光控多路彩灯设计与制作.docx
- 文档编号:3255399
- 上传时间:2022-11-21
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:204.36KB
光控多路彩灯设计与制作.docx
《光控多路彩灯设计与制作.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《光控多路彩灯设计与制作.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
光控多路彩灯设计与制作
院
课程设计
光控多路彩灯控制系统设计与制作
学生姓名:
学院:
专业班级:
专业课程:
指导教师:
20年月日
1引言
1.1设计背景
光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。
1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。
经历十多年的初期探索,从70年代后期起,随着半导体光电子器件和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破,光子技术与电子技术开始结合并形成了具有强大生命力的信息光电子技术和产业。
光电子技术是一个比较庞大的体系,它包括信息传输,如光纤通信、空间和海底光通信等;信息处理,如计算机光互连、光计算、光交换等;信息获取,如光学传感和遥感、光纤传感等;信息存储,如光盘、全息存储技术等;信息显示,如大屏幕平板显示、激光打印和印刷等。
其中信息光电子技术是光电子学领域中最为活跃的分支。
在信息技术发展过程中,电子作为信息的载体作出了巨大的贡献。
但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。
采用光子作为信息的载体,其响应速度可达到飞秒量级、比电子快三个数量级以上,加之光子的高度并行处理能力,不存在电磁串扰和路径延迟等缺点,使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。
充分地综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点,必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能。
1.2设计目的及意义
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。
但是目前市场上各种式样的LED彩灯多半是采用全硬件电路实现,电路结构复杂、功能单一,这样一旦制成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。
同时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。
此外从功能上来看,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。
随着电子技术的迅速发展,单片机得到了越来越多的应用。
本设计用单片机AT89C51结合LED制作了一种新型的LED彩灯控制系统的设计方法,以AT89C51单片机作为主控核心,与按键、光电对管、显示器等较少的辅助硬件电路相结合,实现对LED彩灯进行光控。
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。
1.3设计要求
光控多路彩灯控制系统可用于霓虹的应用,采用自动循环点亮的方式,在白天的时候彩灯不点亮,在晚上的时候彩灯会自动点亮并且会循环的依次点亮。
(1)具有自动循环点亮的电路单元,就是多路彩灯会自动的进行逐个点亮不需要外部的控制信号,能够自己输出脉冲信号来实现多路彩灯依次点亮。
(2)具有光强检测电路单元,光照强度门限可自由调节,依据设置门限控制按键触碰电路的工作。
即光线充足,多路彩灯系统不工作,当光线昏暗时多路彩灯系统工作。
2方案设计
2.1设计方案
彩灯控制器大致可分为两种方案实现。
一种是利用数字电子电路装置控制,另一种是采用单片机控制。
方案一:
数字电子式光控彩灯电路主要是由光控电路、时钟信号电路和彩灯电路组成。
光控电路主要由光敏电阻和电压比较器组成,作用是通过光的强度去控制后面的电路是否工作,时钟信号电路由NE555芯片构成,为循环灯电路提供时钟信号,彩灯电路的核心元件是CD4017芯片,由它来控制循环灯的亮灭.。
时钟信号电路主要是由NE555组成的振荡电路,CD4017是一个十进制的计数器,具有个译码输出端,和时钟、复位、时序输入端。
光控式循环灯电路的优点是结构简单,实用性强,缺点是电路的稳定性能不算太好,外界对电路会产生一定影响。
方案二:
本方案主要是通过对基于单片机的多控制、LED彩灯循环系统的设计,来达到本设计的要求。
其硬件构成如图1光控彩灯循环控制系统硬件框图所示以单片机为核心控制,由单片机最小系统(时钟电路、复位电路、电源)、按键控制电路、光控电路、八个LED发光二极管和直流电源电路组成。
图1光控彩灯循环控制系统硬件框图
2.2 方案选择
结合设计任务书比较以上两种方案可知:
利用电子电路装置控制,其电路不很复杂,制作相对较容易点,成本也相对较低,但可调性差,亮灯模式少而且样式单调,达不到设计任务要求或实现困难。
采用单片机控制其优点是电路集成度高,工作原理简单,清晰明了,自定义编程,控制的图案花样多,移植性好等。
综上,显然方案二各方面优越于方案一,以及为了体现专业优势,本次设计采用第二种方案。
3硬件设计
3.1AT89C51单片机介绍
AT89C51单片机主要由运算器、控制器、定时器/计数器、程序存储器ROM、数据存储器RAM、串行I/O端口、并行I/O端口、中断控制系统、时钟电路和总线等工作部件组成。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
AT89C51单片机采用40Pin封装的双列直接DIP结构,如图2是它们的引脚配置,40个引脚中正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。
现在我们对这些引脚的功能加以简要说明:
图2AT89C51引脚
VCC:
供电电压
VSS:
接地
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST/VPD:
复位/备用电源
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入
XTAL2:
来自反向振荡器的输出
3.2单片机最小系统
要使单片机工作起来,最基本的电路的构成由单片机、时钟电路、复位电路等组成。
单片机最小系统如图3所示。
图3单片机最小系统
时钟电路:
本系统采用单片机内部方式产生时钟信号,用于外接一个12MHz石英晶体振荡器和2个30pF微调电容,构成稳定的的自激振荡器,其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。
复位电路:
确定单片机工作的起始状态,完成单片机的启动过程。
单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。
本设计采用手动按键复位,该复位方式同样具有上电自动复位功能。
3.3光电检测和按键电路
光控电路主要是用光的强度来控制后两个电路是否工作,那么就需要用一个和光的强度有直接关系的电路元件,这里我所采用的是光电对管。
光电对管,也叫光电开关,内部结构为一个发光二极管和一个光敏三极管。
分为反射式和直射的,通过集聚光线来控制光敏三极管的导通与截止。
当对管以近似直线的位置相对时,接收管才会有一个比较明显的阻值变化。
通过光电对管接收管阻值的变化实现光控。
再利用双电压比较器LM393构成电路,输出两种工作状态,即输出高点平和低电平状态,输入单片机以达到光控的实现。
如图4为光电检测和按键电路。
图4光电检测和按键电路
光电检测电路中LM393为双电压比较器,4引脚接地,8引脚接电源,2引脚与3脚分别为电压比较器的两个电压输入端,1引脚为输出端,如图4为双电压比较器引脚图。
当3引脚电压大于2引脚电压时,1引脚输出高电平;当3引脚电压小于2引脚电压时,1引脚输出低电平。
图4中RV1为滑动变阻器,M0C3021为光电对管,R6为上拉电阻。
因此,光控电路在工作之前需要调节滑动变阻器,将2引脚电压调至合适的为2引脚提供电压,调节滑动变阻器可以改变供给2引脚的电压。
通过光电对管接收管阻值的变化,比较器输出不同的电平状态,以达到用光控电路的工作状态。
按键控制电路是由3个按键开关构成的。
它们分别接在单片机AT89C51的P2接口上,实现一对一的控制LED灯的闪烁方式。
当按下按键时, LED灯系统闪烁一种闪烁方式。
三个开关控制三种不同类型的闪烁方式。
3.4LED彩灯显示电路
LED彩灯显示电路如图5所示,实际上是由8个发光二极管和一个欧姆排阻构成的电路。
发光二极管与排阻对应串联,然后接在与之相对应的P1口上。
通过软件编程对P1口输出高低电平来实现不同的闪烁花型。
由于发光二极管的导通电压一般为1.7V以上,另外,他的工作电流根据型号不同一般为1mA到30mA,电阻选择范围100欧姆~3千欧姆在此我们这里选用1K欧姆的电阻。
图5LED彩灯显示电路
3.5硬件电路原理图
打开proteus的ISIS编辑环境,从proteus中选取该电路所需要的元器件,放置元器件、放置电源和地、连线得到的电路原理图如图6所示。
图6电路原理图
再点菜单栏工具下拉的电气规则检查,当规则检查出现:
“NELISTGENERATEDOK NO ERC ERRORD FOUND”,表示通过检查。
电路设计完成。
4软件设计
4.1程序流程图
程序启动时先跳转到光控盘多判断模块,当确定无光照时跳转到键盘判断模块程序中,此程序里面包含3个按键情况判断,循环检测直到有按键按下的时候,程序转去相对应按键的彩灯显示的花型模块。
具体程序流程如图7所示。
图7程序流程图
4.2程序编译
Keil中的源程序设计和编译:
(1)双击桌面keil快捷图标即可进入集成开发环境编辑操作界面,主要包括三个窗口:
工程项目窗口、编辑窗口和输出窗口。
(2)单击Project菜单,在弹出的下拉菜单中选中“New Project”选项,新建项目。
如图8所示。
图8Project菜单
(3)然后选择要保存的路径,输入工程文件的名字,然后单击“保存”按钮。
(4)这时会弹出一个对话框,要求选择单片机的型号,我们选择Atmel,然后单击左边的“+”号选择AT89C51之后,右边栏是对这个单片机的基本说明,然后单击“确定”,在随后弹出的对话框单击“否”。
(5)首先进行选项设置,将鼠标指针指向“Target 1”并单击右键,再从弹出的右键菜单中单击“Options for Target”选项。
(6)在菜单栏中,单击“File”菜单,再在下拉菜单中单击“New”选项,建议首先保存该空白文件,单击菜单栏上的“File”,然后在下拉菜单中单击“Save As”选项,在弹出的对话框的“文件名”栏右侧编辑框中,输入欲使用的文件名,同时,必须输入正确的扩展名,如果用C语言编写程序,则扩展名为“.C”;如果用汇编语言编写程序,则扩展名为“.ASM”,且必须添加扩展文件名。
(7)回到编辑界面后,单击“Target 1”前面的“+”号,在“Source Group1”上单击右键,弹出对话框中,在“文件类型”处选择“C Source file(*.C)”,这样在上面就可以看到刚才保存的C语言文件,双击该文件则自动添加至项目单击“Close”关闭对话框。
(8)然后就可以在右侧的编辑区输入汇编程序了。
在输入时Keil会自动识别关键字,并以不同的颜色提示用户加以注意,这样会使用户少犯错误,有利于提高编程效率。
程序输入完毕后别忘了再次保存。
(9)程序文件编辑完毕后,单击“Project”菜单,选中“Built target”选项。
如果有错误,则在最后的输出窗口中会出现所有错误所在的位置和错误的原因,并“Target not created”的提示。
双击该处的错误提示,在编辑区对应错误指令处左面出现蓝色箭头提示,对当前的错误指令进行修改。
将所有提示过的错误进行修改,然后再次重复编译,出现“0Error(s),0Warning(s)”,说明完全通过,确认程序编译正确。
5调试
检查proteus软件画的电路图完全正确后,确定通过keil编写的程序调试成功
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 光控 彩灯 设计 制作
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)