【正文】 靠的控制。在具體應(yīng)用時，人們只要按計算機語言來編制相應(yīng)的程序，就能實現(xiàn)控制霓虹燈的訊號變化。使用電子學(xué)新技術(shù)來完成霓虹燈的控制，是當前霓虹燈技術(shù)發(fā)展的新趨勢，它不但已得到有效的使用和受到人們的青睞，而且隨著電子學(xué)技術(shù)的不斷進步，優(yōu)質(zhì)電子元件加工成本的進一步下降，電子式霓虹燈控制技術(shù)一定還會得到更廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)生新的突破。 國內(nèi)外霓虹燈控制技術(shù)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外常用的霓虹燈動態(tài)掃描方式：(1)控制變壓器高壓端回路，采用高壓跳機。(2)控制變壓器低壓端回路，采用滾筒式閃爍控制器，俗稱滾筒。(3)電子程序式控制回路前面的兩種其實都是機械式，優(yōu)點是控制簡單、成本低廉。但缺點同樣明顯，主要體現(xiàn)在以下幾點:(1)由于電接觸點是銅皮對銅塊滑動式硬磨擦接觸，如果松緊調(diào)節(jié)不當，會影響其使用及其壽命。(2)由于銅觸點接觸面積有限，不能流過5A以上的電流。大電流工作時，必須再驅(qū)動交流接觸器才能可靠地工作。且成本高，也很麻煩。(3)工作時電路的一通一斷沖擊電流可使觸點拉弧，產(chǎn)生高頻輻射，從而干擾無線電和電視信號。而電子式程序控制器則克服了上述缺點，廣泛用于現(xiàn)代的霓虹燈控制中。 課題開發(fā)的意義由上述知電子式程序控制器廣泛用于現(xiàn)代的霓虹燈控制之中，而對于電子程序式控制器按其功率驅(qū)動單元來分，有電磁繼電器式和固態(tài)繼電器式(可控硅、功率晶體管等)，電子程序式控制器按其邏輯控制方式分，有智能式包括單片機控制和可編程控制器，以及非智能式機械滾筒式控制器。非智能式控制器用的是電刷容易打火，可靠性比較差，實現(xiàn)復(fù)雜控制困難，只能用于小型霓虹燈廣告牌。本文介紹的霓虹燈控制器屬于單片機智能控制器，可適用于大、中、小型各種霓虹燈牌面，可根據(jù)用戶要求，通過修改參數(shù)，控制任何復(fù)雜程度變化的圖案。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書2 總體方案設(shè)計 設(shè)計思想的由來 隨著城市建設(shè)和市場經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市的美化和日益激烈的廣告競爭越來越得到社會的關(guān)注．作為城市裝飾和廣告宣傳的霓虹燈的需求量也越來越大。過去霓虹燈控制器多采用EPROM和相應(yīng)的邏輯電路來完成，現(xiàn)在也有采用一些專用霓虹燈控制芯片的控制器。前者所需電路較多，制作不易改變，且所需控制的霓虹燈路數(shù)越多，擴展起來也比較繁雜；而后者由于電路已作定，控制方式不能任意改變，功能較為單一。本文介紹的霓虹燈單片機控制器采用的是美國ATMEL公司生產(chǎn)的單片微機AT89C51作控制芯片，附加少許電路，通過設(shè)定參數(shù)可任意改變霓虹燈的變化花樣和控制路數(shù)。 設(shè)計構(gòu)思控制器的基本設(shè)計構(gòu)思是：以每個霓虹燈變壓器為控制對象。每個霓虹燈變壓器由控制器輸出的一位二進制代碼來控制。例如，當控制器輸出全 0”（或全“l(fā)”）控制信時，電平觸發(fā)繼電器、霓虹燈變壓器工作，霓虹燈全亮。當控制器發(fā)出全 “l(fā)”（或 “0 ”）控制信號時，繼電器關(guān)斷，變壓器停止工作，霓虹燈全熄。如果控制器每間隔一秒交替發(fā)出全“0”和全“ 1”信號時，霓虹燈將產(chǎn)生交替閃亮的效果，由此可見，每個霓虹燈的亮熄及亮熄時間的長短完全可以由控制器輸出的代碼來控制。 課題設(shè)計框圖 LED顯示部分 外部時鐘 穩(wěn)壓電源 ISP接口 單片機控制部分AT89C51芯片 驅(qū)動部分 74LS245 圖21 系統(tǒng)總體框圖設(shè)計框圖說明：（1）穩(wěn)壓電源提供本控制器正常工作所需電壓，包括單片機、驅(qū)動芯片、繼電器等。（2）通訊接口—提供單片機與PC機的通訊平臺，此平臺便是設(shè)定和修改參數(shù)以實現(xiàn)霓虹燈不同花樣變化，所以通訊接口部分顯得異常重要；（3）單片機—霓虹燈控制器的核心部分，定時、數(shù)據(jù)存儲、程序存儲等主要功能都由它來完成。（4）驅(qū)動電路—驅(qū)動繼電器功率控制板；3 主要電子器件簡介 單片機簡介 單片機的發(fā)展歷史單片機也被稱為微控制器（Microcontroller），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴格的控制設(shè)備當中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。 　如果將8位單片機的推出作為起點，那么單片機的發(fā)展歷史大致可分為以下幾個階段：（1） 第一階段（19761978）：單片機的控索階段。以Intel公司的MCS – 48為代表。MCS – 48的推出是在工控領(lǐng)域的控索，參與這一控索的公司還有Motorola 、Zilog等，都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單片機”一詞即由此而來。 （2）第二階段（19781982）單片機的完善階段。Intel公司在MCS – 48 基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機系列MCS –51。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機體系結(jié)構(gòu)。 ①完善的外部總線。MCS51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有很多機通信功能的串行通信接口。 ②CPU外圍功能單元的集中管理模式。③體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。 ④指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。 （3）第三階段（19821990）：8位單片機的鞏固發(fā)展及16位單片機的推出階段，也是單片機向微控制器發(fā)展的階段。Intel公司推出的MCS – 96系列單片機，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機的微控制器特征。隨著MCS – 51系列的廣應(yīng)用，許多電氣廠商競相使用80C51為內(nèi)核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道A/D轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機中，增強了外圍電路路功能，強化了智能控制的特征。 （4）第四階段（1990—）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機在各個領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力的8位/16位/32位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。 單片機的組成和特點 單片機是微型機的一個主要分支，在結(jié)構(gòu)上的最大特點是把CPU、存儲器、定時器和多種輸入/輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。就其組成和功能而言，一塊單片機芯片就是一臺計算機。 1. 單片機的組成 單片機通過內(nèi)部總線把計算機的各主要部件接為一體，其內(nèi)部總線包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。其中，地址總線的作用是在進行數(shù)據(jù)交換時提供地址，CPU通過它們將地址輸出到存儲器或I/O接口；/數(shù)據(jù)總線的作用是在CPU與存儲器或I/O接口之間，或存儲器與外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)；控制總線包括CPU發(fā)出的控制信號線和外部送入CPU的應(yīng)答信號線等。單片機中的CPU、存儲器等部件將在后面章節(jié)陸續(xù)介紹。 2. 單片機的特點 由于單片機的這種結(jié)構(gòu)形式及它所采取的半導(dǎo)體工藝，使其具有很多顯著的特點，因而在各個領(lǐng)域都得到了迅猛的發(fā)展。單片機主要發(fā)如下特點：（1）有優(yōu)異的性能價格比。（2）集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。（3）控制功能強。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。（4）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。（5）外部總線增加了I C（InterIntegrated Circuit）及SPI（Serial Peripheral Interface）等串行總線方式，進一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)。（6）單片機的系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 單片機的應(yīng)用 由于單片機具有顯著的優(yōu)點，它已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類生活的得力助手。它的應(yīng)用遍及各個領(lǐng)域，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 1. 單片機在智能儀表中的應(yīng)用單片機廣泛地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測量的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。 2. 單片機在機電一體化中的應(yīng)用機電一體化是械工業(yè)發(fā)展的方向。機電一體化產(chǎn)品是指集成機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)于一體，具有智能化特征的機電產(chǎn)品，例如微機控制的車床、鉆床等。單片機作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強等優(yōu)點，可大大提高機器的自動化、智能化程度。 3. 單片機在實時控制中的應(yīng)用單片機廣泛地用于各種實時控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測控、航空航天、尖端武器、機器人等各種實時控制系統(tǒng)中，都可以用單片機作為控制器。單片機的實時數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 4. 單片機在分布式多機系統(tǒng)中的應(yīng)用在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機系統(tǒng)。多機系統(tǒng)一般由若干臺功能各異的單片機組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機在這種系統(tǒng)中往往作為一個終端機，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點上，對現(xiàn)場信息進行實時的測量和控制。單片機的高可靠性和強抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。 5. 單片機在人類生活中的應(yīng)用自從單片機誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機、電冰箱、電子玩具、收錄機等家用電器配上單片機后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛。單片機將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。 綜合所述，單片機已成為計算機發(fā)展和應(yīng)用的一個重要方面。另一方面，單片機應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。 AT89C51簡介 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。1. AT89C51芯片的特點：與MCS51 兼容　　4K字節(jié)可編程閃爍存儲器　　壽命：1000寫/擦循環(huán)　　數(shù)據(jù)保留時間：10年　　全靜態(tài)工作：0Hz24MHz　　三級程序存儲器鎖定　　1288位內(nèi)部RAM　　32可編程I/O線　　兩個16位定時器/計數(shù)器　　5個中斷源　　可編程串行通道　　低功耗的閑置和掉電模式　　片內(nèi)振蕩器和時鐘電路2. 引腳說明AT89C51的引腳如圖31所示： 圖31 AT89C51引腳圖VCC：供電電壓?！　ND：接地?！　0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高?！　1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故?！　3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：　　　　 RXD（串行輸入口）　　 TXD（串行輸出口）　　 /INT0（外部中斷0）　　 /INT1（外部中斷1）　　 T0（記時器0外部輸入）　　 T1（記時器1外部輸入）