基于单片机的霓虹灯控制器的设计摘要本设计采用AT89C52单片机实现对霓虹灯的控制。
系统由红外遥控模块、单片机控制模块、显示模块、语音模块四部分组成。
红外遥控模块分红外发射部分和红外接收部分，通过单片机译码后，取出红外发射按钮的地址，从而实现红外遥控器对霓虹灯显示图案的远距离控制。
红外接收管也只占用一个IO口。
显示部分为16×16的点阵模块，通过单片机控制显示不同的图案以及想要的文字，并让字能够移动、暂停，以及从当前文字切换其它文字。
语音模块采用的语音芯片是ISD1730，可以录制想要的语音，通过录音可以对设计进行介绍。
语音的播放支持暂停、下一首、调节音量和复位。
由于单片机的IO口不够用，本设计采用74HC154对其扩充，将四线扩充到十六线。
该系统具有电路结构简单、易操作、成本低等优点，具有较强的实用价值。
关键词：单片机；红外遥控；点阵；译码器；霓虹灯目录论文总页数：47页1 引言 (4)1.1课题背景及意义 (4)1.2本课题研究方法和目标 (4)2 方案研究与主要芯片选择 (6)2.1总体方案原理及设计框图 (6)2.1.1 主控电路的选择与论证 (6)2.1.2 显示设备的选择与论证 (8)2.1.3控制器模块选择 (9)2.2主要芯片介绍 (11)2.2.1 译码器74LS154的介绍 (11)2.2.2 LED点阵的介绍 (12)2.2.3语音模块的介绍 (13)3 硬件电路设计与调试 (15)3.1单片机模块单元电路设计 (15)3.2串口通信电路设计 (16)3.3译码器模块单元电路设计 (17)3.4点阵模块单元电路设计 (17)3.5红外遥控模块单元电路设计 (18)3.6语音模块单元电路设计 (19)3.7硬件仿真与调试 (21)4 软件设计 (23)4.1单片机IO口分配 (23)4.2各模块程序 (23)4.2.1 主程序设计 (23)4.2.2 显示程序设计 (24)4.2.3 红外接收程序设计 (26)4.2.4 设定的图案和字程序 (28)5 软硬件联调及技术改进 (30)5.1软硬件联调及实物演示 (30)5.2技术改进 (32)结语 (32)参考文献 (33)致谢 (34)声明 (35)附录 (36)1 引言1.1课题背景及意义霓虹灯是一种冷阴极辉光放电灯，直接将电能转换成光能。
自其问世以来，历经了上百年的发展，现已成为重要的显示、装饰光源。
霓虹灯由于其外形变幻多端、加工灵活、色彩丰富，在广告业、商业、交通、建筑、室内外装饰、舞台布景、家用电器、城市美化等领域发挥了特有的作用。
单片机自问世以来，迄今已有三十多年了，其产品琳琅满目，产家也众多纷纭，功能也是五花八门。
单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的应用。
在许多基于单片机的应用系统中，通过软件编程实现对外部硬件电路的控制。
它给人们的生活带来了很多便利。
因此本文将单片机与语音芯片结合起来，设计了一款用单片机控制的霓虹灯控制系统，伴随着霓虹灯图像的变化有不同的语音效果。
流水灯在现代社会就有广泛的应用，大型电子广告牌、霓虹灯、指示牌和工业控制的控制面板等等都有流水灯的应用。
而且基于单片机的流水灯的控制系统利用了单片机的内部资源，如定时器、IO口和寄存器等，完成了单片机系统开发的基本流程，因此具有典型的代表意义，是学习和开发单片机的基本实验之一。
AT89C52单片机是可多次改写的可编程芯片，用这种芯片构成的系统简单、可靠，性价比相当高，适合成为霓虹灯程序控制器的核心部件,结合锁存器MC74HC373实现的控制器功能，时间常数易修改，使用灵活，电路易实现，成本低，控制芯片更换方便。
控制器的花样变化及速度调节能用软件方法实现，这样进一步提高了性价比。
1.2本课题研究方法和目标本设计要求完成一个霓虹灯控制器，控制发光二极管点阵显示，要求能形成多种图案和字。
实现图案和字的左右移动、暂停、继续移动、跳转到指定字的操作。
加设语音芯片，对整个设计进行简要概况。
1、研究思路：本设计是以AT89C52芯片的电路为基础，通过软件程序来控制单片机内部的定时器来控制16×16的矩阵贴片发光二极管的明亮，显示不同的图案花样，形成霓虹灯控制器。
实物以AT89C52为主控芯片，ISD1730 语音模块、红外遥控模块构成电路，主要包括电源、控制电路、显示电路、语音电路。
对于不同型号的单片机只需要相应的改变一下地址即可。
该软、硬件系统具有很好的通用性和一定的实际使用价值。
2、硬件部分：图1.1 硬件框图本设计硬件部分分为六个模块。
（1）单片机最小系统模块，采用经典配置。
（2）为实现程序下载需要串口模块。
（3）为实现语音与图像的搭配，要搭载语音模块,每显示一个图案，发出不同的语音信息。
（4）为实现语音能适应各种场合，采用可以自己录音的芯片ISD1730。
（5）为实现图像的显示，由16×16的点阵模块，由点阵模块显示不同的图形。
（6）为实现给单片机供电，需要电源模块。
3、软件部分在主程序下，分别编写了如下子程序：时钟程序、红外译码程序、图像显示程序、中断程序等。
2 方案研究与主要芯片选择2.1 总体方案原理及设计框图本设计是基于STC89C52RC单片机为核心器件控制整个系统进行工作的，系统控制框图如图2.1所示。
图2.1 控制系统框图如图2.1所示，本方案具有红外遥控模块、语音模块、单片机控制模块、显示模块，共四个模块。
此外，通过主控单元电路的扩展，可添加多种附加功能。
单片机控制霓虹灯的设计以单片机STC89C52RC控制为核心，通过红外遥控器发出信号，接收头接收信号，通过单片机的中断处理，对图案的显示进行控制；在通电的同时伴随一段语音，对整个设计进行一个简要介绍；串口通信是为了帮助STC单片机实现程序的下载；点阵模块有图案显示，也有文字显示，对文字有左右滚动、速度变化、暂停、播放等操作。
根据系统框图，对单元电路控制进行设计，下面是对各部分单元电路的论证与设计。
2.1.1 主控电路的选择与论证在本设计中，主控电路有三种实现方式。
1、采用89C51单片机作为CPU。
89C51单片机是8位单片机，4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个IO口线，两个数据指针，两个16位定时计数器，一个5向量中断结构，一个全双工串口通信口，片内振荡器及时钟电路。
其指令是采用的被称为“CISC”的复杂指令集，工具有111条指令，与其他高位单片机相比而言，指令周期较长，运算速度太慢，而且由于其内部总线是8位的，其内部功能模块也基本上都是8位的；89C51单片机本身的电源电压是5伏，89C51有两种低功耗方式：待机方式和掉电方式[1] [2]。
2、采用LCP2138单片机作为CPU该芯片其本身自带AD转换功能，带大容量的32KRAM和512KFLASH ,内部资源丰富且系统稳定，芯片价格昂贵。
3、采用STC89C52RC单片机作为CPUSTC89C52RC是一款低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用宏晶公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的STC89C52RC可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
STC89C52RC主要功能特性如表1所示，其引脚图如图2.2所示。
表2.1 STC89C52RC的功能特点图2.2 STC89C52RC引脚图[2]STC89C52RC具有如下特点：40个引脚，32个外部双向输入输出(IO)口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，片内时钟振荡器，看门狗(WDT)电路。
此外，STC89C52RC设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。
空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求[3] [4]。
由于52单片机的低功耗、高性能、高性价比、对51单片机的良好兼容等优点，，本设计选择此方案。
2.1.2 显示设备的选择与论证1、使用256个贴片发光二极管显示图2.3 贴片发光二极管贴片发光二极管：颜色有红、黄、绿、蓝等。
特点：体积小、耗电量低、使用寿命长、高亮度、环保、坚固耐用牢靠、适合量产、反应快，防震、节能、高解析度、耐震、可设计等优点。
但在布线和焊接方面较为复杂。
2、LED电子显示屏图2.4 LED点阵LED电子显示屏是半导体发光二极管像素点均匀排列组成。
利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。
目前应用最广的是红色、绿色、黄色。
而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。
LED显示屏（LED panel）：LED就是light emitting diode ，发光二极管的英文缩写，简称LED。
它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。
LED显示屏分为图文显示屏和视频显示屏，均由LED矩阵块组成。
图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。
LED显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。
它的抗静电性能优势超强：制作环境有着严格的标准还有产品结构的绝缘设计。
LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。
考虑到布线以及焊接的简单方便以及LED显示屏的亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点，本设计选用LED显示屏。
2.1.3控制器模块选择1、按键控制图2.5 按键开关用按键控制显示屏图案的切换，简单、方便、经济。
但占用的单片机外围接口较多，并且不能远距离控制。
2、红外遥控控制[5]远程遥控技术又称为遥控技术，是指实现对被控目标的遥远控制，在工业控制、航空航天、家电领域应用广泛。
