基于STC89C52单片机的LED彩灯控制毕业论文.doc
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1、 基于STC89C52单片机的LED彩灯控制 摘要本设计是一种基于STC89C52单片机的彩灯控制方案,实现对LED彩灯的控制。本方案以STC89C52单片机作为主控核心,用64个LED构成显示模块、用9014三极管放大器作为驱动模块,由编程实现亮灯循环模式。由在显示模块上有64个LED彩灯,根据用户需要可以编写若干种亮灯模式. 本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易操作和阅读等优点。该LED彩灯控制器实际应用效果较好,亮灯模式多。与其他LED彩灯相比,具有体积小、价格低、低能耗等优点。在能源比较匮乏的今天,彩灯的循环控制在显示方面更表现出一种节约能源的魅力.这将使彩灯具有更广阔的发展天
2、地。关键字:单片机;三极管放大器; 循环; LED彩灯1、 引言近年来随着高功率超高亮度LED的问世,大大的拓展了LED 的应用领域,如今在娱乐、城市建筑物美化、景观照明等方面有着非常广泛的应用,并正朝着日常照明应用的方向发展。 对于照明设计师和工程师而言,在设计LED照明工程时,很有必要先了解各类LED灯具的, 性能特点和常用规格以及它们的应用场所,根据目前应用最广的LED灯具类型的调查,进一步讲述各种类型LED灯具的性能指标、常用规格以及它们的主要应用场合。LED轮廓灯又叫护栏灯、数码管等等,主要用来勾勒建筑或是其他物的外观,其外型酷似日光灯管,又可分为O形管和D形管、U形、方形、三角形等
3、、,外罩一般为PC材质,能防紫外线、抗高温;基本参数:常用直径规格一般有30、50、80、100、110等,颜色一般有奶白和透明有纹两种,长度一般有500、800、1000、1200、1500等,一般是按工程的需要定做,其内置的LED管数量一般有96、108、144粒三种;控制形式:轮廓灯有外控和内控两种控制方式,内控无需外接控制器可自行变色,而外控则要配置外控控制器方可实现颜色变化,目前市面上的应用还是以外控居多;主要的应用场合及可实现的效果:LED轮廓灯通过微芯片的控制,可以实现渐变、跳变、色彩闪烁、随机闪烁、渐变交替、追逐、扫描等流动效果,还可以通过DMX的控制,组合成屏,实现文字、图案
4、的变化效果,目前,LED轮廓灯广泛应用于建筑轮廓、立交桥、河道、花园、灯柱等场合,成为了装饰城市环境的理想选择;以下是几种常见的LED彩灯:LED彩虹管:LED彩虹管又叫线条灯、美耐灯等等,与LED轮廓灯在应用上有些相同,也可以用来勾勒建筑或是其他物的外观;常用的LED彩虹管有:圆二线、扁三线、扁四线、变七色线,其主要区别在于单位封装的LED颗粒数量不同;通过微芯片的控制,LED彩虹管也可实现渐变、跳变、色彩闪烁、随机闪烁、渐变交替、追逐、扫描等流动变化效果;主要的应用场合:LED彩虹管可应用于建筑轮廓、室内外装饰等场合,目前,在各类娱乐场所应用较多;LED投光灯:因为考虑到小功率LED管的应
5、用前景并不太大,产品图示:LED洗墙灯:同样,因为我个人觉得小功率LED管在洗墙灯中的应用前景并不令人看好,在这里我也只讲采用大功率LED管(1W、3W及以上)组装的LED洗墙灯,基本定义:洗墙灯,顾名思义,是用来照墙的啦(其实不然,它的用处大着呢),据说这个名称是一个德国佬叫出来的,源自于英文wash wall,译成中文就成了洗墙灯.LED洗墙灯又叫线型LED投光灯等等,因为其外形为长条形,也有人将之称为LED线条灯,主要也是用来做建筑装饰照明之用,还有用来勾勒大型建筑的轮廓,其技术参数与LED投光灯大体相似,相对于LED投光灯的圆形结构,LED洗墙灯的条形结构的散热装置显得更加好处理一点。
6、基本参数:现在应用较多的LED洗墙灯基本上是选用1W大功率LED管,呈单线排列,大多数LED洗墙灯的LED管都是共用一个散热器,也有的厂家是每一个LED管安置一个小型散热器,其发光角度一般有窄、中、宽三种,目前,大功率LED洗墙灯的最远的有效投射距离为15-20米,其常用功率大概有8W、12W、24W、27W、36W等几种功率形式,而它们的常用外形尺寸一般为300、500、600、1000等几种,可以按实际工程应用选择不同的长度和功率密度。纵观整个行业,大功率LED洗墙灯的应用要稍稍超过大功率LED投光灯;控制形式:大功率LED洗墙灯有外控和内控两种控制方式,内控无需外接控制器可以内置多种变化
7、模式,而外控则要配置外控控制器方可实现颜色变化,目前市面上的应用也是以外控居多;主要的应用场合及可实现的效果:LED洗墙灯通过内置微芯片的控制,在小型工程应用场合中,可无控制器使用,能实现渐变、跳变、色彩闪烁、随机闪烁、渐变交替等动态效果,也可以通过DMX的控制,实现追逐、扫描等效果。目前,主要的应用场所有:单体建筑、历史建筑群外墙照明; 大楼内光外透照明、室内局部照明;绿化景观照明、广告牌照明;医疗、文化等专门设施照明;酒吧、舞厅等娱乐场所气氛照明等,我想,随着大功率LED技术的不断完善,LED庭院灯(路灯)的应用一定会越来越广;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
8、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,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2。本文提出了一种基于STC89C52单片机的彩灯控制方案,实现对LED彩灯的控制。本方案以STC89C52单片机作为主控核心,用复位键、三极管放大器等模块组成
9、核心主控制模块。在主控模块上设有复位键和8个三极管放大器,受控模块则是8个LED彩灯串联,串联电路再并联8个同样的电路。根据用户需要可以编写若干种亮灯模式,把各种程序写入STC89C52单片机。利用其内部定时器T0实现一个基本单位时间为1S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彩灯及其控制器实际应用效果较好,亮灯模式多,用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2.1总体设计设计总框图如图1STC89C525V电源30V电源 按键9014三
10、极放大器串口通信64只LED彩灯灯管 图12.2工作原理新型LED彩灯分为2部分,即彩灯控制器(主控模块)和LED彩灯板模块(受控模块)。彩灯控制器由220 V交流电通过9V变压器稳压到9V交流电,9V交流电经过桥式电路整流,再经过7805稳压到5V直流电。在经开关电源变换,输出直流工作电压到STC89C52,一方面为受控LED彩灯模块提供30 V工作电源,由于每个LED等的工作电压约为3V,所以八个LED灯就需要24V,再用2只1K电阻分压,使工作电流不要超过LED灯的工作电流,以致烧坏LED灯。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。
11、上电后系统经过初始化,查询是否有电源键按下:有,则进入用户设定彩灯模式1到彩灯模式6的状态;无,则进入默认缺省工作状态。主控模块设置复位键,当按下复位键时,彩灯的亮灭会跳到彩灯模式1。LED彩灯上电工作后,用户可以根据自己编写得程序来控制彩灯的亮灭模式。3.系统硬件设计3.1STC89C52的最小系统 最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图3为STC89C52最小系统。采用12M的晶振,方便单片机与计算机通信,复位方式采用上电复位方式。3.1.1单片机介绍本设计采用STC89C52RC芯片为主控制器,该芯片正常工作电压为5V,支持的最高时钟频率为80MHz,Flash程序存储器为8K
12、B,RAM数据存储器为512B。单片机是一种高性能产品,尤其是对数据的处理和信号的采集速度快,而且应用范围广泛,在电子行业中占据着重要的位置。STC89C52RC2单片机主要特性如下:1. 增强型8051单片机,6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择,指令代码完全兼容传统8051.2. 工作电压:5.5V3.3V(5V单片机)/3.8V2.0V(3V单片机)3. 工作频率范围:040MHz,相当于普通8051的080MHz,实际工作频率可达48MHz4. 用户应用程序空间为8K字节5. 片上集成512字节RAM6. 通用I/O口(32个),复位后为:P1/P2/P3/P4是准双向口/
13、弱上拉,P0口是漏极开路输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为I/O口用时,需加上拉电阻。7. ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器,无需专用仿真器,可通过串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下载用户程序,数秒即可完成一片8. 具有EEPROM功能9. 具有看门狗功能10. 共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T211. 外部中断4路,下降沿中断或低电平触发电路,Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒12. 通用异步串行口(UART),还可用定时器软件实现多个UART13. 工作温度范围:-40+85(工业级)/075(
14、商业级)14. PDIP封装STC89C52RC2单片机的工作模式 掉电模式:典型功耗10),所以我们的电路设计中取 R35=10K,R36=1K。 本设计最小系统如图2所示。3.2 RS232转换电路电脑的串口九针接口,这个接口叫RS23接口,电脑上的RS232接口采用的是负逻辑电平:-15-3表示逻辑1;+15+3表示逻辑0;电压值通常在7V左右 。两台PC机的串口通讯通过电缆直接连接。但是PC机和单片机的通讯却不能够用电缆直接进行连接,原因是PC机RS232串口的电平标准和单片机的TTL电平不一致,因此单片机和PC机之间的串口通讯必须要有一个RS232/TTL电平转换电路。因为单片机的串
15、口输出电路采用的逻辑电平是TTL电平。使用集成芯片RS232转换为TTL电平,当PCTXD为1,即-3-15V时,Q4截止,RXD电压约为5V,为1,当PCTXD为0时,Q4导通,电压为0,电平为0,这样就实现了从RS232转换到TTL上了。当TXD=1时,Q3截止,导致PCRXD=1;当TXD=0时,Q3导通,导致PCRXD=0;当PCTXD=1时,Q4导通,导致RXD=1;当PCTXD=0时,Q4截止,导致RXD=0; 图33、2LED彩灯受控模式220V交流电通过变压器变成30V的交流电,经过4个IN4007等器件组成的桥式整流电路,输出30V的直流电压。直流电压再分别通过2K电阻并联,
16、分别供应8排由8只LED灯串联的支路。再各自连接9014三极管放大器的集电极。单片机的P0口的8个串口分别接8个二极放大器的基极。当串口输出1时,9014导通,该排灯亮。输出0时,9014截止,该排灯灭。 图3 4、系统软件设计4.1主程序流程图 图4开始时,先检测电源有没有接好,如果接好了,就打开产生5V的直流电压的开关,给单片机提供电源。如果没好,就处于等待阶段。如果有电源输入,9014三极管放大器就会根据编号的程序,导通或者截止来控制整排的LED彩灯的亮灭,先产生彩灯模式1。再产生彩灯模式2。接着会产生彩灯模式3、彩灯模式4、彩灯模式5,最后会产生彩灯模式6。当按下复位键时,会回到彩灯模
17、式1。当不去按复位键键时,彩灯会不断地从模式1到模式6重复循环。4、2彩灯模式真值表图 图5 当P0口置1时,则那排彩灯亮。反之当P0口置0时,则那排彩灯灭。彩灯模式1有5种彩灯样式。彩灯模式1有4种彩灯样式。彩灯模式3有2种彩灯样式。彩灯模式4有7种彩灯样式。彩灯模式5有7种彩灯样式。彩灯模式6有2种彩灯样式。5. 硬件制作5.2原理图的绘制对于稳压电源电路模块,是比较常见的基本电源电路,在这里选用LM7805输出+5V的直流电。单片机选择的STC89C52RC做为控制中心。主要是因为此类型的单片机功能强大,能满足驱动,9014三极管放大器等工作要求。确定了所需的元件和模块后,方可绘制单片机
18、最小系统的原理图。本次的设计中,共有64个LED灯(8*8),按8行8列这样的顺序来排列,所以在绘制中就需要用到8个9014来驱动灯的亮和灭,在此设计中保护电路的电阻选用1K的型号。在了解了LED,9014的工作原理和驱动需求后,来开始画这一个大模块的原理图。 制作过程会有很多问题,如板过大,在热转印和腐蚀过程中造成太多的不便,所以将LED灯和最小系统模块分开来做。这样,原题图的构思大概就完成了。绘制原理图选择的软件可为DXP软件和PROTEL99软件等。考虑到学习过电子CAD,有学过DXP软件的一些基础知识。对用DXP软件绘制原理图的方法比较熟悉,所以本次设计绘制原理图的软件就用DXP软件。
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