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摘 要： 国内的一些主要城市大多使用传统的单一循环式的彩灯控制器，但因为其功能单一，浪费现象严重，既不方便又不实用，有被淘汰的趋势。取而代之的是新一代的单片机功能实现的控制器，其选择功能更多，人们已经开始研究基于单片机、芯片处理技术方面的平面循环彩灯控制器，并且已有一些线路投入运行。本设计采用STC89C52单片机作为控制核心，主要包括控制模块、LED模块、键盘模块组成。LED采用内嵌红、绿、蓝三色灯，通过单片机进行组合三色光得到七种不同颜色的光。设置四个按键，用户可通过按键颜色选择、闪烁频率选择、复位等操作。LED采用心形排列，开机后初始化为稳定的红色，用户可通过按键进行不同颜色和不同闪烁频率。
关键词： STC89C52单片机 LED 键盘
LED彩灯与传统的LED相比，色彩更丰富，能够传达出更多的信息。国内的一些城市采用传统的单一循环式的彩灯控制器，但因为其功能单一，浪费高，又不方便实用而渐趋淘汰，取而代之的是新一代的单片机功能实现的控制器，它更适合于在中小城市普遍推广使用。
单片机，即将计算机的CPU，RAM，ROM，定时/计数器和多种输入输出接口集成在一块芯片上，形成了芯片级的计算机。它拥有优异的性价比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗的显著优点。主要应用于智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化和消费电子类产品等方面，并且取得了显著的成果。本设计将使用单片机对LED控制实例化，设计一个32颗LED组成心行形状，核心控制器给出相应的控制数据对32只高亮LED进行控制。颜色显示采用的是内嵌三种颜色的LED进行不同的组合得到不同的颜色，如绿色和红色组合可以得到蓝色等。
1.系统总体设计
本设计是基于STC89C52单片机的LED彩灯控制设计。硬件电路设计包括基于STC89C52单片机的最小核心控制系统电路、LED彩灯模块、键盘电路和电源电路。软件设计主要包括LED彩灯的控制、键盘对LED颜色和频率的控制。最终将两者合并调试，完成最终的设计。系统将外接的5V直流系统供电，通过单片机软件编程对LED和键盘实施控制以完成各种色彩变化。
2.单片机最小系统
单片机能够正常工作的最基本的电路由单片机、时钟电路、复位电路等组成。复位电路：确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。本设计采用上电自动复位。时钟电路由一个晶振和两个小电容组成，用来产生时钟频率。STC89C52单片机芯片内部有一个反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡器电路的输入端和输出端，时钟可由内部和外部生成，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择11.0592MHz，电容值取30PF，电容的大小频率起微调的作用。STC89C52单片机的最小系统如图1所示。
图1 单片机最小系统
3.电源模块电路
本次设计的系统中的电源模块使用LM7805芯片作为稳压核心，为系统提供稳定的 5V直流电源，保证系统正常顺利地运行。电源模块电路原理图如图2所示：
图2 电源模块电路原理图
4.LED显示电路
流水灯采用的是发光二极管（Light-Emitting Diode），简称LED，是一种将电能转换为光能的半导体器件，具有体积小、耗电低的优点，常被用作微型计算机与数字电路的输出装置。当LED两端加上一定的正向电压，使之流过一定的工作电流就会发光，其亮度随流过的电流的增加而增加，但电流过大LED的寿命也将缩短。普通LED正向电流一般为5～20mA。由于51的I/O是弱上拉的方式，在输出高电平时，只能输出几十微安的电流，而在输出低电平时，I/O最大可以输入几十毫安的电流。所以，通常采用灌电流的方式，即电流从电源经LED流向I/O口。为了不因流过LED的电流太大而把它烧坏，必须串上限流电阻R，当P0和P2口输出高电平（ 5V）时，LED两端没有电压降，所以熄灭；当P0和P2口输出低电平（即P0/P2=0）时，LED正向导通发光。此时LED两端电压约为1.7V，则限流电阻R两端将存在3.3V（即5-1.7=3.3V）。因STC89C52单个I/O口的输入电流不能超过10mA；P0口的输入电流总和不能超过26mA；P1、P2、P3的输入电流总和不能超过15mA；所有I/O口的输入电流总和不能超过71mA。由色度学原理可知，如果将红、绿、蓝三原色按照一定比例混合，则在适当的三原色亮度比的组合下，理论上就可以获得无数种颜色，这时就可以用3种发光波长的LED通过点亮和电流控制实现色彩的调控，即调色。下表是这一电路的逻辑真值表。
B（蓝色） G（绿色） R（红色） 色 彩 显 示
1 1 1 复位 0 1 1 蓝色
1 1 0 红色 0 1 0 紫色
1 0 1 绿色 0 0 1 青色
1 0 0 黄色 0 0 0 白色
LED电路如图3所示。
图3 LED模块电路原理图
5.键盘电路
图4 键盘模块电路原理图
本设计采用四个按键控制不同的显示效果，开机后呈现不同色，按键A用于切换LED的不同颜色，按键B控制LED的频率，由稳定到100ms闪烁到500ms闪烁到1s闪烁。按键C控制不同区域的LED发光；按键D，使其LED每一秒成不同颜色切换点亮。电路如图4所示。
6.结语
本设计制作的基于51单片机控制的LED彩灯系统在多次测试修改之后，最终实现了对32只高亮LED彩灯控制的功能，并且系统功能稳定。此外设计中留有很大的扩展空间，如：控制多样化，颜色显示更丰富，LED灯亮度的调节等，推向市场后便于升级开发。因此基于51单片机控制的LED彩灯系统，具有较高的实用价值和广阔的市场前景。
参考文献：
[1]童诗白等.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2000.
[2]杨清德.康娅.LED及其工程应用[M].北京：人民邮电出版.
[3]阎石著.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1997.
[4]周国运.单片机原理及应用[M].北京：中国水利水电出版社，2009.
[5]求是科技.单片机典型外围器件及应用实例[J].北京：人民邮电出版社，2006.
关键词： STC89C52单片机 LED 键盘
LED彩灯与传统的LED相比，色彩更丰富，能够传达出更多的信息。国内的一些城市采用传统的单一循环式的彩灯控制器，但因为其功能单一，浪费高，又不方便实用而渐趋淘汰，取而代之的是新一代的单片机功能实现的控制器，它更适合于在中小城市普遍推广使用。
单片机，即将计算机的CPU，RAM，ROM，定时/计数器和多种输入输出接口集成在一块芯片上，形成了芯片级的计算机。它拥有优异的性价比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗的显著优点。主要应用于智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化和消费电子类产品等方面，并且取得了显著的成果。本设计将使用单片机对LED控制实例化，设计一个32颗LED组成心行形状，核心控制器给出相应的控制数据对32只高亮LED进行控制。颜色显示采用的是内嵌三种颜色的LED进行不同的组合得到不同的颜色，如绿色和红色组合可以得到蓝色等。
1.系统总体设计
本设计是基于STC89C52单片机的LED彩灯控制设计。硬件电路设计包括基于STC89C52单片机的最小核心控制系统电路、LED彩灯模块、键盘电路和电源电路。软件设计主要包括LED彩灯的控制、键盘对LED颜色和频率的控制。最终将两者合并调试，完成最终的设计。系统将外接的5V直流系统供电，通过单片机软件编程对LED和键盘实施控制以完成各种色彩变化。
2.单片机最小系统
单片机能够正常工作的最基本的电路由单片机、时钟电路、复位电路等组成。复位电路：确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。本设计采用上电自动复位。时钟电路由一个晶振和两个小电容组成，用来产生时钟频率。STC89C52单片机芯片内部有一个反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡器电路的输入端和输出端，时钟可由内部和外部生成，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择11.0592MHz，电容值取30PF，电容的大小频率起微调的作用。STC89C52单片机的最小系统如图1所示。
图1 单片机最小系统
3.电源模块电路
本次设计的系统中的电源模块使用LM7805芯片作为稳压核心，为系统提供稳定的 5V直流电源，保证系统正常顺利地运行。电源模块电路原理图如图2所示：
图2 电源模块电路原理图
4.LED显示电路
流水灯采用的是发光二极管（Light-Emitting Diode），简称LED，是一种将电能转换为光能的半导体器件，具有体积小、耗电低的优点，常被用作微型计算机与数字电路的输出装置。当LED两端加上一定的正向电压，使之流过一定的工作电流就会发光，其亮度随流过的电流的增加而增加，但电流过大LED的寿命也将缩短。普通LED正向电流一般为5～20mA。由于51的I/O是弱上拉的方式，在输出高电平时，只能输出几十微安的电流，而在输出低电平时，I/O最大可以输入几十毫安的电流。所以，通常采用灌电流的方式，即电流从电源经LED流向I/O口。为了不因流过LED的电流太大而把它烧坏，必须串上限流电阻R，当P0和P2口输出高电平（ 5V）时，LED两端没有电压降，所以熄灭；当P0和P2口输出低电平（即P0/P2=0）时，LED正向导通发光。此时LED两端电压约为1.7V，则限流电阻R两端将存在3.3V（即5-1.7=3.3V）。因STC89C52单个I/O口的输入电流不能超过10mA；P0口的输入电流总和不能超过26mA；P1、P2、P3的输入电流总和不能超过15mA；所有I/O口的输入电流总和不能超过71mA。由色度学原理可知，如果将红、绿、蓝三原色按照一定比例混合，则在适当的三原色亮度比的组合下，理论上就可以获得无数种颜色，这时就可以用3种发光波长的LED通过点亮和电流控制实现色彩的调控，即调色。下表是这一电路的逻辑真值表。
B（蓝色） G（绿色） R（红色） 色 彩 显 示
1 1 1 复位 0 1 1 蓝色
1 1 0 红色 0 1 0 紫色
1 0 1 绿色 0 0 1 青色
1 0 0 黄色 0 0 0 白色
LED电路如图3所示。
图3 LED模块电路原理图
5.键盘电路
图4 键盘模块电路原理图
本设计采用四个按键控制不同的显示效果，开机后呈现不同色，按键A用于切换LED的不同颜色，按键B控制LED的频率，由稳定到100ms闪烁到500ms闪烁到1s闪烁。按键C控制不同区域的LED发光；按键D，使其LED每一秒成不同颜色切换点亮。电路如图4所示。
6.结语
本设计制作的基于51单片机控制的LED彩灯系统在多次测试修改之后，最终实现了对32只高亮LED彩灯控制的功能，并且系统功能稳定。此外设计中留有很大的扩展空间，如：控制多样化，颜色显示更丰富，LED灯亮度的调节等，推向市场后便于升级开发。因此基于51单片机控制的LED彩灯系统，具有较高的实用价值和广阔的市场前景。
参考文献：
[1]童诗白等.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2000.
[2]杨清德.康娅.LED及其工程应用[M].北京：人民邮电出版.
[3]阎石著.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1997.
[4]周国运.单片机原理及应用[M].北京：中国水利水电出版社，2009.
[5]求是科技.单片机典型外围器件及应用实例[J].北京：人民邮电出版社，2006.