彩灯循环控制系统的设计与实现

彩灯循环控制系统的设计与实现

【摘要】本文主要就是结合当下对LED灯的需求，展望了现在的LED灯被应用的情况，提出了现在LED彩灯使用中在硬件层面就固定的灯的花型，不能灵活变化使用的问题。提出了一个彩灯循环控制的方案。想要通过计算机程序语言，结合单片机控制来设计一个彩灯循环控制系统。想要通过硬件的合理选择，还有程序的合理选择来完成一个可以灵活使用的彩灯循环控制系统。本文通过设计背景的简述开始引入。然后主要就彩灯循环控制系统的硬件部分的设计使用和选择，还有系统部分的选择使用作出介绍。最后做了仿真，并根据仿真得出结果。最后就整个设计做了总结。

【关键词】单片机；LED灯；循环控制系统；C语言；

引言

我们现在的城市里，越来越多的使用大量的彩灯，或者一些新型装饰材料来美化城市。正是因为我们的国家现在开始进入到一个全新的发展时期，城市居民衣食温饱的问题已经逐渐的解决，而人们对于文化的需求，对于美的需求却在越来越高。正是因为这样这样的原因，我们的LED灯就开始大量的使用于我们的城市装饰中。特别是晚上，彩灯环绕的城市，都是靠我们大量的LED灯在发挥着巨大的作用。

1、彩灯循环控制系统的设计项目的分析

1.1循环彩灯控制系统的需求背景

我们现在的城市运行中LED灯已经在发挥着巨大的作用。比如我们的证劵交易市场的大厅里，所有的大屏幕都是用LED灯组成的大屏幕，我们的高速公路上很多的电子告示牌也是LED灯大屏幕，甚至我们现在公交车的尾部同样安装了一些小型的LED灯广告牌，我们的大型公交站，交通信号灯，街边的广告牌，城市高架桥上的提示灯，装饰灯，也都是使用我们的LED灯来组成的。其实现在个人使用的LED灯装饰也不少了，很多人的汽车，摩托车，电动车都会使用一些LED灯的装饰，所以LED灯的需求还在越来越大。我们的生活已经离不开这样的一种产品了，它用它的诸多的优势来给我们的生活提供越来越多的便利。正是因为我们的LED灯有很多的优势，比如LED的使用就非常的符合现在越来越提倡的绿色环保理念。这样的的产品又因为造价很低，使用的成本也很低就让我们越来越多的场合都可以使用它。而且现在的LED灯的使用寿命很长，完全符合我们的提倡的可持续发展的理念。但是现在多出情况下的LED装饰灯，都直接是根据不同的需求，不同的环境，直接就把灯的发光方式固定在了硬件的层面，没有办法灵活的根据不同的场合而变化出不同的效果，很多的类似产品没有使用到如今的计算机程序控制。所以我们就希望更多的LED产品能够越来越多的使用到计算机编程，而实现这些彩灯的灵活变化，也就能更能够体现出它更多的优势。能够给我们带来更多的便利。

1.2循环彩灯控制系统的功能分析和设计方案简述

1.2.1循环彩灯控制系统的设计想法

本设计的想法，就是想通过单片机，让LED彩灯实现一些灵活的变化。主要的就是想要通过Keil环境下，用计算机C语言编程实现彩灯的循环控制。在基于STC89C52单片机的基础之上，使用C语言进行编程，控制彩灯实现一些不同的图案，还有不同的时间有不同的变化。希望通过简化电路，提高彩灯的使用效率，也希望让先进的计算机技术能够融合到现在的彩灯控制中。真正的实现一种彩灯

的自动控制和彩灯图案功能的丰富。

1.2.2循环彩灯控制系统的设计思路

结合两个框图来分析设计的思路。主要就是想要通过一个简单的控制思想来完成

循环彩灯控制系统的实现。就是通过C语言可以灵活的控制的单片机。主要就是通过外部的键盘控制电路作为人的输入设备来控制单片机所要执行的程序，然后通过单片机来控制彩灯的表现的图案样式，图案形式。然后又通过一个时钟电路，来做一个循环的时间控制，每次图案的变化都会固定的时间发生，然后每次出出一个不同的图案，然后在几种图案之间往复。通过复位电路来实现这个反复的过程，就可以不断地循环重复整个彩灯的变换过程，只有这样整个系统才能真的实现自动控制，自动循环，自动的重复。又因为可以通过人为干预，来改变单片机的控制程序，这样就可以让单片机实现对彩灯图案的灵活控制，可以节约人力物力的情况下来控制彩灯都够在不同的场合都能够发挥作用，这样也就可以极大的丰富LED彩灯的使用方式，可以让LED彩灯有更多的用处。这就是用自动化的程序控制来解决彩灯循环自动化问题的主要思路。

1.2.3彩灯循环控制系统的系统环境选择

主要使用C语言编程，来设计整个彩灯循环控制系统的系统设计部分。整个设计的环境采用Keil C51环境，这个系统是一个德国的公司出产的。为什么要采用Keil C51就是因为它能够很好地来兼容单片机。还有就是使用这样Keil C51的C语言编程比起汇编语言来说，有很多的好处，就是可以在使用的过程中体现更多的便利，这样的程序有更好的结构性和功能性，在使用的过程中也非常的易于维护管理。这样的平台可以便于我们来编制彩灯循环控制体统，因为Keil C51不仅是工程师才能使用，也是一个连初学者都可以使用的系统平台，这样就给我们的设计带来很多的便利。能够保证我们基于单片机的彩灯循环控制系统更加的简单一些，更加的便于使用一些。

2、硬件部分的设计

2.1硬件设计部分的概述

首先就是单片机的使用，单片机就是一种简单的计算机。因为现在复杂的计算机都使用复合板，那样就让那些计算机能够有更多的功能。但是单片机不一样，因为单片机在很多不需要复杂计算机的场合能够展现更多的优势。就是因为单片机的体积比较小，处理的能力适中，在很小的一块主板上，集成了处理器，内外存储器，同时还会提供大量的接口，可以提供外部设备的接入，也有输出控制的功能，这样就让单片机有了使用的便利性。特别是单片机的造价不高，使用的成本也就比较低。虽然不能实现大规模的快速复杂运算，但是能够实现一些基本的运算控制，也已经在很多的方面展现了巨大的使用前景。

还有硬件设计部分包括LED灯的使用。简单的说LED灯也就是发光二极管，这种小灯就是需要正确的联接的，因为它是单向导电的，不是双向导电，所以就让我们的联接工作需要注意。还有就是LED小灯，功耗很低，需要的电压也比较的低。再者就是需要一些电阻来做保护等等。

2.2所选取的单片机的使用

2.2.1所使用的单片机的简述

本设计主要使用的是STC89C52单片机，有芯片插座在很大的程度上方便了芯片的安装，拿取。而且芯片可以使用很长时间，反反复复的编写，反复的擦除都可以支持上万次，这样就让彩灯编程使用更加灵活，更加的低成本。每次需要更换彩灯的控制程序，灯的形状的时候只需要进行芯片内容的擦除就可以了。这样就很大程度上方便使用。单片机也有相应的按键，就可以方便使用。单片机的工作电压就是5伏特，上下0.5伏特都可以，这样给单片机供电的电路就有很多的选

择，特别是可以使用手机的充电器，电脑的usb方式，或者使用电池都可以。

2.2.2单片机的针脚部分

以上是单片机的引脚图。所使用的单片机一共是32个引脚可以供用户来使用，但是本文中的设计我们只使用了16个引脚，因为我们的设计主要只是针对一个16路的小彩灯进行的。我们就是想要通过这样的设计来完成几个彩灯自动循环控制系统的设计就可以了。只要是我们的设计比较的完善就可以了。

首先就是用户可以使用的引脚部分主要就是P0.0～P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7、P3.0～P3.7着四个部分给用户作为使用的引脚。这几个就是用户需要编程的时候要用到的引脚。

这四个部分一共就是32个。然后就是还需要介绍系统引脚，这个是用户没有办法使用的引脚部分，就是VCC引脚，主要是用于供电的。GND引脚是单片机的接地引脚。如果遇到死机的问题就需要到RST引脚来复位。XTAL1和XTAL2主要是振荡电路的几个系统引脚比较复杂也就不多做介绍了。最后就是EA、ALE、PSEN 这三个引脚，主要就是用来和外部的设备连接，主要就是外部的大容量储存器的

连接。因为这个单片机的储存器只有4kb是很小的，所有有时候还是需要一些外部的存储设备的。

2.3电路部分的设计

对于这样的一个系统而言整个系统的电路设计也是很重要的，只有很好的设计了电路部分，才能够保证电路，系统能够正常的运行。电路的设计部分也是整个系统的基础。也就是想要一辆小汽车上路行驶就必须要有油，也要有相应的发动机，才可以开动。所以电路设计部分也是很关键的。

2.3.1主要控制电路的设计

这个最小电路的设计主要是要考虑我们的时钟电路，还要考虑这个复位电路的设计。

首先就是这个时钟电路的设计。其实时钟电路主要也叫做振荡电路，其实都是一个意思。其实就是通过一个时间的往复来不停的变动，实现一种时间的往复控制我们通过图片最顶端的两个引脚接口，接入两个谐振的设备，主要就是两个谐振的电容器，这样就可以制造出一个时钟电路，来控制循环彩灯控制系统的设计。内部时钟电路的晶体振荡频率一般在4~12MHZ之间，这里我们选择12MHZ。我们主要是采用22pF的电容器来实现我们时钟电路控制设计。

然后就是设计复位电路。什么是复位，顾名思义就是要初始化。也就是循环彩灯控制系统中，需要不停的通过初始化，来改变小灯的花型，这样就可以完成自动循环控制。通过一些相应的瞬间加电压的原理，让我们的单片机的一些设置可以自动的复原，自动的初始化，这样就可以成功的实现我们的自动控制的需求。2.3.2循环彩灯控制系统总电路设计

总体的电路图也就是在上一节的最小主要控制电路的基础上加入了完整的控制电路。也就是出了单片机的主要设备之外完成了整个彩灯循环控制系统的设计。也就是在单片机的引脚上接入了整个彩灯电路，这样我们的设计也就完整了。所有的电路能够完成工作就能够实现彩灯循环控制系统的主要步骤。这样我们就能够完成接下来的安装工作，也才能够让设计好的系统成功的运行起来。这样就能够让设计真正实现。

2.4主要的设备组装调试

2.4.1主要的材料的选择

我们的主要硬件设计部分完成之后就需要进行安装工作。那么安装过程中需要的东西就需要我们注意了。根据我们的设计，一定要制定相应的流程，所有的组装工作必须要一步一步的完成，所有的材料准备需要进行分类，分开准备，分开来存放，拿取使用也需要注意整洁。

材料主要就是需要电烙铁，这个最主要的工具，因为电路的焊接，所有线路的焊接都需要电烙铁来完成。因为使用的电路是比较小的电路，所以使用30瓦左右的电烙铁就可以满足要求了。然后要准备好焊锡，因为在焊接电路的过程中焊锡的使用是比较多了，所以一定要准备足够，然后松香一类的助焊剂也要准备足够。同时需要一些尖嘴钳，镊子作为辅助工具，来进行安装。在安装的过程中一定要注意安全，不能够打闹，也不能够分心，因为电烙铁使用的时候是比较危险的，所以必须要采取相应的安全措施。使用电烙铁焊接完毕后，必须要收拾好，冷却完毕后才能够用手触摸。

2.4.1设备安装完成后的调试

首先就是要在不通电的情况下进行检查，要按照设计的电路图严格检查每一个引脚的接线有没有正确，还有就是所有的电路排布有没有按照彩灯循环控制系统的设计要求来进行了排线。一定要严格的进行检查，不能有任何的疏漏，因为一旦

做错了什么就会损坏我们的设备。

然后就是要通电进行测试，链接上仿真器，进行测试，看看有没有按照设计的要求运行，如果出现问题必须要返回重新检查所有的施工步骤有没有正确。

3、软件部分的设计

3.1彩灯循环控制系统的软件部分设计简述

我们所做的这个循环彩灯控制系统的设计主要就是要用C语言的程序来实现彩灯花型的控制，还有花型的更替，变化。更重要的就是需要程序设计，通过计算机语言来控制彩灯的主要控制部分——单片机。最后是实现一种灵活的程序控制设计，完成我们要求的的程序设计。

3.2整个软件部分的C语言程序

4、仿真测试结果分析

通过这个时序控制的电路仿真图，我们可以得出结论就是我们的设备运行正常，可以正常的工作。

然后又通过这个显示电路的仿真情况，也同样是反应我们的整个彩灯循环控制系统在按照我们的要求正常的运行。没有什么问题，初步达到了我们的设计初衷。

最后通过整个彩灯循环控制系统的总电路仿真模拟测试，我们同样验证了我们的设计时合理的，可靠地。确实能够根据我们设计要求正常的运行。总的就可以验证我们彩灯循环控制系统是能够达到我们的设计初衷的。

整个仿真模拟测试就可以说明我们以C语言编程，作用于单片机控制的，彩灯循环控制系统是能够实现的。也确实能够很好运行。也就让我们整个设计能够很好的完成工作。当然其中还是有很多需要改进的地方。也有一些可以优化的地方。能够正常的使用运行不应该是终点，还有很多的工作可以去做。

总结

经过这个循环彩灯控制系统的设计，特别是从一开始写这个项目的开题报告开始，就有很多的问题在考验我们。从设备的选择，从我们材料的准备，还有对程序语言资料的查询，也是锻炼了自己的自主学习的能力。这段时间以来，整个彩灯循环控制设计的都是我们生活的主要内容。这也是在让我们知道，生活里太多的事物，都是通过太多的人不断地努力才弄出来的。小小的一个东西，其中的奥秘真的很多，就像这个彩灯，我们每天都会接触，只有自己真正的深入其中，才发现，有太多的学问需要哦我们了解学习。

通过这样的一次设计工作，也就让我们以后的生活工作中，能够认识到刻苦钻研认真学习，虚心学习的重要性。也只有通过每一个的不断努力，最后让大家组成一个整体，来提高工作的效率。

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