《霓虹灯控制器设计论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《霓虹灯控制器设计论文（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1第一章 绪论现在城市中用于装点各种建筑物的绚丽色彩依旧是霓虹灯，但是霓虹灯具有发热量大，亮度较小，色彩较暗，价格较贵且耗电量较大等缺点已经不作为现在装饰的主要选择对象。点阵屏具有价格便宜，可视度远，亮度高，耗能较低，体积较小，且可以更具实际情况由几块小的点阵屏组合成较大面积的点阵块等优点。本文提出了一种基于 STC89C51 单片机的霓虹灯控制方案，实现对 LED 的控制。1.1、 LED 的原理及技术 图 1 为 LED 点阵1.1.1 认识 LED 点阵 所谓 LED 点阵就是将多个 LED 以阵列方式排成一个器件，可分为单色、双色、三色三种。依 LED 的极性排列分为共阳型和共阴型两种
2、类型。根据矩阵每行或每列所含 LED 个数的不同，又可分为 57、88、1616 等类型。其中的LED 的引脚有规律的连接。1.1.2 LED 的静态显示 2通常 LED 的控制包括字形控制（显示什么字符）和位控制（哪些位显示） 。在静态显示方式下，每一位显示的字形控制线是独立的，分别接到一个 8 位I/O 口上，字位控制线也连接到另一个 I/O 口上。当想显示一个字符时，让相应的 LED 点亮即可。现在很多的广告牌都是这样做的。这种造价低也容易实现。1.1.3 LED 的动态显示 动态显示用的还是比较广泛的，所谓动态显示就是一位一位的轮流点亮LED，在每一时刻只有一位显示器在工作（点亮） ，
3、但由于人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄灭时的余辉，将出现多个字符“同时”显示的现象。即在每一瞬间，所有 LED 会显示相同的字符，要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方流点亮各位 LED，即在每一瞬间只使某一位显示字符，在此瞬间，断选控制 I/O 口输出相应字符选码（字型码） 。而位选则控制 I/O 口在该显示位送入选通电平，以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位分时显示该位应显示字符段选码、位选码每送入一次延时 1ms,因为人的视觉暂留时间位 100ms，所以每位显示的时间间隔不能超过 20ms，并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果，给人看上去每个 LED 都在亮，且显示不同的内容。L
4、ED 阵列的显示方式就是按显示数据编码的顺序，一行一行地显示。以高态扫描为例，若要显示第一行，则先将第一行的显示数据（00001000）送至 LED 阵列的列引脚，再将“10000000”扫描信号送至 LED 阵列的行引脚，即可显示第一行，此时其他行并不显示。同样地，若要显示第二行，则先将第二行的显示数据（00100100）送至 LED 阵列的列引脚，再将“01000000”扫描信号送至 LED 阵列的行引脚，即可显示第二行，此时其他行并不显示依次类推1.2LED 显示屏的发展背景在大型商场、车站、码头、地铁站以及各类办事窗口等越来越多的场所需要用 LED 点阵显示图形和汉字。LED 行业已成
5、为一个快速发展的新兴产业，市场空间巨大，前景广阔。随着信息产业的高速发展，LED 显示作为信息传播的一种重要手段，已广泛应用于室内外需要进行服务内容和服务宗旨宣传的公共3场所，例如户内外公共场所广告宣传、机场车站旅客引导信息、公交车辆报站系统、证券与银行信息显示、餐馆报价信息显示、高速公路可变情报板、体育场馆比赛转播、楼宇灯饰、交通信号灯、景观照明等。显然 LED 显示已成为城市亮化、现代化和信息化社会的一个重要标志。自 20 世纪 80 年代后期开始，随着 LED 制造技术的不断完善，在国外得到了广泛的应用。在我国改革开放之后，特别是进入 90 年代国民经济的高速增长，对公众场合发布信息需求
6、日益强烈，LED 显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在 LED 显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高。LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图像显示屏的发展过程。4第二章 系统设计2.1 设计要求设计一个霓虹灯控制器，控制 192 个 LED，要求能控制形成多种图案或花样。2.2 总体设计方案2.2.1 设计思想题目要求设计一个霓虹灯控制器，控制的灯数 192 个，并要形成多种图案和花样，设计中控制部分由单片机完成，显示部分的 LED 由单片机的输出控制信号经放大后驱动，形成不同的图案。2.2.2 方案采用矩阵式分布，利用单片机的 P3 口做行选信号，P1、P0 和
7、P2 口做列选信号，192 个 LED 构成 8 行，24 列的矩阵，详细电路图见单元电路设计中，此方案能单独控制每一个 LED，也可单独控制每行或每列的 LED，可形成丰富的图案或花样，显示部分不需要格外的芯片，形成的电路简单，PCB 板的布局和布线也比较美观。5第三章 单片机3.1 单片机的基础知识单片机结构包括：输入设备、运算器、输出设备、控制器、内存。单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit） ，常用英文字母的缩写 MCU 表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 CPU 的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大
8、量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了 16 位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90 年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着
9、 INTEL i960 系列特别是后来的 ARM 系列的广泛应用，32 位单片机迅速取代16 位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的 8 位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起 80 年代提高了数百倍。目前，高端的 32 位单片机主频已经超过 300MHz，性能直追 90 年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至 1 美元，最高端的型号也只有 10 美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的 Windows 和 Linux 操作系统。 单片机比
10、专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2 部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备 40 多部单片机，复杂的工业控制6系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过 PC 机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只
11、缺少了 I/O 设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如 CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过 10 元即可用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能
12、力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用 PC）的主要区别。3.2 单片机的工作过程及硬件特性3.2.1 工作过程单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令） ，这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能
13、的部件存储器中。存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要7知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。 程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器 PC（包含在CPU 中） ，在开始执行程序时，给 PC 赋以程序中第
14、一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC 在中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是 1、2 或 3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。3.2.2 单片机的硬件特性1、单片机集成度高。单片机包括 CPU、4KB 容量的 ROM（8031 无） 、128 B 容量的 RAM、 2 个 16 位定时/计数器、4 个 8 位并行口、全双工串口行口。 2、系统结构简单，使用方便，实现模块化; 3、单片机可靠性高，可工作到 106 107 小时无故障; 4、处理功能强，速度快。3.3 单片机应用学习的重要部分3.3.1 总线：我们知道，一个电路总是由元器件通过电线连
15、接而成的，在模拟电路中，连线并不成为一个问题，因为各器件间一般是串行关系，各器件之间的连线并不很多，但计算机电路却不一样，它是以微处理器为核心，各器件都要与微处理器相连，各器件之间的工作必须相互协调，所以需要的连线就很多了，如果仍如同模拟电路一样，在各微处理器和各器件间单独连线，则线的数量将多得惊人，所以在微处理机中引入了总线的概念，各个器件共同享用连线，所有器件的 8 根数据线全部接到 8 根公用的线上，即相当于各个器件并联起来，但仅这样还不行，如果有两个器件同时送出数据，一个为 0，一个为 1，那么，接收方接收到的究竟是什么呢？这种情况是不允许的，所以要通过控制线进行控制，使器件分时工作，
16、任何时候只能有一个器件发送数据（可以有多个器件同时接收） 。器件的数据线也就被称为数据总线，器件所有的控制线被称为控制总线。8在单片机内部或者外部存储器及其它器件中有存储单元，这些存储单元要被分配地址，才能使用，分配地址当然也是以电信号的形式给出的，由于存储单元比较多，所以，用于地址分配的线也较多，这些线被称为地址总线。3.3.2、数据、地址、指令：之所以将这三者放在一起，是因为这三者的本质都是一样的数字，或者说都是一串0和1组成的序列。换言之，地址、指令也都是数据。指令：由单片机芯片的设计者规定的一种数字，它与我们常用的指令助记符有着严格的一一对应关系，不可以由单片机的开发者更改。地址：是寻找单片机内部、外部的存储单元、输入输出口的依据，内部单元的地址值已由芯片设计者规定好，不可更改，外部的单元可以由单片机开发者自行决定，但有一些地址单元是一定要有的（详见程序的执行过程） 。数据：这是由微处理机处理的对象，在各种不同的应用电路中各不相同，一般而
