基於單片機的LED彩燈控制器

2020-12-06 電子產品世界

標籤：LED 照明 光源

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/200060.htm

1 引言

隨著人們生活環境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色霓虹燈。 led 彩燈由於其豐富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應用，用彩燈來裝飾已經成為一種時尚。但目前市場上各式樣的 LED 彩燈控制器大多數用全硬體電路實現，電路結構複雜、功能單一，這樣一旦製作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據不同場合、不同時間段的需要來調節亮燈時間、模式、閃爍頻率等動態參數。這種彩燈控制器結構往往有晶片過多、電路複雜、功率損耗大等缺點。此外從功能效果上看，亮燈模式少而且樣式單調，缺乏用戶可操作性，影響亮燈效果。因此有必要對現有的彩燈控制器進行改進。

本文提出了一種基於AT89S51單片機的彩燈控制方案，實現對LED彩燈的控制。

2 設計原理

2.1 MCS51

引腳說明

MCS單片機都採用40引腳的雙列直插封裝方式。圖1為引腳排列圖， 40條引腳說明如下：

(1)主電源引腳Vss和Vcc

① Vss接地

② Vcc正常操作時為+5伏電源

(2)外接晶振引腳XTAL1和XTAL2

① XTAL1內部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個引腳。當採用外部振蕩器時，此引腳接地。

② XTAL2內部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當採用外部振蕩器時，此引腳接外部振蕩源。

圖1 8051引腳排列圖

(3)控制或與其它電源復用引腳RST/VPD，ALE/PROG，EA和/Vpp

① RST/VPD 當振蕩器運行時，在此引腳上出現兩個機器周期的高電平(由低到高跳變)，將使單片機復位

在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由VPD向內部提供備用電源，以保持內部RAM中的數據。

② ALE/PROG正常操作時為ALE功能(允許地址鎖存)提供把地址的低字節鎖存到外部鎖存器，ALE 引腳以不變的頻率(振蕩器頻率的1/6)周期性地發出正脈衝信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用於定時目的。但要注意，每當訪問外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈衝，ALE 端可以驅動(吸收或輸出電流)八個LSTTL電路。 對於EPROM型單片機，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈P衝(PROG功能)

③PSEN外部程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲取指令(或數據)期間，在每個機器周期內兩次有效。同樣可以驅動八LSTTL輸入。

④ EA/Vpp 、EA/Vpp為內部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當EA/Vpp為高電平時，訪問內部程序存儲器，當/Vpp 為低電平時，則訪問外部程序存儲器。

對於EPROM型單片機，在EPROM編程期間，此引腳上加21伏EPROM編程電源(Vpp)。

(4)輸入/輸出引腳P0.0 - P0.7，P1.0 - P1.7，P2.0 - P2.7，P3.0 - P3.7。

① P0口(P0.0 - P0.7)是一個8位漏極開路型雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的低字節地址和數據總線，P0口能以吸收電流的方式驅動八個LSTTL負載。

② P1口(P1.0 - P1.7)是一個帶有內部提升電阻的8位準雙向I/O口。能驅動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載……

③ P2口(P2.0 - P2.7)是一個帶有內部提升電阻的8位準雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址。P2口可以驅動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載。

④ P3口(P3.0 - P3.7)是一個帶有內部提升電阻的8位準雙向I/O口。能驅動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載。

2.2 LED顯示數碼管

LED有共陰極和共陽極兩種。如圖所示。二極體的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，而共陽極則將發光二極體的陽極連接在一起，接入+5V的電壓。一位顯示器由8個發光二極體組成，其中7個發光二極體構成字型「8」的各個筆劃(段)a～g，另一個小數點為dp發光二極體。當在某段發光二極體施加一定的正向電壓時，該段筆劃即亮;不加電壓則暗。為了保護各段LED不被損壞，需外加限流電。

LED數碼管結構原理圖

AT89C2051晶片的20個引腳功能為：

VCC 電源電壓。

GND 接地。

RST 復位輸入。當RST變為高電平並保持2個機器周期時，所有I/O引腳復位至「1」。

XTAL1 反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。

XTAL2 來自反向振蕩放大器的輸出。

P1口 8位雙向I/O口。引腳P1.2～P1.7提供內部上拉，當作為輸入並被外部下拉為低電平時，它們將輸出電流，這是因內部上拉的緣故。P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片內精確模擬比較器的正向輸入(AIN0)和反向輸入(AIN1)，P1口輸出緩衝器能接收20mA電流，並能直接驅動LED顯示器;P1口引腳寫入「1」 後，可用作輸入。在閃速編程與編程校驗期間，P1口也可接收編碼數據。

P3口 引腳P3.0～P3.5與P3.7為7個帶內部上拉的雙向I/0引腳。P3.6在內部已與片內比較器輸出相連，不能作為通用I/O引腳訪問。P3口的輸出緩衝器能接收20mA的灌電流;P3口寫入「1」後，內部上拉，可用輸入。P3口也可用作特殊功能口。

2.3 中斷指令

在CPU和外設交換信息時，存在著快速CPU和慢速外設間的矛盾，機器內部有時也可能出現突發事件，為此，計算機中通常採用中斷技術。

CPU和外設並行工作，當外設數據準備好( 或有某種突發事件發生)時向CPU提出請求，CPU暫停正在執行的程序轉而為該外設服務(或處 理緊急事件)，處理完畢再回到原斷點繼續執行原程序。

中斷優先級：當有多個中斷源同時 向CPU申請中斷時，CPU優先響應最需緊急處理的中斷請求，處理完畢再響應優先級別較低的 ，這種預先安排的響應次序。

中斷的嵌套：在中斷系統中，高優先級的 中斷請求能中斷正在進行的較低級的中斷源處理，

(1)中斷技術是實時控制中的常用技術，51系列單片機有三個內部中斷，二個外部中斷。所謂 外部中斷就是在外部引腳上有產生中斷所需要的信號。

每個中斷源有固定的中斷服務程序的入口地址(稱矢量地址或向量地址)。當CPU響應中斷以 後單片機內部硬體保證它能自動的跳轉到該地址。因此，此地址是應該熟記的，在彙編程序 中，中斷服務程序應存放在正確的向量地址內。

(或存放一條轉移指令);而在C語言中是靠Interrupt n的關鍵字n自動設置的。

(2)單片機的中斷是靠內部的寄存器管理的，這就是中斷允許寄存器IE，中斷優先權寄存器IP ，必須在CPU開中斷即開全局中斷開關EA，開各中斷源的中斷開關，CPU才能響應該中斷源的 中斷請求，其中缺一不可。

(3)從程序表面看來，主程序和中斷服務程序好象是沒有關連的，只有掌握中斷響應的過程， 才能理解中斷的發生和返回，看得懂中斷程序，並能編寫高質量中斷程序。

表2.1 常用中斷

符號名 稱中 斷 引 起 原 因中斷服務程序入口

INT0外部中斷0P3.2引腳的低電平或下降沿信號0003H

INT1外部中斷1

P3.3引腳的低電平或下降沿信號0013H

T0定時器0中斷定時計數器0計數回零溢出000BH

T1定時器1中斷定時計數器1計數回零溢出001BH

T2定時器2中斷定時計數器2中斷(TF2或T2EX信號)002BH

TI/RI串行口中斷串行通信完成一幀數據發送或接收引起中斷0023H

3 硬體原理圖

晶振(12MHz)定時1秒，對於12MHz的晶振而言，其時鐘周期T=1/f=1/12us,而89C51的一個機器周期包括12個時鐘周期，所以一個機器周期為1us，對於T0而言，使之工作於16-bit，最大計時為65536*1=65536us，需要多次定時才能實現一秒定時。

4 軟體設計

4.1 流程圖

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