流水燈課程設(shè)計報告
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1、概述
隨著科學技術(shù)水平的不斷向前提高以及社會經(jīng)濟的不斷向前發(fā)展，人們越來越意識到廣告宣傳的重要性，越來越多的豐富多彩、新穎奪目的LED廣告宣傳牌充斥在城市的公共場所中，為燈紅酒綠的城市增加了炫目多姿的色彩。這些LED廣告宣傳牌動態(tài)顯示的背后，則是以流水燈的原理為基礎(chǔ)，以單片機為控制核心，按照廣告商的宣傳需求，通過炫目的多彩和新穎的方式來吸引人們的眼球來完成廣告宣傳。
基于單片機的流水燈的設(shè)計，主要是以單片機為控制核心，通過自身的數(shù)據(jù)輸入輸出端口完成與流水燈顯示電路的數(shù)據(jù)聯(lián)通，通過內(nèi)部的程序運行來實現(xiàn)對流水燈顯示電路的動態(tài)控制，進而實現(xiàn)顯示電流的循環(huán)亮滅的操作。
所以對于基于單片機的流水燈系統(tǒng)的深入研究與學習對于學習單片機控制系統(tǒng)以及LED廣告宣傳系統(tǒng)的工作機制進來說具有非常重要的現(xiàn)實意義。
2、基于單片機的流水燈的系統(tǒng)電路
流水燈的顯示電路就是多個二極管通過一端公共連接而構(gòu)成的顯示電路，并將另一端分別與單片機的多個數(shù)據(jù)輸入輸出端口進行連接，當單片機向這些端口發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)時，根據(jù)二極管的工作特性，從而實現(xiàn)對其的亮滅控制。當然，單片機工作還需要復位電路和晶振電路配合單片機芯片構(gòu)成單片機工作的最小系統(tǒng)，從而滿足單片機正常工作的基本條件。
如圖1所示，為基于單片機的流水燈控制系統(tǒng)硬件電路圖，該硬件電路以AT89C51為基本的控制核心，實現(xiàn)對8為二極管流水燈顯示電路的亮滅控制。
該控制系統(tǒng)是以AT89C51為系統(tǒng)的控制單片機，它是美國ATMEL公司生產(chǎn)的高性能的CMOS 8位處理器，同時配備了豐富的硬件資源，有128字節(jié)的RAM供用戶使用，并提供2個16為定時器/計數(shù)器完成定時和計數(shù)的工作以及32根數(shù)據(jù)輸入輸出端口來單片機與外部電路的數(shù)據(jù)連通的工作。
8位二極管構(gòu)成的流水燈顯示電路是用共陽極的連接方法來構(gòu)成的顯示電路的。常見的LED顯示燈電路中的二極管連接方法有兩種，一種是共陽極連接，一種是共陰極連接，它們是根據(jù)顯示電路中二極管公共連接的方式來決定的。共陽極接法就是將構(gòu)成LED顯示電路的二極管的陽極接在一起構(gòu)成公共端，共陰極接法就是將LED顯示電路中的二極管的陰極接在一起構(gòu)成公共端。
對于共陽極接法的顯示電路來說，如果在該端實施低電壓（零電壓），對于共陰極接法的顯示電路來說，如果在該端實施高電壓，那么無論在另外一段如何控制電壓都不能使該顯示電路亮滅，從而實現(xiàn)了通過對該公共端的電壓的改變對整個LED顯示電路的進行控制。當公共端施加了使能電壓后，通過對該顯示電路中的某個二極管進行控制從而實現(xiàn)了對顯示電路的二極管亮滅控制。
圖1中所示的流水燈顯示電路為共陽極接法的LED顯示電路，通過施加Vcc電壓，可以是LED顯示電路中的所有二級管一直處在使能狀態(tài)，從而配合的單片機控制完成流水燈的設(shè)計。
3、基于單片機的流水燈的流程控制
流水燈就是按照一定的順序和規(guī)則，按照人們的意愿有序地亮滅，通過人的視覺誤差從而形成流水狀的狀態(tài)。
基于單片機的流水燈系統(tǒng)設(shè)計，以圖1為基本的硬件電路，根據(jù)人們的.意愿來編寫程序代碼，通過單片機定時向P1端口發(fā)送控制信號數(shù)據(jù)，從而對流水燈顯示電路的二極管亮滅的控制，實現(xiàn)流水燈的效果。
由于本文中采取的是流水燈顯示電路采用的是共陽極的接法，所以在針對一個二極管亮滅的控制情況下，主要是是向該端口發(fā)送低電壓數(shù)據(jù)即可使該二極管發(fā)亮，依次類推，即可實現(xiàn)流水燈的現(xiàn)象。
但是值得注意的是，由于人類研究對于視覺具有暫留的特性，如果緊鄰的兩個二極管的亮滅交替時間間隔太少，在人眼觀察下就會是持續(xù)亮的狀態(tài)，達不到流水燈的效果，所以設(shè)計的時間間隔要滿足一定的要求。
對于流水燈的實現(xiàn)上有很多方法，其中循環(huán)移位法是相對比較簡單的控制方法，即對8位二極管的亮滅信號控制字進行循環(huán)移位來實現(xiàn)流水燈的方法。
以緊鄰兩個二極管亮滅時間間隔為0.5s為例，對基于單片機的流水燈系統(tǒng)的控制流程進行偽代碼設(shè)計如下：
a，對單片機的定時器/計數(shù)器進行初始化，包括定時器/計數(shù)器的選擇，工作方式選擇等初始化工作。
b，設(shè)定二極管亮滅控制變量V_number，并賦值為0xFE（該值是對高7位的二極管的陰極設(shè)定為高電壓，對最后一位的二極管的陰極設(shè)定為低電壓，從而實現(xiàn)最后一個二極管亮，其他二極管滅的初始狀態(tài)）。
c，將V_number賦值到P1端口。
d，對定時器/計數(shù)器進行初始值設(shè)定（定時0.5s）并開始計時知道結(jié)束。
e，對V_number進行循環(huán)移位操作并將結(jié)果重新賦值給V_number。
f，跳到步驟c
根據(jù)上述流程，即可實現(xiàn)對P1端口輸出控制數(shù)據(jù)的循環(huán)變化，實現(xiàn)共陽極的二極管顯示電路的流水燈現(xiàn)象。
4、總結(jié)
基于單片機的流水燈系統(tǒng)的設(shè)計，主要是以51單片機為控制核心，配備8位共陽極接法的二極管顯示電路，通過定時器/計數(shù)器的定時以及對連接8位二級管顯示電路的P1端口進行循環(huán)移位賦值，從而實現(xiàn)對二極管顯示電路的亮滅自動控制，實現(xiàn)流水燈現(xiàn)象。
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