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1、基于AT89C51单片机的LED彩灯控制器设计摘 要介绍了一种新型的LED彩灯控制系统的设计方法，以AT-89C51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LED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。 关键词：LED彩灯 AT89C51单片机 彩灯控制器 模块设计 - 2 -目 录中文摘要第一章 引言1第二章 LED简介2 2.1 LED的特点 2 2.2 LED的应用领域3第三章 系统功能4第四章 硬件设计6 4.1主控模块电路设计6 4.2管内LED板模块设计6第五章 软件设计8结束语11参考文献12第一章 引 言 随着人
2、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
3、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。 第二章 LED 简介发光二极体(L
4、ED)从原本仅能应用於指示信号及景观装饰，提升至照明领域，原因在於磊晶、製程、封装等整体技术提升，促成LED亮度增进。):Rh$Ej$y照明工程师社区 WXM1e&ShU7Q) 发光二极体(LED)从原本仅能应用於指示信号及景观装饰，提升至照明领域，原因在於磊晶、製程、封装等整体技术提升，促成LED亮度增进。随之而来的问题是LED真能取代其他光源吗?这是目前很多人在思考的问题，笔者以为仍须一段努力方可实现固态照明L E D(Liqht Emittinq Diode)是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。2.1 LED的特点：1）
5、电压：LED使用低压电源。供电电压在624V之间。根据产品不同而异，所以它是一种比使用高压电源更安全的电源。2)效能：消耗能量比同光效的白炽灯减少80。3)适用性：每个单元LED小片是35mm的正方形。所以可以制备成各种形状的器件。并且适合于易变的环境。4)稳定性：10万小时，光衰为初始的50。5)响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级。LED灯的响应时间为纳秒级6)对环境污染：无有害金属汞。7)颜色改变电流可以变色。发光二极管方便地通过化学修饰方法。调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。8)价格：LED的价格比较昂贵，相较于白炽灯。几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当。而通
6、常每组信号灯需由上300500只二极管构成。2.2 LED的应用领域1）、信号指示应用：信号照明是LED单色光应用比较广泛也是比较早的一个领域，约占LED应用市场的4 左右。2)、显示应用：指示牌、广告牌、大屏幕显示等，LED用于显示屏幕的应用约占LED应用的20一25，显示屏幕可分为单色和彩色。3)、照明应用： 便携灯具：手电筒、头灯、矿工灯、潜水灯等； 汽车用灯：高位刹车灯、刹车灯、转向灯、倒车灯等。大功率的LED已被大量用于汽车照明中。 特殊照明：太阳能庭院灯、太阳能路灯、水底灯等； 由于LED尺寸小。便于动态的亮度和颜色控制，因CL,I：Is较适合用于建筑装饰照明。 背光照明：普通电子
7、设备功能显示背光源、笔记本电脑背光源、大尺寸超大尺寸LCD显示器背光源等。LED作为手机显示的背光源是LED应用最广泛的领域。 投影光源：投影仪用RGB光源； 普通照明：各类通用照明灯具、照明光源等LED作为一种新型的光源，从目前的发展趋势和在绿色照明的概念下，近年来LED的灯具产品开发的种类越来越多，市场份额也在增长。 第三章 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
8、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M
9、odel_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；
10、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Model_i模式使系统循环重复工作在该花样模式下。 第四章
11、 硬件设计新型LED彩灯系统包括2大部分，即LED彩灯控制器（89C51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。4.1、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
12、码LED相接作为显示器的输出口。4.2、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
13、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。第五章 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：Red_on，Red_off，Green_on，Green_off，Blue_on，blue_off以及Clock（移位翻转脉冲
14、）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（Key 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
