廣西電力職業(yè)技術學院·畢業(yè)論文畢業(yè)論文論文題目：基于單片機的高層建筑燈光效果電路設計學生姓名學號所屬學院智能制造工程學院專業(yè)名稱指導教師年月日基于單片機的高層建筑燈光效果電路設計1.系統方案設計1.1總體結構設計具體的設計系統框圖如圖1.1所示：圖2.1系統框圖上圖為本文設計內容的主體系統框圖，從該框圖可以直觀的看出，系統一共包含了四個模塊。首先是對整個系統工作提供電源的部分，即電源模塊。該系統采用5V供電；然后是兩個主要的人機接口模塊。即按鍵電路和顯示屏，系統使用者通過按鍵輸入信號、系統通過顯示屏反饋系統。最后是霓虹燈模塊，這個模塊用于系統的作用輸出端。本系統的主要工作流程是使用者通過按鍵電路對系統的工作模式、霓虹燈的閃爍頻率以及工作時長進行設置選擇，然后設置的內容會出現在顯示屏上，霓虹燈電路進行相應的工作。1.2方案器件介紹1.2.1STC89C52RC單片機簡介STC89C52RC是一個高性能的8位單片機，采用5V直流供電，系統一共4組IO口。內部提供flash存儲、定時器、中斷等基本資源，該控制芯片發(fā)展具有價格低廉、應用簡單。具體的引腳說明見表1.1：表1.1引腳說明Gnd接地端Vcc電源正極XTAL1連接外部晶振的一個引腳XTAL2連接外部晶振的另一個引腳RST復位腳ALE/PROG地址鎖存允許端PSEN外部存儲運行EA/VppEA＝0，單片機訪問外部程序存儲器，EA=1,訪問內部程序存儲器P0.0-P0.7通用IO口P1.0-P1.7靜態(tài)通用端口(I/O口)P2.0-P2.7高8位地址總線動態(tài)端口P3.0-P3.7雙功能靜態(tài)端口1.2.2顯示模塊大學學習期間最長使用的顯示模塊是數碼管以及LCD1602,這種顯示器耗電功率較低，顯示內容豐富，畫面柔和，并且可以對畫面對比度做適量的調整。且應用了方便字母和數字的實字符的液晶。使用不需要外加驅動電路不同于數碼管等顯示器，很容易使用而且具有響應速度快的特點。數碼管操作簡單、容易理解，不僅僅能顯示數字而且還能顯示字幕。相對于數碼管來說，LCD1602顯示屏比較節(jié)省IO口，而且可以顯示字母，LCD1602有如此多的優(yōu)點，而且其可以滿足本文的系統設計需要。因此本文選用LCD1602顯示屏作為本系統的人機接口的輸出端。1.3本章小結本小結是系統設計說明書中的總體綱領，有了這部分內容才能展開后續(xù)的工作，本章主要是研究了系統總共包含哪些模塊以及各個模塊的具體作用，各個模塊之前如何協調工作的，最后介紹了系統中所需要的電子器件。2.系統硬件電路設計2.1單片機最小系統電路設計2.1.1最小系統總設計單片機最小系統是單片機能夠工作起來的最基本的配置要求，針對類似于51單片機這種沒有內部晶振的控制芯片來說，最小系統的構成包括晶振電路、復位電路、電源和單片機，復位電路好通過單片機的RST引腳和單片機相互連接，晶振電路通過單片機的XTAL1和XTAL2連接。這幾個模塊的具體連接圖如2.1所示：圖2.1單片機最小系統單元2.1.2晶振電路設計對于時鐘電路中晶振源的選取是一個非常難以抉擇的事情。雖然越高頻率的時鐘信號越有利于程序的快速運行,也可以實現更高的信號采樣頻率,但是這樣對整體設計系統要求特別高,這方面不做太多要求,所以選用常用的11.0592MHZ晶振。當然晶振電路還需要兩個電容。具體電路如圖2.2所示：圖2.2晶振電路2.1.3復位電路設計系統在運行的過程中，不乏會出現程序拋錨、系統死機的情況，那么當遇到這種情況時，我們可以通過斷電重啟的方式完成系統的回復工作，但是頻繁的斷電重啟對系統的損害較大。所以必須有新的方法解決系統拋錨、死機的問題，因此復位電路就隨之誕生，常見的復位電路由手動復位和上電復位，本系統選用手動復位在系統出現死機狀態(tài)下對系統進行復位操作。手動復位電路由按鍵、電容、電阻之間串并聯組成。具體如圖2.3所示：圖2.3復位電路2.2霓虹燈電路霓虹燈電路作為本系統的控制對象是本系統中最主要的一部分內容，實際生活中的霓虹燈由許許多多的發(fā)光二極管構成，本文只是設計一個控制系統，因此通過八個發(fā)光二極管模擬即可，八個發(fā)光二極管的顏色分別為紅色燈、綠色燈、藍色燈、黃色燈、白色燈、粉色燈、紫色燈、青色燈，發(fā)光二極管的陰極直接連接到單片機的IO口上，陽即連接1K電阻，再連接到電源正極上。這里接1K電阻的目的是為了防止電流過大損壞二極管，具體電路如圖2.4所示： 圖2.4霓虹燈電路2.3顯示器電路設計本次設計采用LCD1602液晶顯示屏顯示霓虹燈控制系統的工作模式，霓虹燈控制系統的閃爍頻率，霓虹燈控制系統的工作時長。LCD1602的GND引腳和VCC引腳接低電平。VEE引腳接滑動變阻器的滑動端用于調節(jié)屏幕對比度，RW接單片機的P10口用于讀寫選擇，RW接單片機的P11口，用于選擇數據讀寫還是命令讀寫。EN用于顯示屏的使能。D0-D7是數據傳輸端口。具體的硬件連接電路如圖2.5：圖2.5顯示電路2.4按鍵輸入電路設計本設計一共包括三個按鍵，S1的功能是設置閃爍模式（閃爍的燈的個數），S2的功能是設置工作時長，即霓虹燈控制系統需要閃爍的總時間。S3的功能是設置閃爍的快慢程度。單片機是如何檢測到那個按鍵被按下呢？根據按鍵電路的連接方法，很容易得到，當某個按鍵按下時，相應的單片機的IO口為低電平，單片機通過查詢的方式檢測到該低電平時，系統就可以得到那個按鍵被按下，單片機執(zhí)行相應的動作，即根據按鍵輸入的功能進行工作。按鍵連接電路如圖2.6：圖2.6按鍵電路2.5本章小結本章節(jié)作文系統設計的第二部分內容—硬件電路設計，該部分受限從系統控制芯片的最小系統說起，分別論述了最小系統的整體構成，最小系統的局部晶振電路和復位電路等，其次介紹了本文中最重要的部分霓虹燈電路設計，最后介紹了人接接口部分即顯示屏電路和按鍵電路，系統通過按鍵電路完成使用者的輸入，通過顯示屏電路顯示當前的工作內容，整張內容是在EAD軟件上完成設計的。3.軟件設計3.1主程序設計單片機在程序編寫的時候，常常是通過查詢的方式，該程序主要是工作在一個死循環(huán)當中，但是在進入到死循環(huán)之前，系統首先需要進行初始化，這里的初始化包括定時器初始化、工作模式初始化以及LCD顯示初始化等，然后進入到死循環(huán)，進行按鍵掃描，并將當前的工作模式顯示到屏幕上，霓虹燈電路將按照設定的工作模式進行工作，最后判斷工作時間是否結束，如果結束則關閉霓虹燈，否則霓虹燈繼續(xù)工作。如圖3.1所示。圖3.1主程序流程圖3.2LCD液晶顯示程序設計本次設計采用LCD1602液晶顯示屏顯示霓虹燈控制系統的工作模式，霓虹燈控制系統的閃爍頻率，霓虹燈控制系統的工作時長。顯示程序流程圖如3.2所示。圖3.2顯示程序流程圖3.3定時器中斷程序設計由于本系統需要采用定時器的方式完判斷工作時間和閃爍頻率，因此系統軟件的初始化時就包括了定時器的初始化。定時器初始化完成后，控制芯片啟動定時器之后，定時器寄存器計滿溢出后，自動進入到定時器中斷子函數中，重載寄存器初始值，然后判斷工作時間是否結束，如果結束，則跳出定時器子程序，否則再次判斷是否到達閃燈時間（即閃爍頻率）如果是則啟動霓虹燈電路，否則返回主程序。具體程序流程見圖3.3。圖3.3定時器中斷子程序流程圖3.4按鍵檢測程序設計本設計一共包括三個按鍵，S1的功能是設置閃爍模式（閃爍的燈的個數），S2的功能是設置工作時長，即霓虹燈控制系統需要閃爍的總時間。S3的功能是設置閃爍的快慢程度。但是這幾個按鍵的軟件編程思想是一致的。單片機通過查詢的方式判斷當前是否有按鍵按下，如果有則等待10ms，等待的這個10ms為防抖工作，10ms后若按鍵仍然處于按下狀態(tài)，則系統會執(zhí)行按鍵的功能設置亮燈時間或者設置閃爍模式或者設置閃爍頻率。程序流程圖如3.4。圖3.4按鍵檢測程序流程圖3.5本章小結本章作為系統設計中的第三部分內容—軟件設計部分，本章主要講了主程序設計思路、定時器程序設計思路、顯示程序設計和按鍵程序設計等。軟件設計是系統中最具有發(fā)揮空間的一部分內容，不像硬件電路，一些常見的硬件電路都是一些固定的連接方式，但是軟件不一樣，軟件編寫的方法、思路很自由很多。但是不同的編寫方法寫出來的軟件應用在系統之后完全不同，好的軟件在系統運行過程中非常穩(wěn)定可靠，而且具有極強的容錯能力。足以看出軟件設計的重要性。4.系統的仿真與驗證4.1仿真圖仿真是基于PC機的計算能力來完成，相當于理想環(huán)境，設計一個系統通過完成仿真，再到最終的實物。這樣不僅節(jié)約成本而且易于測試驗證。除了顯示屏略微有所差別之外，本系統的仿真內容集合預設的系統功能，本文需要仿真三個方面的內容，即：1）不同工作時長；2）不同工作頻率；3）不同工作模式。具體仿真圖如圖4.1所示。圖4.1仿真圖4.2結果分析本文需要仿真三個方面的內容，即：1）不同工作時長；2）不同工作頻率；3）不同工作模式。下面就三種狀態(tài)內容分別分析：1）不同工作時長首先，根據畢業(yè)設計的任務書要求，本系統需要具備設計的霓虹燈控制系統的工作時間是可變的，而且可以通過按鍵來隨時設置，本作者通過下圖中顯示屏顯示的字符可以明顯可到兩幅圖的工作時間長短不一樣，其中的一個的工作時間長度為1小時，顯示屏上顯示的是“worktime:1h”，具體內容在圖4.2(1)已經注明。另一個的工作時間長度為2小時，顯示屏上顯示的是“worktime:2h”，具體內容在圖4.2(2)已經注明。圖5.2不同工作時長(1) 圖4.2不同工作時長狀態(tài)圖2）不同工作頻率其次，根據畢業(yè)設計的任務書要求，本系統需要具備設計的霓虹燈控制系統的工作頻率是可調的，而且可以通過按鍵來隨時設置，本作者通過下圖中顯示屏顯示的字符可以明顯可到兩幅圖的工作頻率長短不一樣，其中的一個的工作頻率為2秒閃爍一次，顯示屏上顯示的是“fre:2s”，具體內容在圖4.3(1)已經注明。另一個的工作頻率為4秒閃爍一次，顯示屏上顯示的是“fre:4s”，具體內容在圖4.3(2)已經注明。圖5.2不同工作頻率狀態(tài)圖(1)圖4.3不同工作頻率狀態(tài)圖3）不同工作模式最后，根據畢業(yè)設計的任務書要求，本系統需要具備設計的霓虹燈控制系統的工作模式是可換的，而且可以通過按鍵來隨時設置，本作者通過下圖中顯示屏顯示的字符可以明顯可到兩幅圖的工作模式不一樣，其中的一個的工作模式是一次亮兩個燈。顯示屏上顯示的是“mod:dou”，具體內容在圖4.4(1)已經注明。另一個的工作模式是一次亮兩個燈。顯示屏上顯示的是“mod:sin”，具體內容在圖4.4(2)已經注明。圖4.4無水狀態(tài)圖圖4.4無水狀態(tài)圖4.3本章小結本章是霓虹燈控制系統設計中的最后一部分內容，即為系統仿真部分，系統仿真是系統調試環(huán)節(jié)中最為重要的內容，本文首先在protues軟件上進行仿真總圖的搭建工作，完成并檢查所有線路連接均沒有問題后開始將軟件程序的hex文件導入到仿真系統的單片機中，分別仿真了系統的不同工作時長、系統的不同工作頻率以及系統的不同工作模式，仿真的結果均和預期的霓虹燈控制系統功能一致，至此本設計的所有工作基本全部完成。總結市夜景是一個城市繁榮的重要體現，而霓虹燈作為夜景的標志性景觀，在宣傳展示城市風采、豐富城市景觀、娛樂市民生活和推動城市發(fā)展方面起著直接或間接的作用。本課題主要著眼于霓虹燈的有效控制使用。本文設計了基于單片機的高層建筑夜景景觀霓虹燈系統，系統一共包含了四個模塊。首先是對整個系統工作提供電源的部分，即電源模塊。該系統采用5V供電；然后是兩個主要的人機接口模塊。即按鍵電路和顯示屏，系統使用者通過按鍵輸入信號、系統通過顯示屏反饋系統。最后是霓虹燈模塊，這個模塊用于系統的作用輸出端。本系統的主要工作流程是使用者通過按鍵電路對系統的工作模式、霓虹燈的閃爍頻率以及工作時長進行設置選擇，然后設置的內容會出現在顯示屏上，霓虹燈電路進行相應的工作。本系統雖然相對于其他控制系統來說具有頻率可調，時間可定的功能，但是系統也存在許多不足的地方，比如亮度不同調節(jié)，后續(xù)可以通過PWM控制技術對霓虹燈的亮度進行調節(jié)，也可增加一些語言控制之類的，使之更加便捷，容易使用。

致謝三年的時間，感覺過的飛快，感覺剛進學校還是昨天，這么快就到了寫論文畢業(yè)的時候了，論文的完成離不開老師和同學的幫助，在這次寫論文的過程中，我感覺學到了好多之前學得不到的東西，首先在論文的撰寫過程中學習到了很多使用word等軟件的技巧，發(fā)現了我的很多不足。也遇到了很多困難讓我畏懼前行，但是在努力的研究下，論難還是克服了。讓我在以后的人生中也明白的些許道理。感謝我論文的導師，在我遇到困難的時候，總是會放下手頭的活來為我細細講解，讓我發(fā)現我不足的地方去克服，無論是理論還是技巧都會為我一一的講解。沒有老師的耐心指導我是肯定完成不了我的論文的。還有我的舍友們，每當我問道他們問題的時候總會有耐心的去發(fā)現我的不足，尤其是技巧等方面給了我很大的幫助。

參考文獻[1]李偉.嵌入式系統低功耗設計[J].煤炭技術,2018,29(10):44-45.[2]李素兵．基于PLC和LED的景觀照明控制系統設計[M]：碩士學位論文．西安：西安電子科技大學，2013.[3]劉志立，基于DALI的LED照明控制系統設計及可靠性分析[M]：碩±學位論文．哈爾濱：哈爾濱理工大學,2012.[4]尹紀庭．LED景觀燈照明智能控制系統[M]：碩±學位論文．上海：上海大學，2013.[5]蔣曉化結合ZigBee和G