霓虹燈控制系統的簡易設計

（日照市技師學院，山東 日照 276800）

前言

隨著時代的進步，人們對物質生活的迫切追求，使周邊環境發生翻天覆地的變化。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。事實證明電子技術對社會的發展產生了深遠的影響。隨著電子技術和計算機技術的發展，特別是單片機的發展，使傳統的測量儀器在原理、功能、精度及自動化水平等方面發生了巨大的變化，形成了一種完全突破傳統概念的新一代測試儀器——智能儀器。智能儀器是以微處理器為核心的電子儀器，它不僅要求設計者熟悉電子儀器的工作原理，而且還要求其掌握微型計算機硬件和軟件的原理。目前，有很多的傳統電子儀器已有相應的替代產品，而且還出現不少全新的儀器類型和測試系統體系。在科學技術高速發展的今天，如何用簡單便宜、性能良好的元器件制造出對人類生活有用的產品，已經成為人們研究的主要趨勢。在自動化技術中，無論是過程控制技術還是數據采集技術還是測控技術，都離不開單片機，在工業自動化的領域中，機電一體化技術發揮越來越重要的作用。

一、總體方案設計

在本次設計中，硬件部分由單片機系統、LED發光二極管組成。原理圖如圖1所示。單片機選用的是AT89C51單片機，利用其中的一個定時器設定燈光閃爍的時間，時鐘電路選用的是11.0592M的晶振。復位電路部分采用的是上電復位和手動復位兩種復位方式。由于考慮到單片機I/O端口的帶載能力，LED發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晶振的時鐘電路，單片機定時器的最大定時時間為65.536ms，不能達到要求的閃爍頻率。所以采用定時50ms，10個定時中斷燈光進行一次亮滅的跳變。并在每一次跳變時記錄下燈閃爍的次數，通過對閃爍次數的判斷，來進行對不同LED燈的亮滅的整體時序循環控制。

圖1 單片機的霓虹燈控制電路原理圖

二、硬件電路的設計

1.單片機系統

標準型89系列單片機是與MCS-51系列單片機兼容的。在內部含有4KB或8KB可重復編程的Flash存儲器，可進行1000次擦寫操作。全靜態工作為0～33MHz，有3級程序存儲器加密鎖定，內含有128～256字節的RAM、32條可編程的I/O端口、2～3個16位定時器/計數器，6～8級中斷，此外有通用串行接口、低電壓空閑模式及掉電模式。AT89C51相當于將8051中的4KB ROM換成相應數量的Flash存儲器，其余結構、供電電壓、引腳數量及封裝均相同，使用時可直接替換。

2.LED 概述

LED（Light?Emitting?Diode），發光二極管，是一種固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。半導體晶片由三部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子，中間通常是1至5個周期的量子阱。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子和空穴就會被推向量子阱，在量子阱內電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結的材料決定的。它是一種通過控制半導體發光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。由于具有容易控制、低壓直流驅動、組合后色彩表現豐富、使用壽命長等優點，廣泛應用于城市各工程中、大屏幕顯示系統。LED可以作為顯示屏，在計算機控制下，顯示色彩變化萬千的視頻和圖片。LED是一種能夠將電能轉化為可見光的半導體。

3.紅外遙控控制

遠程遙控技術又稱為遙控技術，是指實現對被控目標的遙遠控制，在工業控制、航空航天、家電領域應用廣泛。紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術，具有抗干擾能力強，信息傳輸可靠，功耗低，成本低，易實現等顯著優點，被諸多電子設備特別是家用電器廣泛采用，并越來越多的應用到計算機系統中。

紅外遙控的發射電路是采用紅外發光二極管來發出經過調制的紅外光波；它們將紅外發射器發射的紅外光轉換為相應的電信號，再送后置放大器。發射機一般由指令鍵(或操作桿)、指令編碼系統、調制電路、驅動電路、發射電路等幾部分組成。當按下指令鍵或推動操作桿時，指令編碼電路產生所需的指令編碼信號，指令編碼信號對載波進行調制，再由驅動電路進行功率放大后由發射電路向外發射經調制定的指令編碼信號。接收電路一般由接收電路、放大電路、調制電路、指令譯碼電路、驅動電路、執行電路(機構)等幾部分組成。接收電路將發射器發出的已調制的編碼指令信號接收下來，并進行放大后送解調電路，解調電路將已調制的指令編碼信號解調出來，即還原為編碼信號。

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象的能力，所以，在設計家用電器的紅外線遙控器時，不必要像無線電遙控器那樣，每套(發射器和接收器)要有不同的遙控頻率或編碼(否則，就會隔墻控制或干擾鄰居的家用電器)，所以同類產品的紅外線遙控器，可以有相同的遙控頻率或編碼，而不會出現遙控信號“串門”的情況。由于紅外線為不可見光，因此對環境影響很小，再由紅外光波動波長遠小于無線電波的波長，所以紅外線遙控不會影響其他家用電器，也不會影響臨近的無線電設備。

4.霓虹燈控制電路

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

圖7 霓虹燈控制電路

三、軟件設計

本設計采用C語言進行編程，相比匯編語言簡單、方便，提高編程的速度。由于本設計需要實現功能較多，所以設計了較多的模塊，因此利用了單片機全部32個I/O口中的大部分端口，結合電路原理圖，為程序編寫的方便，給單片機分配端口。

四、結論

本設計課題是基于51單片機的智能霓虹燈控制系統，在設計的初期進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。設計使用AT89C51芯片，語音模塊采用ISD1730語音芯片，同時使用USB提供5V電壓供電，顯示部分采用布線簡單、價格便宜的點陣顯示屏。在控制部分增加了紅外遙控，在減小對單片機IO口負擔的同時，方便對霓虹燈的遠距離控制。軟件的編寫可以按照霓虹燈安放的不同環境來確定不同的圖案和文件，具有很強的適應性。該系統具有電路結構簡單、易操作、硬件少、體積小、成本低、低能耗等優點，具有較強的實用價值。