基于單片機的彩燈設計與實現

摘要：在生活中，大家都見過晚上五彩繽紛的彩燈，它們會變換著不同的花樣，發出不同顏色的光，特別是在晚上，不只美觀并且還具有照明的功能。本次設計介紹的是由單片機控制的簡易彩燈，它可以實現四種不同的彩燈變換模式，此設計也可以利用按鍵改變彩燈亮的模式和閃爍的頻率，并且由數碼管來顯示出與彩燈相對應的模式，這樣的設計可以使彩燈以多種多樣的方式來變換。

本設計的核心內容包括硬件電路的設計及對應的程序代碼分析和流程框圖。硬件電路的設計需要利用到專業的繪圖軟件，其主要的組成電路有5種，分別是電源電路和最小單片機系統、按鍵電路以及LED彩燈和數碼管顯示電路，其中，數碼管和LED彩燈以及按鍵控制電路需要和單片機的引腳連接在一起，然后彩燈就可以呈現出不同的樣式，而且彩燈的亮滅方式和頻率也可以由按鍵來控制。軟件程序設計是用C語言來編寫，程序編寫完后須通過程序編譯軟件來檢查是否有錯誤出現，最后通過軟硬件的綜合調試，檢測本次設計是否已經達到了預期的要求。

關鍵詞：LED彩燈；STC89C52；數碼管；排阻；獨立按鍵

1緒論

1.1 課題的發展趨勢

目前，特別是在一個城市的中心，一般為了打造更好的氣氛，夜晚會一直有彩燈照射在城市的許多黑暗的角落，于是彩燈便順其而然跟隨著城市和科技的發展而不斷取得進步。簡而言之，彩燈是一種不僅具有觀賞效果的裝飾物，同時也具有點亮夜空的功能，讓整個城市彌漫在五彩繽紛的燈光中。由于本次設計需要利用到單片機，結合自己所學的知識和掌握的情況以及單片機的發展趨勢，于是我決定采用的單片機是STC89C52，并由此展開具體的設計。

1.2 STC89C52芯片介紹

單片機由硅半導體制成的一個較小的芯片，它把計算機系統集成在了上面，因此可將它看作一臺小型的計算機[2-3]。雖然外表不強大，但是卻具有許多的功能，最初它是被應用于工業領域，現如今測控領域也正在運用了。因此，只要學習并掌握了計算機的原理與結構，一般就能較好地掌握單片機的功能了。

STC89C52的內部結構

（1）時鐘電路

通常來說，時鐘信號是STC89C52單片機能正常運作的基礎，而由于硬件電路不同，通常分為外部和內部兩種時鐘方式。

（2）復位電路

單片機要想初始化，就必須得進行復位，而復位引腳要接高電平才有效。一般的復位電路方式有兩種，即按鍵復位和上電復位

1.3 數碼管工作原理

在單片機中，數碼管是經常被使用的模塊，它與LED燈一樣，一般也是由發光二極管構成的，本次設計所用數碼管的結構是常用“8”字型的，總共有8段，是由7段發光二極管和一個小數點構成的。

本設計的簡易彩燈控制電路是由幾個小模塊所構成的，硬件電路主要是圍繞STC89C52芯片來進行設計，通過將單片機芯片與時鐘電路和復位電路、LED彩燈和數碼管顯示電路以及按鍵電路組合在一起，就實現整體的電路設計，然后在直流穩壓電源的作用下，實現彩燈循環亮滅的控制模式

1.4 LED彩燈顯示電路

發光二極管能夠實現單向導通，其工作電流很小。在這次設計中，由于提供的穩壓電源為5V，因此選用的排阻為330歐姆是比較合適的。

1.5 數碼管顯示電路

本次選用的數碼管顯示模塊采用的“8”字型共陽極的，此模塊連接的是單片機P1端口，由于它是共陽極的，兩個公共端接的是正電壓，所以只有當P1口的某個引腳輸出為低電平時，對應的某段二極管才會被驅動。由于此次只需要顯示數字，所以小數點DP（引腳6）是懸空的。

2 軟件設計

本次設計的簡易彩燈控制系統不僅需要硬件電路原理圖，因為若只利用電路圖并不能看到所設計的彩燈亮滅的情況，因此還需要用到軟件進行程序編譯，這次程序代碼的編寫運用的是比較基礎的C語言，通過編程來控制芯片引腳的電平變化，從而讓LED彩燈以不同的亮滅形式呈現。

2.1 LED彩燈顯示程序

花樣程序：上電時默認顯示彩燈模式一，數碼管同時顯示數字“1”，可以實現彩燈全亮全滅交替變化，LED彩燈是共陽極的，所以與使用的數碼管一樣，也是接低電平有效。當16個彩燈全亮，其LED彩燈對應的P0口、P2口的電平狀態都為“00000000”，即0X00；當16個彩燈全滅，對應P0口、P2口的電平都在剛才的基礎上取反就行了，即把低電平“0”都改為高電平“1”，即0XFF。具體程序如下所示。

P0=0XFF；P2=0XFF；

for（i = 0； i < z； i++）；//延時

P0=0X00；P2=0X00；

for（i = 0； i < z； i++）；//延時

2.2 按鍵掃描程序

按鍵S1用key1表示，是連接在單片機的P3.6/WR上，按鍵S2用key2表示，是接在單片機的P3.7/RD上，這兩個按鍵也是低電平驅動，此外還需要通過編寫延時程序來進行按鍵的抖動消除，具體程序如下所示。

if（key1==0）.//條件成立時，表示按鍵S1按下

{ for（i = 0； i < 300； i++）；//通過此延時程序來進行按鍵消抖處理

if（key1==0）//再次檢測，若條件成立，則表示S1按下

{ flag1=flag1+1；

if（flag1>=5） {flag1=1；}

//按一次按鍵S1，flag1加一，超過四次flag1變為1

while（！key1）；//一直循環執行

}

}

if（key2==0）//條件成立，表示按鍵S2被按下

{ for（i = 0； i < 300； i++）；//通過此延時程序來進行按鍵消抖處理

if（key2==0）//若消抖后條件仍然成立，則按鍵S2的確已被按下

{ flag2=flag2+1；

if（flag2>=4） {flag2=1；}

//按一次按鍵S2，flag2加一 ，超過三次變1

while（！key2）；

}

}

3 結論

本系統由于是燒錄程序進單片機中，所以我們完全可以根據自己的意愿修改程序，讓LED燈能夠實現更多的亮滅模式以及多種閃爍樣式，讓人一看到就對它產生一種驚奇感。雖然本次設計所用的器件非常少，占用空間不大，電路原理圖比較容易繪制，并且操作相當簡單，達到了實驗目的。

參考文獻：

[1]劉青. 中國民間彩燈藝術資源的保護與傳承[J]. 美與時代（上）， 2009（6）：113-115.

[2]徐梅.幾種單片機簡介[J]. 高校實驗室工作研究，2005（2）：63-64.

[3]李森， 趙繼聰， 侯攀峰. 單片機簡單介紹及應用淺析[J]. 中國科技縱橫，2010（15）：67-67.

[4]佚名. 關于STC89C52[J]. 電子質量， 2016（2）：34-34.

作者簡介：程帥（1994-）男，河南省濮陽市，成都理工大學信息科學與技術學院在讀研究生，電子與通信工程專業