【正文】 AX232 驅(qū)動(dòng)以及激光傳感器來完成系統(tǒng)程序的串燒，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)及系統(tǒng)控制。本系統(tǒng)具 有較高的通用性及很大的使用價(jià)值，并且具有節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、成本低廉等特點(diǎn)。特別是當(dāng)今充滿競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代，各地政府為吸引游客和投資者，在城市的沿街、沿道、沿河、沿線等地用霓虹燈造景，實(shí)施 亮化工程 ，以美化環(huán)境、樹立城市形象。但是目前市場(chǎng)上各種式樣的 LED 彩 燈多半是采用全硬件電路實(shí)現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一，這樣一旦制成成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同場(chǎng)合、不同時(shí)間段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時(shí)間、模式、閃爍頻率等動(dòng)態(tài)參數(shù)。此外從功能上來看，亮燈模式少而且樣式單調(diào)，缺乏用戶可操作性，影響亮燈效果。 本設(shè)計(jì)提出了一種基于 8051 單片機(jī)的 霓虹 燈控制方案，以實(shí)現(xiàn)對(duì) LED霓虹 燈的控制。 在軟件控制方面我們采用 Keil 軟件通過使用 KeilC 進(jìn)行編譯程序，并根據(jù) 用戶需要 編寫若干種亮燈模式 。該新型 LED 霓虹 燈實(shí)際應(yīng)用效果較好，亮燈模式多，用戶可以根據(jù)不同場(chǎng)合和時(shí)間來調(diào)節(jié)亮燈頻率和亮燈時(shí)間。 在本次設(shè)計(jì)中，硬件部分由單片機(jī)系統(tǒng)、 LED 發(fā)光二極管組成。單片機(jī)選用的是 8051 單片機(jī)，利用其中的一個(gè)定時(shí)器設(shè)定燈光閃爍的時(shí)間，時(shí)鐘 電路選用的是 的晶振。由于考慮到單片機(jī) I/O 端口的帶載能力， LED 發(fā)光二極管采用共陽極的接法，用 470Ω的電阻分壓。所以采用定時(shí) 50ms，10 個(gè)定時(shí)中斷燈光進(jìn)行一次亮滅的跳變。 單片機(jī)發(fā)展概述 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路到大（超大）規(guī)模集成電路弓四個(gè)階段，既通常所說的第一代、第二代、第三代和第四代計(jì)算機(jī)。隨著信息技術(shù)革命的深入和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展 ，單片機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，并逐漸發(fā)展成為一門關(guān)鍵的技術(shù)學(xué)科。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。 計(jì)算機(jī)是人類制造的用于信息處理的機(jī)器。 目前，微型計(jì)算機(jī)主要用在以下幾個(gè)方面：數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理與信息加工、計(jì)算機(jī)輔助功能、人工智能、計(jì)算機(jī) 通信、多媒體、計(jì)算機(jī)檢測(cè)和過程控制等。在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、節(jié)約能源、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率、改善生產(chǎn)者勞動(dòng)條件等方面，具有十分重要的作用。 9 1946年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生至今，只有 50年的時(shí)間，依靠微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，從電子 管 —— 晶體管 —— 集成電路 —— 大規(guī)模集成電路，現(xiàn)在一塊芯片上完全可以集成幾百萬甚至上千萬只晶體管，使得計(jì)算機(jī)體積更小，功能更強(qiáng)。 單片機(jī)誕生于 20世紀(jì) 70年代， Fairchid公司研制的 F8單片微型計(jì)算機(jī)。 20世紀(jì) 70年代，微電子技術(shù)正處于發(fā)展階段，集成電路屬于中規(guī)模發(fā)展時(shí)期，各種新材料新工藝尚未成熟，單片機(jī)仍處在初級(jí)的發(fā)展階段，元件集成規(guī)模還比較小，功能比較簡(jiǎn)單，一般均把 CPU、 RAM有的還包括了一些簡(jiǎn)單的 I/O口集成到芯片上， Farichild公司就屬于這一類型，它還需配上外圍的其他處理電路方才構(gòu)成完整的計(jì) 算系統(tǒng)。 1976 年 INTEL 公司推出了 MCS48 單片機(jī)，這個(gè)時(shí)期的單片機(jī)才是真正的 8 位單片微型計(jì)算機(jī)，并推向市場(chǎng)。 在 MCS48的帶領(lǐng)下，其后，各大半導(dǎo)體公司相繼研制和發(fā)展了自己的單片機(jī)，象 Zilog 公司的 Z8 系列。 80 年代，世界各大公司均競(jìng)相研制出品種多功能強(qiáng)的單片機(jī)，約有幾十個(gè)系列， 300 多個(gè)品種，此時(shí)的單片機(jī)均屬于真正的單片化，大多集成了CPU、 RAM、 ROM、數(shù)目繁多的 I/O 接口、多種中斷系統(tǒng)，甚至還有一些帶 A/D 10 轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)，功能越來越強(qiáng)大， RAM 和 ROM 的容量也越來越大，尋址空間甚至可達(dá) 64kB，可以說，單片機(jī)發(fā)展到了一個(gè)全新階段， 目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的 CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。 . 總體方案設(shè)計(jì) 在 本次設(shè)計(jì) 中 ， 硬件部分由單片機(jī)系統(tǒng)、 LED 發(fā)光二極管組成。 單片機(jī)選用的是 8051 單片機(jī)，利用其中的一個(gè)定時(shí)器設(shè)定燈光閃爍的時(shí)間， 時(shí)鐘電路選用的是 的晶振。由于考慮到單片機(jī) I/O 端口的帶載能力， LED 發(fā)光二極管采用共陽極的接法，用 470Ω 的電阻分壓。所以采用定時(shí) 50ms，10 個(gè)定時(shí)中斷燈光進(jìn)行一次亮滅的跳變。 圖 1 單片機(jī)的霓虹燈控制電路原理圖 單 片 機(jī) LED 顯示 電路 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 11 硬件電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng) 標(biāo)準(zhǔn)型 89 系列單片機(jī)是與 MCS51 系列單片機(jī)兼容的 。全靜態(tài)工作為 0~33MHz，有 3 級(jí)程序存儲(chǔ)器加密鎖定，內(nèi)含有 128~256 字節(jié)的RAM、 32 條可編程的 I/O 端口、 2~3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 6~8 級(jí)中斷，此外有通用串行接口、低電壓空閑模式及掉電模式。 8051 在內(nèi)部 采用 40 條引腳的雙列直插式封裝，引腳排列如圖 2 所示 ， 內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖 3 所示。 XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）：外接晶體引腳， XTAL1 和 XTAL2分別接外部晶振一端。在此設(shè)計(jì)中接正常模式按扭。 ． 2 LED概述 LED（ Light Emitting Diode），發(fā)光二 極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。半導(dǎo)體晶片由三部分組成，一部分是 P 型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是 N 型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子，中間5 4 EPROM/ROM 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 運(yùn)算器 控制器 3 2 片內(nèi)振蕩器 RAM/SFP 并行口 存儲(chǔ)器擴(kuò)展控制器 串行口 1 1 XTAL 2 CPU 3中斷 4存儲(chǔ)器 5 I/O 圖 3 AT89C51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖 13 通常是 1 至 5 個(gè)周期的量子阱。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成 PN 結(jié)的材料決定的 。由于具有容易控制、低壓直流驅(qū)動(dòng)、組合后色彩表現(xiàn)豐富、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于城市各工程中、大屏幕顯示系統(tǒng)。 LED 是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體。而商業(yè)化的產(chǎn)品如藍(lán)光及綠光發(fā)光二級(jí)管 LED 及激光二級(jí)管 LD 的應(yīng)用無不說明了 III－ V 族元 素所蘊(yùn)藏的潛能。 LED 的具體結(jié)構(gòu)如圖 4所示： 圖 4 LED 的結(jié)構(gòu)圖 外部時(shí)鐘方式電路 外部時(shí)鐘電路如圖 5所示，它在單片機(jī)的外部通過 XTAL XTAL2這兩個(gè)引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。 14 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29R S T9P 0. 0/ A D 039P 0. 1/ A D 138P 0. 2/ A D 237P 0. 3/ A D 336P 0. 4/ A D 435P 0. 5/ A D 534P 0. 6/ A D 633P 0. 7/ A D 732P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 3. 2/ I N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 7/ R D17P 3. 6 / W R16P 3. 5/ T 115P 2. 7/ A 1 528P 2. 0/ A 821P 2. 1/ A 922P 2. 2/ A 1 023P 2. 3/ A 1 124P 2. 4/ A 1 225P 2. 5/ A 1 326P 2. 6/ A 1 427U1A T 89 C 5 1C130 p FC230 p FX1C R Y S T A L 圖 5 外部時(shí)鐘方式電路圖 手動(dòng)復(fù)位電路 復(fù)位電路分為上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位， RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信號(hào)是高電平有效。 15 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29R S T9P 0. 0/ A D 039P 0. 1/ A D 138P 0. 2/ A D 237P 0. 3/ A D 336P 0. 4/ A D 435P 0. 5/ A D 534P 0. 6/ A D 633P 0. 7/ A D 732P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 3. 2/ I N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 7/ R D17P 3. 6 / W R16P 3. 5/ T 115P 2. 7/ A 1 528P 2. 0/ A 821P 2. 1/ A 922P 2. 2/ A 1 023P 2. 3/ A 1 124P 2. 4/ A 1 225P 2. 5/ A 1 326P 2. 6/ A 1 427U1A T 89 C 5 1C34. 7u FR140 0 圖 6 手動(dòng)復(fù)位電路 MSC51芯片簡(jiǎn)介 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051 是 MCS51 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表 性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。 中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM) 8051 內(nèi)部有 128 個(gè) 8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和 128個(gè)專用寄存器單元，它們 是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 程序存儲(chǔ)器 (ROM)： 8051 共有 4096 個(gè) 8 位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 (ROM)： 8051 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 并行輸入輸出 (I/O)口： 8051 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。 全雙工串行口： 8051 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 中斷系統(tǒng)： 8051 具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。 時(shí)鐘電路： 8051 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但 8051 單片機(jī)需外置振蕩電容。 INTEL的 MCS51 17 系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16 位的 MCS96 系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 圖 8 MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCS51 的引 腳說明： MCS51 系列單片機(jī)中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置， 40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4組 8位共 32 個(gè) I/O 口，中斷口線與 P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明： 如圖 33