（日照市技師學(xué)院，山東 日照 276800）

前言

隨著時(shí)代的進(jìn)步，人們對(duì)物質(zhì)生活的迫切追求，使周邊環(huán)境發(fā)生翻天覆地的變化。從鉆木取火走到今天燈火闌珊，各種繁華夜景層出不窮，讓人嘆為觀止。這些輝煌景象都離不開電子技術(shù)。事實(shí)證明電子技術(shù)對(duì)社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機(jī)的發(fā)展，使傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器在原理、功能、精度及自動(dòng)化水平等方面發(fā)生了巨大的變化，形成了一種完全突破傳統(tǒng)概念的新一代測(cè)試儀器——智能儀器。智能儀器是以微處理器為核心的電子儀器，它不僅要求設(shè)計(jì)者熟悉電子儀器的工作原理，而且還要求其掌握微型計(jì)算機(jī)硬件和軟件的原理。目前，有很多的傳統(tǒng)電子儀器已有相應(yīng)的替代產(chǎn)品，而且還出現(xiàn)不少全新的儀器類型和測(cè)試系統(tǒng)體系。在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，如何用簡(jiǎn)單便宜、性能良好的元器件制造出對(duì)人類生活有用的產(chǎn)品，已經(jīng)成為人們研究的主要趨勢(shì)。在自動(dòng)化技術(shù)中，無論是過程控制技術(shù)還是數(shù)據(jù)采集技術(shù)還是測(cè)控技術(shù)，都離不開單片機(jī)，在工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域中，機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)揮越來越重要的作用。

一、總體方案設(shè)計(jì)

在本次設(shè)計(jì)中，硬件部分由單片機(jī)系統(tǒng)、LED發(fā)光二極管組成。原理圖如圖1所示。單片機(jī)選用的是AT89C51單片機(jī)，利用其中的一個(gè)定時(shí)器設(shè)定燈光閃爍的時(shí)間，時(shí)鐘電路選用的是11.0592M的晶振。復(fù)位電路部分采用的是上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種復(fù)位方式。由于考慮到單片機(jī)I/O端口的帶載能力，LED發(fā)光二極管采用共陽極的接法，用470Ω的電阻分壓。軟件部分，由于采用的是11.0592M晶振的時(shí)鐘電路，單片機(jī)定時(shí)器的最大定時(shí)時(shí)間為65.536ms，不能達(dá)到要求的閃爍頻率。所以采用定時(shí)50ms，10個(gè)定時(shí)中斷燈光進(jìn)行一次亮滅的跳變。并在每一次跳變時(shí)記錄下燈閃爍的次數(shù)，通過對(duì)閃爍次數(shù)的判斷，來進(jìn)行對(duì)不同LED燈的亮滅的整體時(shí)序循環(huán)控制。

圖1 單片機(jī)的霓虹燈控制電路原理圖

二、硬件電路的設(shè)計(jì)

1.單片機(jī)系統(tǒng)

標(biāo)準(zhǔn)型89系列單片機(jī)是與MCS-51系列單片機(jī)兼容的。在內(nèi)部含有4KB或8KB可重復(fù)編程的Flash存儲(chǔ)器，可進(jìn)行1000次擦寫操作。全靜態(tài)工作為0～33MHz，有3級(jí)程序存儲(chǔ)器加密鎖定，內(nèi)含有128～256字節(jié)的RAM、32條可編程的I/O端口、2～3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，6～8級(jí)中斷，此外有通用串行接口、低電壓空閑模式及掉電模式。AT89C51相當(dāng)于將8051中的4KB ROM換成相應(yīng)數(shù)量的Flash存儲(chǔ)器，其余結(jié)構(gòu)、供電電壓、引腳數(shù)量及封裝均相同，使用時(shí)可直接替換。

2.LED 概述

LED（Light?Emitting?Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。半導(dǎo)體晶片由三部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子，中間通常是1至5個(gè)周期的量子阱。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子和空穴就會(huì)被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。它是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。由于具有容易控制、低壓直流驅(qū)動(dòng)、組合后色彩表現(xiàn)豐富、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于城市各工程中、大屏幕顯示系統(tǒng)。LED可以作為顯示屏，在計(jì)算機(jī)控制下，顯示色彩變化萬千的視頻和圖片。LED是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體。

3.紅外遙控控制

遠(yuǎn)程遙控技術(shù)又稱為遙控技術(shù)，是指實(shí)現(xiàn)對(duì)被控目標(biāo)的遙遠(yuǎn)控制，在工業(yè)控制、航空航天、家電領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易實(shí)現(xiàn)等顯著優(yōu)點(diǎn)，被諸多電子設(shè)備特別是家用電器廣泛采用，并越來越多的應(yīng)用到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。

紅外遙控的發(fā)射電路是采用紅外發(fā)光二極管來發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波；它們將紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，再送后置放大器。發(fā)射機(jī)一般由指令鍵(或操作桿)、指令編碼系統(tǒng)、調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)射電路等幾部分組成。當(dāng)按下指令鍵或推動(dòng)操作桿時(shí)，指令編碼電路產(chǎn)生所需的指令編碼信號(hào)，指令編碼信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，再由驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大后由發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)調(diào)制定的指令編碼信號(hào)。接收電路一般由接收電路、放大電路、調(diào)制電路、指令譯碼電路、驅(qū)動(dòng)電路、執(zhí)行電路(機(jī)構(gòu))等幾部分組成。接收電路將發(fā)射器發(fā)出的已調(diào)制的編碼指令信號(hào)接收下來，并進(jìn)行放大后送解調(diào)電路，解調(diào)電路將已調(diào)制的指令編碼信號(hào)解調(diào)出來，即還原為編碼信號(hào)。

由于紅外線遙控不具有像無線電遙控那樣穿過障礙物去控制被控對(duì)象的能力，所以，在設(shè)計(jì)家用電器的紅外線遙控器時(shí)，不必要像無線電遙控器那樣，每套(發(fā)射器和接收器)要有不同的遙控頻率或編碼(否則，就會(huì)隔墻控制或干擾鄰居的家用電器)，所以同類產(chǎn)品的紅外線遙控器，可以有相同的遙控頻率或編碼，而不會(huì)出現(xiàn)遙控信號(hào)“串門”的情況。由于紅外線為不可見光，因此對(duì)環(huán)境影響很小，再由紅外光波動(dòng)波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于無線電波的波長(zhǎng)，所以紅外線遙控不會(huì)影響其他家用電器，也不會(huì)影響臨近的無線電設(shè)備。

4.霓虹燈控制電路

霓虹燈控制電路用紅色、綠色、黃色LED發(fā)光二極管，分別與三個(gè)470Ω 的分壓電阻相串聯(lián)，分別與單片機(jī)的 P1.0，P1.1，P1.2 口相連，如下圖所示：

圖7 霓虹燈控制電路

三、軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用C語言進(jìn)行編程，相比匯編語言簡(jiǎn)單、方便，提高編程的速度。由于本設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)功能較多，所以設(shè)計(jì)了較多的模塊，因此利用了單片機(jī)全部32個(gè)I/O口中的大部分端口，結(jié)合電路原理圖，為程序編寫的方便，給單片機(jī)分配端口。

四、結(jié)論

本設(shè)計(jì)課題是基于51單片機(jī)的智能霓虹燈控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)的初期進(jìn)行了資料的查詢及思考，確定思想，用什么芯片控制，控制過程中需要什么硬件。設(shè)計(jì)使用AT89C51芯片，語音模塊采用ISD1730語音芯片，同時(shí)使用USB提供5V電壓供電，顯示部分采用布線簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜的點(diǎn)陣顯示屏。在控制部分增加了紅外遙控，在減小對(duì)單片機(jī)IO口負(fù)擔(dān)的同時(shí)，方便對(duì)霓虹燈的遠(yuǎn)距離控制。軟件的編寫可以按照霓虹燈安放的不同環(huán)境來確定不同的圖案和文件，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。該系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作、硬件少、體積小、成本低、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。