基于单片机的霓虹灯控制系统设计

2022-01-17朱艳吴加凤吴婷

电子元器件与信息技术 2021年10期

朱艳，吴加凤，吴婷

（金山职业技术学院，江苏镇江 212200）

0 引言

随着时代的进步，人们常用科技装饰我们的生活，很多领域应用了霓虹灯，如电子广告牌、汽车车灯、大型指示牌、舞台效果、工业控制的控制面板等。但目前大多数的霓虹灯控制器价格较贵，能实现的花式也有限[1-3]。单片机、传感器及微机控制等一系列高新科技的发展，带动了霓虹灯控制器的设计、制造等方面的快速发展[4]。因此，以AT89S52单片机为系统核心，采用C语言编程进行软件设计[5]，以此实现多花式霓虹灯的设计，对于开发出一种易于操作且性价比高的霓虹灯控制器有着重要意义。

1 硬件设计

1.1 系统设计原理

1.1.1具体实现功能

利用单片机控制霓虹灯，通过独立式按键，选择不同的点亮方式，然后将控制信号传输给发光二极管和数码管，从而完成不同的显示要求，例如实现霓虹灯的全亮或闪烁、不同颜色灯的点亮、霓虹灯的轮流点亮闪烁等，其中闪烁的频率可调。

1.1.2 控制原理图

在本次设计中，硬件部分原理图如图1所示。

图1 霓虹灯控制器原理图

1.2 单片机最小系统构建

选用常用的AT89C52单片机，其内部采用40条引脚双列直插式的封装。该单片机有四组I/O口P0、P1、P2和P3，用来连接LED、数码管和键盘等，I/O口的数量符合本设计的要求。内部还有8K的RAM足以满足本设计的程序容量，无需扩展外部存储器。引脚排列如图2所示。

图2 AT89C52芯片引脚

1.3 键盘电路设计

控制部分主要是由独立式按键完成。采用1个选择模式的自锁开关接在P0.0上，8个按键开关分别接至P2口，不同的按键可用来选择常亮、闪烁、闪烁频率、组合亮等不同的花式。具体电路如图3示。

图3 开关控制电路图

1.4 发光二极管电路设计

P0、P1、P2、P3是单片机的I/O口，用以连接LED发光二极管、数码管和键盘等。由于单片机I/O端口的带负载能力有限，LED发光二极管采用共阳极的接法连接在P1口，并用电阻分压[6-7]。单片机P1口输出为低电平时，对应的发光二极管被点亮。电路图如图4所示。

图4 发光二极管电路图

1.5 数码管设计

共阴和共阳极数码管的引脚如图5所示。数码管连接在P3口，并给数码管的第四段接上Vcc，当P3口输出共阳极字型码，即可显示出相应的数字。具体的电路如图6所示。

图5 引脚定

图6 数码管电路图

2 软件设计

2.1 软件系统总体方案

该系统中软件可以分为主程序和子程序。选择使用C语言编程，开发平台是Keil uVision4。软件流程图如图7所示。

图7 软件流程图

2.2 主函数设计

系统主程序主要是在处理按键的查询，模式切换由1个自锁式开关实现；样式的选择由8个按键式开关实现；以及1个功能复位按键。主程序既可以调用各种子模式子程序和延时子程序，还可以一直保持查询是否有功能切键、模式切键按下，一旦有，就会进入相应的程序处理。

2.3 子函数设计

2.3.1 模式一

当自锁开关打开，通过if语句判断P0.0为高电平时，可读取独立式键盘1-8的信号进行判断，检测到哪个键按下，便实现指定样式，且可设置延迟时间，从而实现不同的闪烁时长。

2.3.2 模式二

通过读取独立键盘1-8的信号，实现对应发光二极管的点亮，同时，数码管也显示对应的数字。

3 研究成果

使用Keil uVsion 4编程完成后，在Protues上进行仿真实验。结果如图8所示，可以看到，LED已经选择性的闪烁。霓虹灯实物图如图9所示。

图8 仿真结果

图9 霓虹灯实物图

测试结果是，模式一时发光二极管有以下几种样式，（1）可显示全亮；（2）全闪烁和轮流点亮的闪烁频率可增加或减少；3）以奇偶两组的形式闪烁；（4）从中间向两边依次点亮；（5）依次点亮相同颜色的二极管，形成闪烁。模式二时，相应的发光二极管被点亮，同时，数码管显示对应的数字。总体来说，文中霓虹灯控制器基本达到了所有设计要求。