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1、基于单片机的霓虹灯控制器的设计摘 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及想要的文字，并让字能够移动、暂停，以及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、下一首、调节音量和复位。由于单片机的IO口不够用，本设
2、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：单片机；红外遥控；点阵；译码器；霓虹灯目 录论文总页数：47页1 引言41.1课题背景及意义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 总体方案原理及设计框图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
3、信电路设计163.3 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 软硬件联调及技术改进305.1软硬件联调及实物演示305.2 技术改进32结 语32参考文献33致 谢34声 明35附 录361 引言1.1课题背景及意义 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
4、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、室内外装饰、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
5、虹灯图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内部资源，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。控制器的花样变化及速度调节能用软件方法实现，这样进
6、一步提高了性价比。1.2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内部的定时器来控制1616的矩阵贴片发光二极管的明亮，显示不同的图案花样，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
7、一定的实际使用价值。2、硬件部分：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 方案研究与主要芯片选择2.1 总体方案原理及设计框图本设计是基于STC89C52R
8、C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。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
9、各部分单元电路的论证与设计。2.1.1 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字节内部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，片内振荡器及时钟电路。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，而且由于其内部总线是8位的，其内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
10、1 2。2、采用LCP2138单片机作为CPU该芯片其本身自带A/D转换功能，带大容量的32KRAM和512KFLASH ,内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，片内含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指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用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
11、许多嵌入式控制应用系统提供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0-33MHz全双工UART串行中断口线256x8bit内部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2.2 STC89C52RC引脚图2STC8
12、9C52RC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片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，片内时钟振荡器，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
13、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。2.1.2 显示设备的选择与论证1、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 d
