霓虹燈控制系統(tǒng)的簡易設(shè)計

（日照市技師學(xué)院，山東 日照 276800）

前言

隨著時代的進(jìn)步，人們對物質(zhì)生活的迫切追求，使周邊環(huán)境發(fā)生翻天覆地的變化。從鉆木取火走到今天燈火闌珊，各種繁華夜景層出不窮，讓人嘆為觀止。這些輝煌景象都離不開電子技術(shù)。事實(shí)證明電子技術(shù)對社會的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機(jī)的發(fā)展，使傳統(tǒng)的測量儀器在原理、功能、精度及自動化水平等方面發(fā)生了巨大的變化，形成了一種完全突破傳統(tǒng)概念的新一代測試儀器——智能儀器。智能儀器是以微處理器為核心的電子儀器，它不僅要求設(shè)計者熟悉電子儀器的工作原理，而且還要求其掌握微型計算機(jī)硬件和軟件的原理。目前，有很多的傳統(tǒng)電子儀器已有相應(yīng)的替代產(chǎn)品，而且還出現(xiàn)不少全新的儀器類型和測試系統(tǒng)體系。在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，如何用簡單便宜、性能良好的元器件制造出對人類生活有用的產(chǎn)品，已經(jīng)成為人們研究的主要趨勢。在自動化技術(shù)中，無論是過程控制技術(shù)還是數(shù)據(jù)采集技術(shù)還是測控技術(shù)，都離不開單片機(jī)，在工業(yè)自動化的領(lǐng)域中，機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)揮越來越重要的作用。

一、總體方案設(shè)計

在本次設(shè)計中，硬件部分由單片機(jī)系統(tǒng)、LED發(fā)光二極管組成。原理圖如圖1所示。單片機(jī)選用的是AT89C51單片機(jī)，利用其中的一個定時器設(shè)定燈光閃爍的時間，時鐘電路選用的是11.0592M的晶振。復(fù)位電路部分采用的是上電復(fù)位和手動復(fù)位兩種復(fù)位方式。由于考慮到單片機(jī)I/O端口的帶載能力，LED發(fā)光二極管采用共陽極的接法，用470Ω的電阻分壓。軟件部分，由于采用的是11.0592M晶振的時鐘電路，單片機(jī)定時器的最大定時時間為65.536ms，不能達(dá)到要求的閃爍頻率。所以采用定時50ms，10個定時中斷燈光進(jìn)行一次亮滅的跳變。并在每一次跳變時記錄下燈閃爍的次數(shù)，通過對閃爍次數(shù)的判斷，來進(jìn)行對不同LED燈的亮滅的整體時序循環(huán)控制。

圖1 單片機(jī)的霓虹燈控制電路原理圖

二、硬件電路的設(shè)計

1.單片機(jī)系統(tǒng)

標(biāo)準(zhǔn)型89系列單片機(jī)是與MCS-51系列單片機(jī)兼容的。在內(nèi)部含有4KB或8KB可重復(fù)編程的Flash存儲器，可進(jìn)行1000次擦寫操作。全靜態(tài)工作為0～33MHz，有3級程序存儲器加密鎖定，內(nèi)含有128～256字節(jié)的RAM、32條可編程的I/O端口、2～3個16位定時器/計數(shù)器，6～8級中斷，此外有通用串行接口、低電壓空閑模式及掉電模式。AT89C51相當(dāng)于將8051中的4KB ROM換成相應(yīng)數(shù)量的Flash存儲器，其余結(jié)構(gòu)、供電電壓、引腳數(shù)量及封裝均相同，使用時可直接替換。

2.LED 概述

LED（Light?Emitting?Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。半導(dǎo)體晶片由三部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子，中間通常是1至5個周期的量子阱。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子和空穴就會被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。它是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。由于具有容易控制、低壓直流驅(qū)動、組合后色彩表現(xiàn)豐富、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于城市各工程中、大屏幕顯示系統(tǒng)。LED可以作為顯示屏，在計算機(jī)控制下，顯示色彩變化萬千的視頻和圖片。LED是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體。

3.紅外遙控控制

遠(yuǎn)程遙控技術(shù)又稱為遙控技術(shù)，是指實(shí)現(xiàn)對被控目標(biāo)的遙遠(yuǎn)控制，在工業(yè)控制、航空航天、家電領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易實(shí)現(xiàn)等顯著優(yōu)點(diǎn)，被諸多電子設(shè)備特別是家用電器廣泛采用，并越來越多的應(yīng)用到計算機(jī)系統(tǒng)中。

紅外遙控的發(fā)射電路是采用紅外發(fā)光二極管來發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波；它們將紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，再送后置放大器。發(fā)射機(jī)一般由指令鍵(或操作桿)、指令編碼系統(tǒng)、調(diào)制電路、驅(qū)動電路、發(fā)射電路等幾部分組成。當(dāng)按下指令鍵或推動操作桿時，指令編碼電路產(chǎn)生所需的指令編碼信號，指令編碼信號對載波進(jìn)行調(diào)制，再由驅(qū)動電路進(jìn)行功率放大后由發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)調(diào)制定的指令編碼信號。接收電路一般由接收電路、放大電路、調(diào)制電路、指令譯碼電路、驅(qū)動電路、執(zhí)行電路(機(jī)構(gòu))等幾部分組成。接收電路將發(fā)射器發(fā)出的已調(diào)制的編碼指令信號接收下來，并進(jìn)行放大后送解調(diào)電路，解調(diào)電路將已調(diào)制的指令編碼信號解調(diào)出來，即還原為編碼信號。

由于紅外線遙控不具有像無線電遙控那樣穿過障礙物去控制被控對象的能力，所以，在設(shè)計家用電器的紅外線遙控器時，不必要像無線電遙控器那樣，每套(發(fā)射器和接收器)要有不同的遙控頻率或編碼(否則，就會隔墻控制或干擾鄰居的家用電器)，所以同類產(chǎn)品的紅外線遙控器，可以有相同的遙控頻率或編碼，而不會出現(xiàn)遙控信號“串門”的情況。由于紅外線為不可見光，因此對環(huán)境影響很小，再由紅外光波動波長遠(yuǎn)小于無線電波的波長，所以紅外線遙控不會影響其他家用電器，也不會影響臨近的無線電設(shè)備。

4.霓虹燈控制電路

霓虹燈控制電路用紅色、綠色、黃色LED發(fā)光二極管，分別與三個470Ω 的分壓電阻相串聯(lián)，分別與單片機(jī)的 P1.0，P1.1，P1.2 口相連，如下圖所示：

圖7 霓虹燈控制電路

三、軟件設(shè)計

本設(shè)計采用C語言進(jìn)行編程，相比匯編語言簡單、方便，提高編程的速度。由于本設(shè)計需要實(shí)現(xiàn)功能較多，所以設(shè)計了較多的模塊，因此利用了單片機(jī)全部32個I/O口中的大部分端口，結(jié)合電路原理圖，為程序編寫的方便，給單片機(jī)分配端口。

四、結(jié)論

本設(shè)計課題是基于51單片機(jī)的智能霓虹燈控制系統(tǒng)，在設(shè)計的初期進(jìn)行了資料的查詢及思考，確定思想，用什么芯片控制，控制過程中需要什么硬件。設(shè)計使用AT89C51芯片，語音模塊采用ISD1730語音芯片，同時使用USB提供5V電壓供電，顯示部分采用布線簡單、價格便宜的點(diǎn)陣顯示屏。在控制部分增加了紅外遙控，在減小對單片機(jī)IO口負(fù)擔(dān)的同時，方便對霓虹燈的遠(yuǎn)距離控制。軟件的編寫可以按照霓虹燈安放的不同環(huán)境來確定不同的圖案和文件，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。該系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、易操作、硬件少、體積小、成本低、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，具有較強(qiáng)的實(shí)用價值。