号。指令译码器将编码指

20、令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行电路实现各种指令的操作控制（机构） 。由于红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过障碍物去控制被控对象的能力，所以，在设计家用电器的红外线遥控器时，不必要像无线电遥控器那样，每套(发射器和接收器)要有不同的遥控频率或编码(否则，就会隔墙控制或干扰邻居的家用电器)，所以同类产品的红外线遥控器，可以有一样的遥控频率或编码，而不会出现遥控信号“串门”的情况。这对于大批量生产以与在家用电器上普与红外线遥控提供了极大的方便。由于红外线为不可见光，因此对环境影响很小，再由红外光波动波长远小于无线电波的波长，所以红外线遥控不会影响其他家用电器，也不会影响临近的无线电设备。

21、为实现远距离控制以与减少对单片机 IO 口的负担，故选择红外遥控方案。2.22.2 主要芯片介绍主要芯片介绍2.2.12.2.1 译码器译码器 74LS15474LS154 的介绍的介绍图 2.674HC154 引脚图1、将 4 线二进制编码输入译成 16 线彼此独立的输出。10 / 432、将数据从一个输入线分配到 16 线输出的任意一个而实现解调功能。3、输入箝位二极管简化了系统设计。4、与大部分 TTL 和 DTL 电路完全兼容。这种单片 4 线16 线译码器非常适合用于高性能存储器的译码器。当两个选通输入 G1 和 G2 为低时, 它可将 4 线二进制编码的输入译成 16 线互相独立的

22、输出之一。实现解调功能的办法是：用 4 线输入线写出输出线的地址，使得在一个选通输入为低时数据通过另一个选通输入。当任何一个选通输入是高时，所有输出都为高6。表 2.274LS154 功能表(真值表)INPUTS 输入OUTPUTS 输出G1G2DCBA0123456789101112131415LLLLLLLHHHHHHHHHHHHHHHLLLLLHHLHHHHHHHHHHHHHHLLLLHLHHLHHHHHHHHHHHHHLLLLHHHHHLHHHHHHHHHHHHLLLHLLHHHHLHHHHHHHHHHHLLLHLHHHHHHLHHHHHHHHHHLLLHHLHHHHHHLHHHHHH

23、HHHLLLHHHHHHHHHHLHHHHHHHHLLHLLLHHHHHHHHLHHHHHHHLLHLLHHHHHHHHHHLHHHHHHLLHLHLHHHHHHHHHHLHHHHHLLHLHHHHHHHHHHHHHLHHHHLLHHLLHHHHHHHHHHHHLHHHLLHHLHHHHHHHHHHHHHHLHHLLHHHLHHHHHHHHHHHHHHLHLLHHHHHHHHHHHHHHHHHHHLLHXXXXHHHHHHHHHHHHHHHHHLXXXXHHHHHHHHHHHHHHHHHHXXXXHHHHHHHHHHHHHHHH注明：H=高电平 L=低电平 =不定2.2.2LED2.2.2LE

24、D 点阵的介绍点阵的介绍LED 显示器件种类繁多, 从简单的单个 LED 到 LED 光柱显示, 字符显示再到大面积的平板显示, 应有尽有。LED 之所以受到广泛重视与迅速发展, 是与它具有的优点分不开的, 这些优点概括起来是: 工作电压低, 功耗小, 小型化, 易与集成电11 / 43路匹配, 驱动简单, 寿命长, 耐冲击, 性能稳定。近年来, 由于半导体材料的制备和工艺逐步成熟和完善, 超高亮度 R、G、B LED 的商品化, 全色 LED 平板显示可以适用于室外各种目的的应用。1、逐行扫描原理LED 显示屏两组等距平行排列的电极分别称为行电极(扫描电极 Xi )和列电极(信号电极 Yj

25、) , 行与列电极相互垂直, 在交叉点形成发光单元 LED。点矩阵的驱动一般采取逐行扫描方式寻址, 这种方式是一次对 Xi 行上所有的单元点同时进行寻址, 在 Xi 行上单元点被寻址之后, 再移向 Xi + 1 行寻址, 即扫描电极是从头到尾顺序地选取, 而信号电极可同时选取一个或多个以显示需要的图像。或者说, 在某一时刻给某一行电极施加扫描脉冲, 其他行电极施加非扫描脉冲, 同时所有列电极给出显示或非显示驱动脉冲。接着把扫描脉冲施加到下一行电极, 再给所有列电极施加显示或非显示驱动脉冲。当扫描频率足够快时, 由于人眼的视觉暂留现象, 就可以在显示屏上呈现稳定的图像效果。2、1616 点阵部结

26、构1616 单色点阵共需要 256 个发光二极管组成，且每个二极管是放置在行线与列线的叉点上。本设计是一种实用的汉字显示屏的制作，制作的是单色点阵。考虑到元器件的布线的难易程度，直接采用 1616 的点阵模块。对比下面的 1616 单色点阵和 1616 双色点阵可以看出，其实 1616 双色点阵就是两块 1616 单色点阵组合在一起的。要实现用两种颜色显示，只要在电路的设计中适当的连线就可以了。 1616 单色和双色点阵 LED 结构分别如下图 2.7 和图 2.8 所示。图 2.71616 单色点阵图 2.81616 单色点阵12 / 432.2.32.2.3 语音模块的介绍语音模块的介绍图

27、 2.9ISD1700 引脚图ISD1700 系列芯片是华邦公司新推出的单片优质语音录放电路，该芯片提供多项新功能，包括置专利的多信息管理系统，新信息提示，双运作模式（独立&嵌入式） ，以与可定制的信息操作指示音效。芯片部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与存等的全方位整合系统功能7 8。ISD1700 的独立按键工作模式录放电路非常简单，而且功能强大。不仅有录、放功能，还有快进、擦除、音量控制、直通放音和复位等功能。这些功能仅仅通过按键就可完成。ISD1700 有如下 9 种操作：1、录音操作按下 REC 键，/REC 管脚电平变低后开始录音，直到松开按键使电平拉高

28、或者芯片录满时结束。录音结束后，录音指针自动移向下一个有效。而放音指针则指向刚刚录完的那段语音。 2、放音操作放音操作有两种模式，分别是边沿触发和电平触发，都由/PLAY 管脚触发。 3、快进操作点按一下 FWD 按钮将/FWD 端拉低，会启动快进操作。快进操作用来将播放指针移向下一段语音信息。当播放指针到达最后一段语音处时，再次快进，指针会返回到第一段语音。当下降沿来到/FWD 端时，快进操作还要决定于芯片当时的状态：13 / 43 4、擦除操作擦除操作分为单段擦除和全体擦除两种擦除方式。 5、复位操作如果用 RESET 控制此管脚，建议/RESET 管脚与地之间连接一个 0.1F 电容。当

29、/RESET 被触发，芯片将播放指针和录音指针都放置在最后一段语音信息的位置。 6、音量操作点按一下 VOL 键将/VOL 管脚拉低会收变音量大小。每按一下，音量会减小一档，再到达最小档后再按的话，会增加音量直到最大档，如此循环。总共有 8 个音量档供用户选择，每一档会收变 4dB。复位操作会将音量档放在默认位置，即最大音量。 7、FT 直通操作将/FT 管脚与 GND 短接，持续保持在低电平会启动直通模式。出厂设定的是在芯片空闲状态，直通操作会将语音从 Analn 端直接通往喇叭端或 AUD 输出口。在录音期间开启 FT 功能，会同时录下 Analn 进入的语音信号。 8、提示音(SE)编辑

30、ISD1700S 中设计了 4 种声音来提示当前的工作状态，分别为 SE1， SE2，SE3，SE4。 9、进入 SE 编辑模式（1）首先保持 FWD 为低 3 秒左右，然后 LED 会闪一下（若有 SE1，会同时播放 SE1） 。但是若当前曲目为最后一曲或没有录音则 LED 会闪两下（若有 SE2，会同时播放 SE2） 。 （2）保持 FWD 为低，然后按下 REC 使之为低直到 LED 闪一下。 （3） LED 再闪一下说明已经进入 SE 编辑模式；进入此模式后，当前待编辑SE 为 SE1。 3 3 硬件电路设计硬件电路设计与调试与调试3.13.1 单片机模块单元电路设计单片机模块单元电路

31、设计单片机最小系统电路图如图 3.1 所示。14 / 43图 3.1 单片机最小系统部分电路图6如图 3.1 所示，单片机单元模块电路采用上电复位电路，上电复位就是接通电源后，单片机自动实现复位操作。上电复位电路由 C18、S1、R35 构成，上电瞬间9 脚获得高电平，随着电容 C18 的充电，9 脚的高电平逐渐下降。9 脚的高电平只要能保持足够的时间（2 个机器周期） ，单片机就能进行复位操作。Y4、C19、和 C20 构成部时钟振荡电路，C19 和 C20 的作用主要是稳定频率和快速起振容值为 5-30pF,典型值为 30pF。为方便与计算机通信晶振的频率选用 11.0592MHz。3.2

32、3.2 串口通信电路设计串口通信电路设计串口通信电路如图 3.2 所示。图 3.2 串口部分电路图如图 3.3 所示，串口下载电路采用 MAX232 电平转换芯片，采用此电路方便电路的调试，减少单片机的损坏，并且应用串口通信还可以实现与计算机通信，供计算机实时接收和发送数据，为人们的使用提供了极大的方便。15 / 43MAX232 芯片外接 5 个 0.1F 的去耦电容，以减小噪声对它的影响。MAX232（即 U8）的电路连接如上图所示。3.33.3 译码器模块单元电路设计译码器模块单元电路设计图 3.3 4 线-16 线译码器电路图由于单片机的外围接口有限，为了增加单片机的外围接口，故采用

33、4 线-16 线译码器。译码器的四个输入端接到单片机 P0 口的前四位。由于单片机的 P0 口没有置上拉电阻，于是外接上拉排阻。译码器的使能控制端 G1、G2 低电平有效，故直接接地。输出端的 16 个脚接点阵模块的 X 轴的 16 个脚9。3.43.4 点阵模块单元电路设计点阵模块单元电路设计图 3.4点阵电路图16 / 43译码器的 16 个引脚直接与点阵的 X 轴的 16 个引脚相连接，Y 轴的 16 个引脚与单片机的空余引脚想。通过单片机程序控制点阵图案的显示。译码器通过四个控制端依次选择 16 个输出端，实现逐行扫描的功能。图 3.5字模提取如图 3.5，字模提取软件能方便地提取出想

34、要的图案和字。当编辑好想要的图案或输入相应的字后，按一下提取字模按钮，就会在下方提取出代码。字模提取的顺序还可以通过右上方自行选择10。3.53.5 红外遥控模块单元电路设计红外遥控模块单元电路设计图 3.6红外遥控器该遥控器的标准发射距离为 8 米，配国产 1838 接收头。夜晚户外测试，在黑17 / 43暗环境无任何阻挡物的情况下，遥控有效距离大于 8 米。应用时实际距离还完全取决于遥控接收头的灵敏度、电路设计可靠性、中间阻挡物(如隔膜或玻璃或透明材料)以与使用的环境因素11。图 3.7遥控器键位码每个按键都有对应的用户码和键位码，每个遥控板的用户码是固定的，本设计用的遥控器的用户码是 0

35、0FF。每个按键的键位码是不同的，按下按键后发射的红外光波也是不同的，单片机接收到不同的键位码，显示不同的图案和字。发射的一帧码含有一个引导码，16 位的用户编码和 8 位的键数据码、键数据码的反码也同时被传送。码型结构如下：图 3.8编码方式引导码由一个 9ms 的载波波形和 4.5ms 的关断时间构成，它作为随后发射的码的引，这样当接收系统是由微处理器构成的时候，能更有效地处理码的接收与检测与其它各项控制之间的时序关系。编码采用脉冲位置调制方式（PPM） 。利用脉冲之间的时间间隔来区分“0”和“1” 。每次 8 位的码被传送之后，它们的反码也被传送，减少了系统的误码率12。3.63.6 语

36、音模块单元电路设计语音模块单元电路设计18 / 43图 3.9语音电路通过单片机的 P1.1、P1.2、P1.3 三个端口分别控制 MISO、MISI、SCLK。其中SCLK 是 SPI 接口的时钟。由主控制芯片产生， 并且被用来同步芯片 MOSI 和 MISO端各自的数据输入和输出。此管脚空闲时，必须拉高。ISD1730 的19、22、23、24、25、26 脚分别接开关，来控制语音的音量、语音通道、播放、录制、擦除。10、11 脚通过电容接麦克风的正负极。13、15 接喇叭的正负极。VCCA、VCCD 分别为模拟电源和数字电源。按键操作如下:1、录音 REC按住 REC 键不放，同时 LE

37、D 灯会亮起，此时对着 MIC 说话，说话容就会录进ISD1700 语音芯片里了。录完一段后抬起此键，LED 会同时熄灭，再次按下则开始录第二段，以后的各段依次操作。2、放音 PLAY有两种方式，边沿触发和电平触发。 （注：录完音后放音指针会停留在最后录完段的起始地址处，此时放音则放最后一段）（1）边沿触发：点按一下 PLAY 键即放当前段，放音期间 LED 闪烁直到放音结束时熄灭。放音结束后放音指针指向刚放的段的起始地址处，即再次点按 PLAY 键还会放刚放完的这段。19 / 43（2）电平触发：常按 PLAY 键芯片会把所有的语音信息全部播放，且循环直到松开此按键。3、快进 FWD执行放音

38、操作前，点按一下此键放音指针会指向下一段，按两下则指向此段后的第二段起始。放音期间点按此键则停止播放当前段接着播放下一段，如果当前播放的是最后一段，则停止播放最后一段播放第一段。4、擦除 ERASE单段擦除操作只能对第一段和最后一段有效，当放音指针位于第一段或最后一段时，点按此键则会擦除第一段或最后一段。放音指针相应的会跳到擦除前的第二段或倒数第二段。常按此键超过 3 秒芯片进入“全部擦除操作模式” ，同时 LED 灯闪两下，继续按着此键，LED 闪烁 7 下后熄灭，此时松开此键，芯片的语音信息被全部擦除。5、复位 RESET点按此键芯片执行复位操作。复位后，放音和录音指针都指向最后一段，即放

39、音指针指向最后一段起始，录音指针指向最后一段的最后。此时执行放音则播放最后一段，执行录音则接着最后一段开始录新的最后一段。6、调音 VOL点按此键可以调节芯片输出声音的大小。芯片默认输出为声音最大值，每点按一下，声音按 4db 衰减。直到声音最小后，继续点按此键，每点按一下，声音增大4db（注：执行复位后，声音输出为最大） 。3.73.7 硬件硬件仿真与调试仿真与调试20 / 43图 3.10 电路仿真图如图 4.1 利用仿真软件 protues 进行仿真。将程序下到仿真软件上的单片机，通过译码器输入端，依次扫描每一行。通过不断调试，得到最终的结果。将调试好的程序下到实物单片机，在点阵上得到想

40、要的结果13。21 / 43图 3.11 显示图案4 4 软件设计软件设计本设计采用 C 语言进行编程，相比汇编语言简单、方便，提高编程的速度14。4.14.1 单片机单片机 I/OI/O 口分配口分配由于本设计需要实现功能较多，所以设计了较多的模块，因此利用了单片机全部 32 个 I/O 口中的大部分端口，结合电路原理图，为程序编写的方便，给单片机分配端口如表 5.1 所示。表 4.1 程序中单片机端口分配P0.0译码器的输入端 A 位P1.7点阵引脚 7P0.1译码器的输入端 B 位P2.0点阵引脚 8P0.2译码器的输入端 C 位P2.1点阵引脚 9P0.3译码器的输入端 D 位P2.2

41、点阵引脚 10P1.0点阵引脚 0P2.3点阵引脚 11P1.1点阵引脚 1P2.4点阵引脚 12P1.2点阵引脚 2P2.5点阵引脚 13P1.3点阵引脚 3P2.6点阵引脚 14P1.4点阵引脚 4P2.7点阵引脚 15P1.5点阵引脚 5P3.2外部中断P1.6点阵引脚 6P3.5时钟复位4.24.2 各模块程序各模块程序4.2.14.2.1 主程序主程序设计设计22 / 43图 4.1 主程序流程图程序开始后，执行 IO 口初始化、中断初始化、定时器初始化，等待中断，接受中断后通过译码，得到相应的按键码，显示对应的图案。void main(void)io_init();/IO 口初始化

42、int_init();/中断初始化t0_init();/定时器初始化while(1)/红外译码、判断哪个按钮按下4.2.24.2.2 显示程序显示程序设计设计23 / 43显示相应图案或字中断？继续显示当前图案或字YN中断初始化开始图 4.2 显示程序流程图当产生中断时，译码得到红外波的按键码，不同的按键码变换不同的图案。void display(void)/单个图案或字显示uchar i;for(i=0;i16;i+)P2=zimoanniu*32+2*i;P1=zimoanniu*32+2*i+1;scan(i);delay_50us(30);void display_a(void)/右移

43、动显示uchar i;uchar k=0;for(i=0;i16;i+)24 / 43P2=0 x00;P1=0 x00;P2=zimooffset+2*i;k=k+1;P1=zimooffset+2*i+1;k=k+1;scan(i);delay_50us(30);void display_b(void)/左移动显示uchar i;uchar k=0;for(i=0;i16;i+)P2=0 x00;P1=0 x00;P2=zimooffset+2*(15-i);P1=zimooffset+2*(15-i)+1;scan(15-i);delay_50us(30);4.2.34.2.3 红外接收

44、程序红外接收程序设计设计25 / 43红外发射红外接收红外译码开始控制显示图 4.3 红外接收程序流程图红外遥控器向红外接收头发射红外波，当红外接收头接收到红外波，产生中断，单片机译码出相应的按键码。void interrupt0()interrupt 0uchar i=0,j=0,k=0,us=0;EX0=0;for(i=0;i255;i+) /9ms 有高电平认为是干扰if(P3&0 x04) /255 的值实际时间为 800usEX0=1;return;while(!(P3&0 x04);/等待 9ms 低电平过去 for(i=0;i4;i+)for(j=0;j8;j+)26 / 43w

45、hile(P3&0 x04);/等待 4.5ms 高电平过去while(!(P3&0 x04);/等待 0.56ms 低电平后面的高电平while(P3&0 x04)/计算这个高电平的时间for(us=0;us=30)/高电平时间过长退出程序EX0=1;return;addri=addri1;/接收一位数据if(k=8)addri=addri|0 x80;/高电平大于 0.56ms，则为 1k=0;EX0=1; 4.2.44.2.4 设定的图案和字程序设定的图案和字程序总共设计了 2 个图案和 7 个字，一个图案是学院的简称“cuit” ，另外一个图案是笑脸“o” 。7 个字分别是“成” 、

46、“信” 、 “院” 、 “毕” 、 “业” 、 “设” 、 “计” 。程序还可以依照不同的要求，设置不同的图案和文字，以增强设计的实用性。0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,/*清屏,0*/0 x38,0 x00,0 x44,0 x0C,0 x44,0

47、 x12,0 x00,0 x21,0 x1C,0 x41,0 x20,0 x82,0 x41,0 x04,0 x21,0 x04,0 x1C,0 x82,0 x00,0 x41,0 x7C,0 x21,0 x00,0 x12,0 x04,0 x0C,0 x7C,0 x00,0 x04,0 x027 / 430,0 x00,0 x00,/*cuit,1*/0 x40,0 x00,0 x20,0 x00,0 x1F,0 xF8,0 x00,0 x88,0 x08,0 x88,0 x10,0 x88,0 x0F,0 x88,0 x40,0 x08,0 x20,0 x7F,0 x13,0 x88,0

48、x1C,0 x0A,0 x24,0 x0C,0 x43,0 x08,0 x80,0 xC8,0 xF0,0 x00,0 x00,0 x00,/*成,2*/0 x00,0 x40,0 x00,0 x20,0 x00,0 x10,0 xFF,0 xFC,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x7C,0 x10,0 x45,0 x50,0 x45,0 x54,0 x45,0 x58,0 x45,0 x50,0 x45,0 x50,0 x7C,0 x10,0 x00,0 x10,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,/*信,3*/0 x00,0 x00,0 xFF,0 xFE,

49、0 x04,0 x22,0 x08,0 x5A,0 x87,0 x96,0 x81,0 x0C,0 x41,0 x24,0 x31,0 x24,0 x0F,0 x25,0 x01,0 x26,0 x3F,0 x24,0 x41,0 x34,0 x41,0 xA4,0 x41,0 x14,0 x70,0 x0C,0 x00,0 x00,/*院,4*/0 x04,0 x00,0 x04,0 x00,0 x04,0 xFF,0 x04,0 x88,0 x04,0 x88,0 x04,0 x44,0 x04,0 x24,0 xFF,0 x00,0 x04,0 x7F,0 x04,0 x88,0 x04

50、,0 x88,0 x04,0 x84,0 x04,0 xC4,0 x06,0 x80,0 x04,0 x00,0 x00,0 x00,/*毕5*/0 x40,0 x00,0 x40,0 x30,0 x40,0 xC0,0 x43,0 x00,0 x44,0 x00,0 x7F,0 xFF,0 x40,0 x00,0 x40,0 x00,0 x40,0 x00,0 x7F,0 xFF,0 x44,0 x00,0 x43,0 x00,0 x40,0 xC0,0 x60,0 x30,0 x40,0 x00,0 x00,0 x00,/*业,6*/0 x00,0 x40,0 x00,0 x40,0 x0

51、0,0 x42,0 x7F,0 xCC,0 x20,0 x00,0 x10,0 x40,0 x81,0 xA0,0 x42,0 x9F,0 x2C,0 x81,0 x10,0 x81,0 x28,0 x81,0 x26,0 x9F,0 x41,0 xA0,0 x80,0 x20,0 x80,0 x20,0 x00,0 x00,/*设,7*/28 / 430 x00,0 x40,0 x00,0 x40,0 x00,0 x42,0 x7F,0 xCC,0 x20,0 x00,0 x10,0 x40,0 x08,0 x40,0 x00,0 x40,0 x00,0 x40,0 xFF,0 xFF,0

52、x00,0 x40,0 x00,0 x40,0 x00,0 x40,0 x00,0 x60,0 x00,0 x40,0 x00,0 x00,/*计,8*/0 x00,0 x00,0 x00,0 x40,0 x00,0 x20,0 x00,0 x10,0 x00,0 x20,0 x00,0 x40,0 x08,0 x00,0 x08,0 x00,0 x08,0 x00,0 x08,0 x00,0 x00,0 x40,0 x00,0 x20,0 x00,0 x10,0 x00,0 x20,0 x00,0 x40,0 x00,0 x00,/*(o),9*/0 x00,0 x00,0 x00,0 x0

53、0,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,/*清屏,10*/;5 5 软硬件联调与技术改进软硬件联调与技术改进5.15.1 软硬件联调与实物演示软硬件联调与实物演示在整个设计的调试过程中遇到了若干问题，画电路 PCB 板的时候，元件的封装选错了，导致元件无常焊接上；选第一个双色点阵方案的时候由于飞线太

54、多，给焊接带来很大的困难，最后选择单色点阵方案；调试语音模块的时，没有注意芯片输入信号的管脚能承受的电源幅值为 1.0V，由于加入信号的幅值大于 1.0V，烧坏了芯片。经过多次挫折，最后终于完成了设计15。图 5.1 PCB 原理图 图 5.2 实物图29 / 43整个设计为两个部分。上面模块是单片机控制的点阵。图中左上角是一个红外接收头，和右下角的红外遥控器是配套的。接收头右边是单片机，单片机右边是 4线 16 线译码器和 1616 点阵显示屏。下面是语音模块。中间是一个小喇叭，喇叭下面是单片机和语音芯片 ISD1730。右边的 7 个开关是对语音的操作。分别为：复位、下一段语音、擦除、录制

55、、播放、FT 通道开关（混合录音） 、音量控制。图 5.3 显示效果遥控器上的 1-9 的数字按钮分别对应上面的 9 个画面。按下按钮，图案依次向右移动；按下按钮，图案依次向左移动；按下按钮，图案暂停；按下按钮，图案继续移动；按下按钮，移动的速度增加；按下按钮，移动的速度减小。图 5.4 语音控制按钮图 6.3 中的 7 个按钮用来控制语音。由上往下第一个是复位按钮，第二个是下一曲语音按钮，第三个是擦除按钮，第四个是录音按钮，第五个是播放按钮，第六个是 FT 通道（混合录音）按钮，最后一个是控制音量的按钮。5.25.2 技术改进技术改进本设计需要改进的第一个地方是语音模块，让红外遥控每次切换一

56、个图案或者文字的时候，都伴随相应的语音。将图 6.3 中的播放按钮和下一曲按钮改为 IO 口电平触发，每次切换图案或文字时，都给接播放和下一曲的 IO 口一个高电平。这样就能实现随着图案和文字的变换伴随语音的变化，进而达到语音提示的目的。第二个地方是点阵模块，为了丰富图案的颜色，可以采用双色点阵。本设计采用的单色点阵模块只能显示一种红色。双色点阵由两种颜色可以选择红色和绿色，在编程的时候可以控制颜色的变化，从而让图案的更美观。第三个地方是飞线的问题，由于点阵的管脚较多，在绘制 PCB 时难免会产生一些飞线。 解决飞线繁多最直接的方法就是制作双层板。第四个地方是电源的问题，本设计采用的是 USB

57、 电源供电，其优点是制作简单、方便，缺点是供电时，必须连接电脑 USB 接口。可以制作一个单独的电源解决这一缺点，一个 9V 的电池和一块 LM324 可以搭载一个 5V 的电源，这样随时都可以个整个系统供电。结结 语语30 / 43本设计课题是基于 52 单片机的智能霓虹灯控制系统，在设计的初期进行了资料的查询与思考，确定思想，用什么芯片控制，控制过程中需要什么硬件。设计使用 AT89C52 芯片，语音模块采用 ISD1730 语音芯片，同时使用 USB 提供 5V 电压供电，显示部分采用布线简单、价格便宜的点阵显示屏。在控制部分增加了红外遥控，在减小对单片机 IO 口负担的同时，方便对霓虹

58、灯的远距离控制。软件的编写可以按照霓虹灯安放的不同环境来确定不同的图案和文件，具有很强的适应性。该系统具有电路结构简单、易操作、硬件少、体积小、成本低、低能耗等优点，具有较强的实用价值。通过这次毕业设计，重新复习并进一步增强了动手的能力，学以致用，把知识运用到实际生活中才是根本目的。明白了仿真软件是一个理想的仿真环境，而实际连接的电路板会由于譬如连接不当，相邻器件间的干扰等等的问题导致在仿真软件中能良好运行的程序，在实物上不完全正确，经过排查和合理的器件摆放焊接，问题得到解决。总体来说这次的毕业设计很成功，达到了预想的目的。有点缺憾是时间有限，不能进一步深入和扩散学习和研究。希望有时间可以对程

59、序和电路图作更进一步的改进，譬如实现点阵的上下移动，对角线移动，双色、三色显示等。参考文献参考文献1 信息工程学院电子基础教学实验中心.单片微机原理与接口技术M.信息工程学院.2008.82 郁正主编.单片机原理与应用M.：大学.20093培仁 志坚 高修峰 ，十六位单片微处理器原理与应用.;清华大学；2005.54 王为清，邱文勋编著.51 单片机应用开发案例精选M.：人民邮电.20075红外遥控OL.百度百科. baike.baidu./view/1333255.htm6 志忠，卫桦林主编.数字电子技术基础M.：高等教育.2009.77 王兆安，黄俊主编.电力电子技术M.：机械工业.200

60、0.P.150-1658 ISD1700 优质语音录放电路OL.中青世纪.atvoc./cpsj/xpzl/isd1700.htht9 康光华，电子技术基础（数字电路部分） ，高等教育，2006.110 电子基础教学实验中心编著.电子基础教学实验M.：大学.200511 高瑜翔主编.高频电子线路M.：科学.200812 童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）M.：高等教育.200613薛鹏骞等编著.电子与通信电路计算机仿真EWB 虚拟实验室M.：煤炭工业.200314 谭浩强.C 程序设计（第三版）M.：清华大学.200515 马令坤等编著.电子工艺实训教程M.：电子科技大学.2006.P