1、引言

隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色霓虹燈。LED彩燈由于其豐 富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應(yīng)用，用 彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時尚。但目前市場上各式樣的LED彩燈控制器大多數(shù)用全硬件電路實現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一，這樣一旦制作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同場合、不同時間段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時間、模式、閃爍頻率等動態(tài) 參數(shù)。這種彩燈控制器結(jié)構(gòu)往往有芯片過多、電路復(fù)雜、功率損耗大等缺點。此外從功能效果上看，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。因此有必要對現(xiàn)有的彩燈控制器進(jìn)行改進(jìn)。

本文提出了一種基于AT89C51單片機的彩燈控制方案，實現(xiàn)對LED彩燈的控制。本方案以AT89C51單片機作為主控核心，與鍵盤、顯示、驅(qū)動等模塊組成核心主控制模塊。在主控模塊上設(shè)有8個按鍵和5位七段碼LED顯示器，根據(jù)用戶需要可以編寫若干種亮燈模式，利用其內(nèi)部定時器T0實現(xiàn)一個基本單位時間為5 ms的定時中斷，根據(jù)各種亮燈時間的不同需要，在不同時刻輸出燈亮或燈滅的控制信號，然后驅(qū)動各種顏色的燈亮或滅。該新型LED彩燈及其控制器是上海某公司委托開發(fā)產(chǎn)品，產(chǎn)品實際應(yīng)用效果較好，亮燈模式多，用戶可以根據(jù)不同場合和時間來調(diào)節(jié)亮燈頻率和亮燈時間。與普通LED彩燈相比，具有體積小、價格低、低能耗等優(yōu)點。？

摘要：介紹了一種新型的LED彩燈控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，以AT-89C51單片機作為主控核心，與按鍵、顯示器等較少的輔助硬件電路相結(jié)合，利用軟件實現(xiàn)對LED彩燈進(jìn)行控制。本系統(tǒng)具有體積小、硬件少、電路結(jié)構(gòu)簡單及容易操作等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：LED彩燈；AT89C51單片機；彩燈控制器；模塊設(shè)計

2、系統(tǒng)功能

新型LED彩燈分為2部分，即彩燈控制器（主控模塊）和管內(nèi)LED板模塊（受控模塊）。彩燈控制器可直接與220 V交流市電相連接，經(jīng)過開關(guān)電源變換，輸出直流工作電壓，一方面為管內(nèi)LED模塊提供12 V工作電源，另一方面為主控模塊單片機系統(tǒng)（彩燈控制器）提供5 V工作電源。整個系統(tǒng)工作由軟件程序控制運行，根據(jù)需要，用戶可以在LED彩燈工作時通過主控模塊上的按鍵來設(shè)定亮燈時間和燈光閃動頻率。

上電后系統(tǒng)經(jīng)過初始化，查詢是否有功能切換鍵按下：有，則進(jìn)入用戶設(shè)定模式狀態(tài)；無，則進(jìn)入默認(rèn)缺省工作狀態(tài)。在用戶設(shè)定模式狀態(tài)下，用戶可以根據(jù)個人愛好及不同場合的需要來指定調(diào)用哪些模式，并且可以改變每種模式的時間Ti、頻率Fi參數(shù)，如果用戶想進(jìn)入缺省狀態(tài)模式，只需按一下功能切換鍵即可跳入缺省模式，程序會自動順序調(diào)用亮燈模式；在缺省工作狀態(tài)下，LED彩燈控制器按照程序設(shè)定好的若干亮燈花樣模式程序Model_i順序調(diào)用往下走，從第Model_1模式開始工作，自Model_1到Model_2……到Mod el_n為一個亮燈周期，然后再回到Model_1循環(huán)繼續(xù)工作，同樣如果想進(jìn)入用戶設(shè)定模式狀態(tài)，只需按下功能切換鍵即可。整個n種亮燈模式時間可以看作一個大周期T，其中的每一種花樣工作模式Model_i（i=1，2，…，n）時間為小周期Ti，對于每一個模式編寫一個獨立工作子程序Model_i，其中設(shè)定了LED三色燈（紅、綠、藍(lán)）的點亮?xí)r刻（RED_on，GREEN_on，BLUE_on）和熄滅時刻（RED_off，GREEN_off，BLU E_off），以及模式工作時間Ti以及該模式LED閃爍頻率Fi。5位七段碼顯示器的前2位（L1，L2）顯示當(dāng)前工作模式的序號Model_i；后3位（L3，L4，L5）七段碼 顯示三色LED的工作狀態(tài)，若該顏色燈點亮則對應(yīng)七段碼顯示位為“1”，反之熄滅時則顯示位為“滅”即不顯示，對系統(tǒng)工作狀態(tài)起到了很好的實時監(jiān)控作用。

因此在LED彩燈上電工作后，用戶可以方便地通過主控模塊上的顯示器知道LED彩燈當(dāng)前工作模式Model_i，工作時間Ti，頻率Fi等實時參數(shù)。若實際應(yīng)用需要根據(jù)不同場合和時間來改變彩燈閃亮效果，用戶可以通過主控模塊上的按鍵來設(shè)定LED不同的閃爍頻率Fi和亮燈時間Ti，以便符合實際需要。此外如果用戶對某一種模式感興趣需要仔細(xì)觀看該種亮燈模式，可以通過鍵盤選定任意第Model_i模式使系統(tǒng)循環(huán)重復(fù)工作在該花樣模式下。？

3、硬件設(shè)計

新型LED彩燈系統(tǒng)包括2大部分，即LED彩燈控制器（89C51主控模塊）和LED彩燈管（管內(nèi)LED板模塊）。前者是主控模塊，具有按鍵、顯示等功能，并利用89C51的P口輸出控制信號；后者是受控模塊，上面焊有三色LED彩燈和信號驅(qū)動芯片，模塊置于LED的透明燈管內(nèi)。

3.1、主控模塊電路設(shè)計

主控模塊電路如圖1所示。主控模塊主要設(shè)計器件有89C51，5個七段碼LED顯示器，8個按鍵，2個穩(wěn)壓器（提供12 V，5 V電壓），1個信號輸出驅(qū)動模塊芯片（MC4049）等。通過軟件設(shè)計，使單片機P0口作為三色LED驅(qū)動信號輸出口及移位時鐘CLOCK信號，P3口為按鍵輸入口，P2口、P1口與5位七段碼LED相接作為顯示器的輸出口。

3.2、管內(nèi)LED板模塊設(shè)計

管內(nèi)LED板模塊電路見圖2。管內(nèi)LED板模塊設(shè)計主要器件有LED彩燈（紅、綠、藍(lán)）、移位觸發(fā)模塊芯片CD4076等。根據(jù)實際應(yīng)用彩燈長度需要，可將不同數(shù)量的該管內(nèi)LED模塊實現(xiàn)級連，組成一個完整的LED彩燈。考慮到功率損耗，LED板模塊之間接口處用信號正向驅(qū)動模塊芯片MC4049連接。每個LED板模塊上均勻分布3種顏色 LED燈，在實際制作PCB時采用紅、綠、藍(lán)3色互隔焊接方式，在電路板上把LED發(fā)光管按順序L1（紅）、L2（綠）、L3（藍(lán)）、L4（紅）、L5（綠）、L6（藍(lán)）……依次均勻焊在板上成一條直線。為了得到更多的花樣模式效果，可以使紅綠2種燈從前往后驅(qū)動點亮閃爍，藍(lán)燈從后往前驅(qū)動點亮閃爍，這樣具有很好的動感視覺效果。

4、軟件設(shè)計

新型LED彩燈控制器最大特點在于所有亮燈模式均由軟件控制完成。系統(tǒng)中軟件可以分為主程序和中斷服務(wù)子程序。上電后在缺省狀態(tài)以順序調(diào)用Model_i花樣亮燈模式流程為主程序，以一個單位時間5 ms的T0定時為中斷服務(wù)子程序。在這個5 ms的T0定時基礎(chǔ)上，可以根據(jù)需要來確定各種模式工作時間Ti，以及確定在各種亮燈模式Mode l_i內(nèi)點亮和熄滅各種顏色LED燈的時刻：Red_on，Red_off，Green_on，Green_off，Blue_on，blue_off以及Clock（移位翻轉(zhuǎn)脈沖）等。整個系統(tǒng)軟件由主程序（ Main）、各個模式子程序（Model_i）、5 ms中斷服務(wù)子程序（T0 Interrupt）、鍵盤掃描處理子程序（Key Board）、顯示子程序（Display）等程序組成。利用T0定時器作為定時基本單位，根據(jù)模式需要計算好各控制信號的發(fā)生時刻，根據(jù)不同的模式Mo del_i可以設(shè)定不同的工作時間Ti和脈沖翻轉(zhuǎn)頻率Fi通過P0口輸出，使各色L ED燈的驅(qū)動時刻與移位觸發(fā)的翻轉(zhuǎn)時刻步調(diào)一致，使LED彩燈按照設(shè)計的模式工作。

除了T0定時中斷之外，程序的大部份時間是在處理按鍵的查詢和LED顯示的延時。8個按鍵分別為：4個參數(shù)按鍵（Fi增、減按鍵，Ti增、減按鍵），3個模式改變按鍵（模式上翻UP、模式下翻DOWN、模式保持KEEP），1個功能切換按鍵。在每次的T0定時中斷服務(wù)子程序里，需要對各個時間寄存器和模式寄存器進(jìn)行加1或者清，為主程序查詢作準(zhǔn)備，同時查詢是否已中斷6次（30 ms），若30 ms到了，則對參數(shù)按鍵查詢一次，是否有時間Ti頻率Fi增減鍵按下并進(jìn)行相應(yīng)子程序處理。

主程序除了調(diào)用各種子模式子程序（Model_i），調(diào)用LED顯示子程序（Display）和延時子程序（Delay）之外，還一直保持查詢是否有功能切鍵按下以及是否有模式改變按鍵按下，一旦有功能切換鍵和模式改變鍵按下，就會進(jìn)入相應(yīng)的按鍵處理。？ 主程序流程如圖3所示。亮燈模式子程序Model_i可以編寫若干（n種），只要控制好各色燈觸發(fā)和熄滅時刻就可以組合成各種亮燈效果。Model_i程序流程如圖4所示。

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下面以第一種模式工作為例。

5、結(jié)語

與市面上大多數(shù)的LED彩燈相比，該種彩燈具有更好的燈光裝飾效果，性價比更高，與普通的全硬件LED彩燈相比具有更好的經(jīng)濟效益。應(yīng)用主控模塊輸出的控制信號去控制燈管內(nèi)的L ED板模塊工作，使得產(chǎn)品性能穩(wěn)定，便以安裝容易操作。由于控制程序存儲在89C51單片機 的電可擦除Flash閃存EPROM中，如果用戶需要更改系統(tǒng)的亮燈模式Model_i，無須改變系統(tǒng)硬件電路，只需修改其中程序即可，是一種很有發(fā)展前途的彩燈控制器。