毕业设计（论文）基于单片机的智能霓虹灯控制系统设计.doc

目 录摘要iAbstractii引言71绪论81.1单片机发展概述81.2总体方案设计101.3硬件电路的设计111.3.1 单片机系统111.3.2 LED概述121.3.3 外部时钟方式电路131.3.4 手动复位电路141.4 MSC-51芯片简介151.5 74LS373简介201.6 PROTEL DXP 简介212系统功能简介223系统流程图234硬件设计原理244.1最小系统模块244.1.1电源模块254.1.2串口模块264.1.3单片机模块264.1.4时钟电路模块274.1.5复位电路模块284.2驱动模块284.3 LED显示模块304.4激光传感器模块305软件部分305.1核心算法设计流程图315.2系统程序326系统调试356.1软件调试356.2硬件调试366.3测试结果366.4结果分析367总结377.1整个系统的设计思路377.2商业开发价值37参考文献38致谢39ContentsAbstractiiPreface71 Introduction81.1 SCM development outline81.2 The general scheme design101.3 Hardware circuit design111.3.1 Single-chip microcomputer system111.3.2 LED overview121.3.3 External clock mode circuits131.3.4 Manual reset circuit141.4 MSC - 51 chip profile151.5 74LS373 profile201.6 PROTEL DXP profile212 Systemic function223 System chart234 Design principle244.1 Smallest system module244.1.1 Power module254.1.2 Serial interface module264.1.3 Microcontroller module264.1.4 Clock circuit module274.1.5 Reset circuit module284.2 Driver module284.3 Video module of led304.4 Laser sensor module305 The design of system software305.1 Core algorithm design flow chart315.2 System program326 Conclusion356.1 Software debugging356.2 Hardware debugging356.3 Test result366.4 Results367 Summarize377.1 The whole system design ideas377.2 Commercial development value37Reference38Acknowledgement39 智能霓虹灯控制系统设计作者： 指导教师：【摘要】近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。该智能霓虹灯设计是基于8051单片机，串口联级新型的共阴极驱动芯片MAX232霓虹灯扫描控制器，采用环保节能LED灯组以实现智能化的动态显示效果。该设计的动感霓虹灯整体上可以分为电源模块、控制模块、显示模块三部分组成。电源模块采用变压器、桥式整流滤波电路为CPU及MAX232供电。控制模块包括单片机8051、MAX232驱动以及激光传感器来完成系统程序的串烧，系统驱动及系统控制。显示模块采用LED灯组，并采用达林顿管为放大器的放大电路来增强灯组亮度，整体效果动感十足、形象醒目。本系统具有较高的通用性及很大的使用价值，并且具有节能环保、经济实用、成本低廉等特点。关键词：LED 霓虹灯 单片机 软件控制Intelligent neon control system designAuthor：， Supervisor： Abstract In recent years, with the rapid development of science and technology, the application of SCM is continuously, and drive to the deepening traditional control test rapidly updated. In real-time detection and automatic control of microcomputer application system, microcontroller is often used as a core component knowledge, only microcontroller is not enough, still should according to the specific hardware structure, and the view of the specific application object characteristics, combining improved software. The graduation design according to the design requirements, basic reached the expected purpose.the intelligent design is based on the 8051 microcontroller neon, serial cascade of new common cathode driver IC - MAX232 neon scan controller, use of environmentally friendly energy saving LED lights set in order to achieve intelligent dynamic display. The overall design of neon can be divided into dynamic power module, control module, display module consists of three parts. Power module with transformer, bridge rectifier filter circuit for the CPU and the MAX232 power supply. Control module includes microcontroller 8051, MAX232 driver and laser sensors to complete the system program skewers, the system drive and system control. Display module with LED lights set, using Darlington amplifier circuit for the amplifier to enhance the brightness of light group, the overall effect of dynamic, eye-catching image. The system has high versatility and great value in use and has energy saving, economical and practical, low cost and so on.Keywords: LED；neon dynamic；SCM；software control引言随着人们生活水平的提高，环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到很多彩色的霓虹灯。特别是当今充满竞争的时代，各地政府为吸引游客和投资者，在城市的沿街、沿道、沿河、沿线等地用霓虹灯造景，实施"亮化工程"，以美化环境、树立城市形象。由于LED霓虹灯克服了传统霓虹灯投资大，制作工艺复杂，使用玻璃管、高压电源及惰性气体等诸多不便，同时解决了耗电高、造价高，使用寿命短等不足，因此得到了广泛的应用。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。同时这种霓虹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。本设计提出了一种基于8051单片机的霓虹灯控制方案，以实现对LED霓虹灯的控制。本方案以8051单片机作为硬件控制核心，驱动器和按钮模块、激光模块组成核心控制模块。在软件控制方面我们采用Keil软件通过使用KeilC进行编译程序，并根据用户需要编写若干种亮灯模式。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霓虹灯实际应用效果较好，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，耗能低、通用性强等优点。在本次设计中，硬件部分由单片机系统、LED发光二极管组成。原理图如图1所示。单片机选用的是8051单片机，利用其中的一个定时器设定灯光闪烁的时间，时钟电路选用的是11.0592M的晶振。复位电路部分采用的是上电复位和手动复位两种复位方式。由于考虑到单片机I/O端口的带载能力，LED发光二极管采用共阳极的接法，用470的电阻分压。 软件部分，由于采用的是11.0592M晶振的时钟电路，单片机定时器的最大定时时间为65.536ms，不能达到要求的闪烁频率。所以采用定时50ms，10个定时中断灯光进行一次亮灭的跳变。并在每一次跳变时记录下灯闪烁的次数，通过对闪烁次数的判断，来进行对不同LED灯的亮灭的整体时序循环控制。1.绪论1.1单片机发展概述电子计算机的发展经历了电子管、晶体管、集成电路到大（超大）规模集成电路弓四个阶段，既通常所说的第一代、第二代、第三代和第四代计算机。现在广泛使用的微型计算机是大规模集成电路技术的产物，因此它属于第四代计算机，而单片机则是微型计算机的一个分支。随着信息技术革命的深入和计算机技术的飞速发展，单片机的应用越来越广泛，并逐渐发展成为一门关键的技术学科。单片机亦称微控制器,顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能微电脑型”，如智能型热水器等。计算机是人类制造的用于信息处理的机器。这种机器只能在人的控制下，将输入的数据信息，按照人们的要求进行存储、分类、整理、判断、计算、决策和处理等操作。目前，微型计算机主要用在以下几个方面：数值计算、数据处理与信息加工、计算机辅助功能、人工智能、计算机通信、多媒体、计算机检测和过程控制等。微型计算机在检测和过程控制方面的应用具有简便、快捷、准确、可靠等优点，便于实现各种生产过程自动化。在改造传统产业、节约能源、提高产品质量和生产效率、改善生产者劳动条件等方面，具有十分重要的作用。单片机具有一些突出优点：体积小、重量轻、耗电少、电源单一、功能强、价格低、运行速度快、抗干扰能力强、可靠性高，所以在通信、家电、工业控制、仪器仪表、汽车等产品中都可以看到单片机的身影。1946年第一台电子计算机诞生至今，只有50年的时间，依靠微电子技术和半导体技术的进步，从电子管晶体管集成电路大规模集成电路，现在一块芯片上完全可以集成几百万甚至上千万只晶体管，使得计算机体积更小，功能更强。特别是近20年时间里，计算机技术获得飞速的发展，计算机在工农业，科研，教育，国防和航空航天领域获得了广泛的应用，计算机技术已经是一个国家现代科技水平的重要标志。单片机诞生于20世纪70年代，Fairchid公司研制的F8单片微型计算机。所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(Center Processing Unit,也即常称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。20世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，Farichild公司就属于这一类型，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。类似的单片机还有Zilog公司的Z80微处理器。1976年INTEL公司推出了MCS-48单片机，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机，并推向市场。它以体积小，功能全，价格低赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。在MCS-48的带领下，其后，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机，象Zilog公司的Z8系列。到了80年代初，单片机已发展到了高性能阶段，象INTEL公司的MCS-51系列，Motorola公司的6801和6802系列，Rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名电气公司NEC和HITACHI都相继开发了具有自己特色的专用单片机。80年代，世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器的单片机，功能越来越强大，RAM和ROM的容量也越来越大，寻址空间甚至可达64kB，可以说，单片机发展到了一个全新阶段，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。单片机的应用领域也更广泛，许多电器产品均走向利用单片机控制的智能化发展道路。1.2. 总体方案设计在本次设计中，硬件部分由单片机系统、LED发光二极管组成。原理图如图1所示。单片机选用的是8051单片机，利用其中的一个定时器设定灯光闪烁的时间，时钟电路选用的是11.0592M的晶振。复位电路部分采用的是上电复位和手动复位两种复位方式。由于考虑到单片机I/O端口的带载能力，LED发光二极管采用共阳极的接法，用470的电阻分压。 软件部分，由于采用的是11.0592M晶振的时钟电路，单片机定时器的最大定时时间为65.536ms，不能达到要求的闪烁频率。所以采用定时50ms，10个定时中断灯光进行一次亮灭的跳变。并在每一次跳变时记录下灯闪烁的次数，通过对闪烁次数的判断，来进行对不同LED灯的亮灭的整体时序循环控制。单片机LED显示电路复位电路时钟电路 图1 单片机的霓虹灯控制电路原理图1.3 硬件电路的设计1.3.1 单片机系统标准型89系列单片机是与MCS-51系列单片机兼容的。在内部含有4KB或8KB可重复编程的Flash存储器，可进行1000次擦写操作。全静态工作为033MHz，有3级程序存储器加密锁定，内含有128256字节的RAM、32条可编程的I/O端口、23个16位定时器/计数器，68级中断，此外有通用串行接口、低电压空闲模式及掉电模式。8051相当于将8051中的4KB ROM换成相应数量的Flash存储器，其余结构、供电电压、引脚数量及封装均相同，使用时可直接替换。8051在内部采用40条引脚的双列直插式封装，引脚排列如图2所示，内部结构原理图如图3所示。图2 8051芯片引脚图2引脚排列54EPROM/ROM定时/计数器运算器控制器32片内振荡器RAM/SFP并行口存储器扩展控制器串行口11 XTAL 2 CPU 3中断 4存储器 5 I/O图3 AT89C51内部结构原理图本设计中8051使用11.0592MHz晶振。XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）：外接晶体引脚，XTAL1和XTAL2分别接外部晶振一端。RST：即为RESET，该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。在此设计中接正常模式按扭。P1.0、P1.1、P1.2：用来控制LED显示器的显示控制。1.32 LED概述 LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由三部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子，中间通常是1至5个周期的量子阱。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子和空穴就会被推向量子阱，在量子阱内电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。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。由于具有容易控制、低压直流驱动、组合后色彩表现丰富、使用寿命长等优点，广泛应用于城市各工程中、大屏幕显示系统。LED可以作为显示屏，在计算机控制下，显示色彩变化万千的视频和图片。 LED是一种能够将电能转化为可见光的半导体。近十几年来，为了开发蓝色高亮度发光二极管，世界各地相关研究的人员无不全力投入。而商业化的产品如蓝光及绿光发光二级管LED及激光二级管LD的应用无不说明了IIIV族元素所蕴藏的潜能。在目前商品化LED之材料及其外延技术中，红色及绿色发光二极管之外延技术大多为液相外延成长法为主，而黄色、橙色发光二极管目前仍以气相外延成长法成长磷砷化镓GaAsP材料为主。LED的具体结构如图4所示： 图4 LED的结构图1.3.3 外部时钟方式电路 外部时钟电路如图5所示，它在单片机的外部通过XTAL1、XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，构成稳定的自激振荡器。本系统采用的为11.0592MHz的晶振，一个机器周期为1us，C1、C2为22PF。 图5 外部时钟方式电路图1.3.4 手动复位电路复位电路分为上电自动复位和按键手动复位，RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效。上电自动复位通过电容C3和电阻R2来实现，按键手动复位是图6中复位键来实现的。 图6 手动复位电路 1.4 MSC-51芯片简介MCS-51单片机内部结构8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器(RAM)8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。 图7 8051内部机构程序存储器(ROM)：8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。定时/计数器(ROM)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。并行输入输出(I/O)口： 8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。全双工串行口：8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。时钟电路：8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。 下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图3-2。 图8 MCS-51系列单片机的内部结构MCS-51的引脚说明：MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，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说明：MCS-51的引脚说明：MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，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说明：如图3-3 图9 MCS-51引脚配置Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态。8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。Pin30:ALE/当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。如果单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。Pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的8031,EA端必须接地。在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。8051可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即A口、B口和C口，对应于引脚PA7PA0、PB7PB0和PC7PC0。其内部还有一个控制寄存器，即控制口。通常A口、B口作为输入输出的数据端口。C口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每个端口包含一个4位锁存器。它们分别与端口A配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。8051可编程并行接口芯片方式控制字格式说明:8051有两种控制命令字；一个是方式选择控制字；另一个是C口按位置位复位控制字。其中C口按位置位复位控制字方式使用较为繁难，说明也较冗长，故在此不作叙述，需要时用户可自行查找有关资料。方式控制字格式说明如图10：D7D6D5D4D3D2D1D0图10 方式控制字格式说明D7：设定工作方式标志，1有效。D6、D5：A口方式选择 0 0 方式0 0 1 方式1 1 方式2D4：A口功能 （1=输入，0=输出）D3：C口高4位功能 （1=输入，0=输出）D2：B口方式选择 （0=方式0，1=方式1）D1：B口功能 （1=输入，0=输出）D0：C口低4位功能 （1=输入，0=输出）8051可编程并行接口芯片工作方式说明:方式0：基本输入输出方式。适用于三个端口中的任何一个。每一个端口都可以用作输入或输出。输出可被锁存，输入不能锁存。方式1：选通输入输出方式。这时A口或B口的8位外设线用作输入或输出，C口的4条线中三条用作数据传输的联络信号和中断请求信号。方式2 ：双向总线方式。只有A口具备双向总线方式，8位外设线用作输入或输出，此时C口的5条线用作通讯联络信号和中断请求信号。1.5 74LS373简介74LS373 是一种带三态门的8D锁存器，其管脚示意图如示：图11 74LS373管脚示意图其中：1D-8D为8个输入端。 1Q-8Q为8个输出端。 LE为数据打入端：当LE为“1”时，锁存器输出状态同输入状态；当LE由“1”变“0”时，数据打入锁存器OE为输出允许端：当OE=0时，三态门打开； OE=1时，三态门关闭，输出高阻。1.6 PROTEL DXP 简介 Protel DXP 2004是由多个模块组成的系统工具，分别是SCH（原理图）设计、SCH（原理图）仿真、PCB（印制电路板）设计、Auto Router（自动布线器）和FPGA设计等，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以及电路仿真等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持。 PROTEL DXP 的一个界面如图4-3-11所示： 图12 PROTEL DXP 软件界面制板步骤： 一般而言，设计电路板最基本的过程可以分为三大步骤： 1、电路原理图的设计 电路原理图的设计主要是PROTEL DXP的原理图设计系统（SCHDOC）来绘制一张电路原理图。在这一过程中，要充分利用PROTEL DXP所提供的各种原理图绘图工具、各种编辑功能，来实现我们的目的，即得到一张正确、精美的电路原理图。 2、产生网络表 网络表是电路原理图设计（SCH）与印制电路板设计（PCB）之间的一座桥梁，它是电路板自动的灵魂。网络表可以从电路原理图中获得，也可从印制电路板中提取出来。 3、印制电路板的设计 印制电路板的设计主要是针对PROTEL DXP的另外一个重要的部分PCB而言的，在这个过程中，我们借助PROTEL DXP提供的强大功能实现电路板的版面设计，完成高难度的等工作。 2、系统功能简介新型LED霓虹灯系统包括8051主控模块和使用达林顿管的放大器驱动模块以及智能控制的激光传感器模块和管内LED板模块。 主要功能：可以点亮4种闪烁方式。即：1、8路霓虹LED灯管全部闪烁。2、LED霓虹灯管从左往右依次循环点亮。3、LED霓虹灯管从右往左依次循环点亮。4、LED霓虹灯管随机点亮灯。 主要优点：1、只用一个端口可以实现LED霓虹灯4种闪烁方式节省端口资源。2、闪烁方式可以由用户自己编写程序来控制。3、使用了MAX232芯片串口电路程序烧写方便。4、核心芯片采用的是STC 8051芯片 可以多次擦写。 5、采用激光传感器控制使系统智能化。我采用以8051单片机为核心芯片的电路来实现，主要由8051芯片、时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路、16x8LBD点阵5部分组成，电路框图如图4-2所示。其中，8051是一种带16kB闪烁可编程可擦除只读存储器(Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory，FPEROM)的低电压、高性能CMOS型8位微处理器，俗称单片机。其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，8051 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，能够进行1 000次写擦循环。他是一种高效微控制器，为很多嵌人式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。时钟电路由8051的7，8脚的时钟端(XTAI 1及XTAL2)以及12 MHz晶振X 、电容C4、C6组成，采用片内振荡方式。复位电路采用简易的上电复位电路，主要由电阻R 12，电容C5 ，开关S1 组成，分别接至8051的RST复位输人端。LED点阵显示屏采用16x8的发光二极管点阵，可通过万用表检测发光二极管的方法测试判断出该点阵的引脚分布。我们把行列总线接在单片机的I/O口，然后把上面分析到的扫描代码送入总线，就可以得到显示的图像了。我们在实际应用中是将LBD点阵的8条列线通过驱动电路接在PD口8条行线通过限流电阻接在PA、PC口，考虑到PD口必需设置上拉电阻，我们采用1k排电阻作为上拉电阻。图像显示的基本过程是这样的：通电后由于电阻R12 ，电容C5的作用，使单片机的RST复位脚电平先高后低，从而达到复位；之后，在C4、C6 、X 以及单片机内部时钟电路的作用下，单片机8051按照设定的程序在PA、PC、PD接口输出与内部图像对应的代码电平送至LBD点阵的行列线(高电平驱动)，从而选中相应的LBD点发光，并利用人眼的视觉暂留特性合成图像的显示。3、系统流程图4321智能霓虹灯控制系统激光传感器最小系统版驱动板PC机LED1传输高低电平 2传输指令 3程序传输 4指令发出系统流程图4、硬件设计原理模块硬件部分主要包括有最小系统模块、驱动器模块、显示模块以及智能控制模块。18051单片机主控模块（最小系统模块）最小系统模块电路图如下： 图13 最小模块电路图以下是最小系统的主要模块 4.1.1电源电路模块：电源模块主要供给最小系统用电（电压为5V），使系统能够正常工作。 图14 电源模块电路图4.1.2串口电路模块：通过MAX232芯片将电脑的串行口信号电平（-15V, +15V）转换为单片机使用的信号电平（0,+5V)。MAX232芯片使专门为计算机的RS_232串口设计的接口电路，使用+5V单电源供电。内部有电荷泵电路，数据转换通道，供电电路。主要作用：调节电脑信号输出端的电压是它的电压和单片机电压一样。实现数据传输。优点：方便程序烧写。芯片不用取下来 不会损坏芯片。4.1.3单片机模块：硬件主控系统的核心部分，将系统的软件下载到芯片中驱动硬件的实现。优点：STC系列的单片机可以用串口烧写程序，而AT系列的单片机要用ISP下载。STC系列为增强型单片机，处理速度更快，价格更低，也继承了更多的外部电路。图15 单片机电路图4.1.4时钟电路模块：单片机是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号下按时序进行工作，时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。一般的晶振频率为11.0592MHz这里采用11.0592MHz、大小为20Pf。图16 时钟电路模块电路图4.1.5复位电路模块：复位电路是能够使单片机CPU和系统的其他功能恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。图17 复位电路模块电路图4.2驱动模块驱动模块是采用达林顿管放大电路来驱动LED灯管的点亮，所谓的达林顿管就是两个三极管串联在一起，极性只认前面的三极管以两个相同极性的三极管为例，前面为三极管集电极跟后面三极管集电极相接，前面为三极管射极跟后面三极管基极相接，前面三极管功率一般比后面三极管小，前面三极管基极为达林顿管基极，后面三极管射极为达林顿管射极，用法跟三极管一样，放大倍数是两个三极管放大倍数的乘积。这里采用的达林顿管的型号为TIP122。8个达林顿管