1、基于 AT89C51 单片机的 LED 彩灯控制器设计http:/ 2008 年 07 月 22 日 社区交流关键字： ISP 在线编程 DDS 输出信号 车载空调控制器 倒车雷达设计 血压检测仪 在线测试仪内容摘要：介绍了一种新型的 LED 彩灯控制系统的设计方法，以 AT-89C51 单片机作为主控核心，与按键、显示器等较少的辅助硬件电路相结合，利用软件实现对 LED 彩灯进行控制。本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易操作等优点。内容摘要：介绍了一种新型的 LED 彩灯控制系统的设计方法，以 AT-89C51 单片机作为主控核心，与按键、显示器等较少的辅助硬件电路相结合，利用软件实
2、现对 LED 彩灯进行控制。本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易操作等优点。 1 引言随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。LED 彩灯由于其丰 富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用 彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的 LED 彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态 参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调
3、，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。本文提出了一种基于 AT89C51 单片机的彩灯控制方案，实现对 LED 彩灯的控制。本方案以 AT89C51 单片机作为主控核心，与键盘、显示、驱动等模块组成核心主控制模块。在主控模块上设有 8 个按键和 5 位七段码 LED 显示器，根据用户需要可以编写若干种亮灯模式，利用其内部定时器 T0 实现一个基本单位时间为 5 ms 的定时中断，根据各种亮灯时间的不同需要，在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号，然后驱动各种颜色的灯亮或灭。该新型 LED 彩灯及其控制器是上海某公司委托开发产品，产品实际应用效果较好，亮灯模式多，用
4、户可以根据不同场合和时间来调节亮灯频率和亮灯时间。与普通 LED 彩灯相比，具有体积小、价格低、低能耗等优点。 2 系统功能新型 LED 彩灯分为 2 部分，即彩灯控制器（主控模块）和管内 LED 板模块（受控模块）。彩灯控制器可直接与 220 V 交流市电相连接，经过开关电源变换，输出直流工作电压，一方面为管内 LED 模块提供 12 V 工作电源，另一方面为主控模块单片机系统（彩灯控制器）提供 5 V 工作电源。整个系统工作由软件程序控制运行，根据需要，用户可以在LED 彩灯工作时通过主控模块上的按键来设定亮灯时间和灯光闪动频率。上电后系统经过初始化，查询是否有功能切换键按下：有，则进入用
5、户设定模式状态；无，则进入默认缺省工作状态。在用户设定模式状态下，用户可以根据个人爱好及不同场合的需要来指定调用哪些模式，并且可以改变每种模式的时间 Ti、频率 Fi 参数，如果用户想进入缺省状态模式，只需按一下功能切换键即可跳入缺省模式，程序会自动顺序调用亮灯模式；在缺省工作状态下，LED 彩灯控制器按照程序设定好的若干亮灯花样模式程序 Model_i 顺序调用往下走，从第 Model_1 模式开始工作，自 Model_1 到 Model_2到 Mod el_n 为一个亮灯周期，然后再回到 Model_1 循环继续工作，同样如果想进入用户设定模式状态，只需按下功能切换键即可。整个 n 种亮灯
6、模式时间可以看作一个大周期 T，其中的每一种花样工作模式 Model_i（i=1，2，n ）时间为小周期 Ti，对于每一个模式编写一个独立工作子程序 Model_i，其中设定了 LED 三色灯（红、绿、蓝）的点亮时刻（ RED_on，GREEN_on，BLUE_on ）和熄灭时刻（RED_off，GREEN_off，BLU E_off)，以及模式工作时间 Ti 以及该模式 LED 闪烁频率 Fi。5 位七段码显示器的前 2 位（L1，L2 ）显示当前工作模式的序号 Model_i；后 3 位（L3，L4，L5）七段码 显示三色 LED 的工作状态，若该颜色灯点亮则对应七段码显示位为“1” ，反
7、之熄灭时则显示位为“ 灭”即不显示，对系统工作状态起到了很好的实时监控作用。因此在 LED 彩灯上电工作后，用户可以方便地通过主控模块上的显示器知道 LED 彩灯当前工作模式 Model_i，工作时间 Ti，频率 Fi 等实时参数。若实际应用需要根据不同场合和时间来改变彩灯闪亮效果，用户可以通过主控模块上的按键来设定 LED 不同的闪烁频率 Fi 和亮灯时间 Ti，以便符合实际需要。此外如果用户对某一种模式感兴趣需要仔细观看该种亮灯模式，可以通过键盘选定任意第 Model_i 模式使系统循环重复工作在该花样模式下3 硬件设计新型 LED 彩灯系统包括 2 大部分，即 LED 彩灯控制器（ 89
8、C51 主控模块）和 LED彩灯管（管内 LED 板模块）。前者是主控模块，具有按键、显示等功能，并利用 89C51的 P 口输出控制信号；后者是受控模块，上面焊有三色 LED 彩灯和信号驱动芯片，模块置于 LED 的透明灯管内。 3.1 主控模块电路设计主控模块电路如图 1 所示。主控模块主要设计器件有 89C51，5 个七段码 LED 显示器，8 个按键，2 个稳压器（提供 12 V，5 V 电压），1 个信号输出驱动模块芯片 (MC4049)等。通过软件设计，使单片机 P0 口作为三色 LED 驱动信号输出口及移位时钟 CLOCK 信号，P3 口为按键输入口，P2 口、P1 口与 5 位
9、七段码 LED 相接作为显示器的输出口。3.2 管内 LED 板模块设计管内 LED 板模块电路见图 2。管内 LED 板模块设计主要器件有 LED 彩灯（红、绿、蓝）、移位触发模块芯片 CD4076 等。根据实际应用彩灯长度需要，可将不同数量的该管内 LED 模块实现级连，组成一个完整的 LED 彩灯。考虑到功率损耗，LED 板模块之间接口处用信号正向驱动模块芯片 MC4049 连接。每个 LED 板模块上均匀分布 3 种颜色 LED灯，在实际制作 PCB 时采用红、绿、蓝 3 色互隔焊接方式，在电路板上把 LED 发光管按顺序 L1(红)、L2(绿)、L3(蓝)、L4( 红)、L5(绿)
10、、L6(蓝)依次均匀焊在板上成一条直线。为了得到更多的花样模式效果，可以使红绿 2 种灯从前往后驱动点亮闪烁，蓝灯从后往前驱动点亮闪烁，这样具有很好的动感视觉效果。4 软件设计新型 LED 彩灯控制器最大特点在于所有亮灯模式均由软件控制完成。系统中软件可以分为主程序和中断服务子程序。上电后在缺省状态以顺序调用 Model_i 花样亮灯模式流程为主程序，以一个单位时间 5 ms 的 T0 定时为中断服务子程序。在这个 5 ms 的 T0 定时基础上，可以根据需要来确定各种模式工作时间 Ti，以及确定在各种亮灯模式 Mode l_i内点亮和熄灭各种颜色 LED 灯的时刻：Red_on，Red_of
11、f，Green_on，Green_off，Blue_on，blue_off 以及 Clock（移位翻转脉冲）等。整个系统软件由主程序（ Main）、各个模式子程序（Model_i ）、5 ms 中断服务子程序(T0 Interrupt)、键盘扫描处理子程序（Key Board）、显示子程序（Display）等程序组成。利用 T0 定时器作为定时基本单位，根据模式需要计算好各控制信号的发生时刻，根据不同的模式 Mo del_i 可以设定不同的工作时间 Ti 和脉冲翻转频率 Fi 通过 P0 口输出，使各色 L ED 灯的驱动时刻与移位触发的翻转时刻步调一致，使 LED 彩灯按照设计的模式工作。除
12、了 T0 定时中断之外，程序的大部份时间是在处理按键的查询和 LED 显示的延时。8 个按键分别为：4 个参数按键（Fi 增、减按键，Ti 增、减按键），3 个模式改变按键（模式上翻 UP、模式下翻 DOWN、模式保持 KEEP），1 个功能切换按键。在每次的 T0 定时中断服务子程序里，需要对各个时间寄存器和模式寄存器进行加 1 或者清，为主程序查询作准备，同时查询是否已中断 6 次（30 ms），若 30 ms 到了，则对参数按键查询一次，是否有时间 Ti 频率 Fi 增减键按下并进行相应子程序处理。主程序除了调用各种子模式子程序（Model_i），调用 LED 显示子程序(Display
13、) 和延时子程序(Delay)之外，还一直保持查询是否有功能切键按下以及是否有模式改变按键按下，一旦有功能切换键和模式改变键按下，就会进入相应的按键处理。 主程序流程如图 3所示。亮灯模式子程序 Model_i 可以编写若干(n 种) ，只要控制好各色灯触发和熄灭时刻就可以组合成各种亮灯效果。Model_i 程序流程如图 4 所示。下面以第一种模式工作为例。5 结语与市面上大多数的 LED 彩灯相比，该种彩灯具有更好的灯光装饰效果，性价比更高，与普通的全硬件 LED 彩灯相比具有更好的经济效益。应用主控模块输出的控制信号去控制灯管内的 L ED 板模块工作，使得产品性能稳定，便以安装容易操作。由于控制程序存储在 89C51 单片机 的电可擦除 Flash 闪存 EPROM 中，如果用户需要更改系统的亮灯模式Model_i，无须改变系统硬件电路，只需修改其中程序即可，是一种很有发展前途的彩灯控制器。参考文献1蔡美琴，张为民，沈新群等.MCS51 系列单片机系统及其应用 M. 北京：高等教育出版社，1992.2何立民. 单片机应用技术选篇（5）M.北京：北京航空航天大学出版社，1997.3杨光友. 单片机微型计算机原理及接口技术M.北京：中国水利水电出版社，2002
