节日彩灯控制器设计彩灯控制器.doc

节日彩灯控制器设计彩灯控制器
一、设计任务与要求
(1)PD0: 开始,按此键则灯开始流动(由上而下);
(2)PD1: 停止,按此键则停止流动,所有灯为暗;
(3)PD2: 上,按此键则灯由上向下流动;
(4)PD3: 下,按此键则灯由下向上流动。
二、方案设计与论证
随着人们生活环境的不断改善和美化,在许多场合可以看到彩色霓虹灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩,低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用,用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现,电路结构复杂、功能单一,这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮,不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看,亮灯模式少而且样式单调,缺乏用户可操作性,影响彩灯效果,因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。
本方案主要是通过对基于单片机的多控制、多闪烁方式的LED彩灯循环系统的设计,来达到本设计的要求。其硬件构成框图如图所示,以单片机为核心控制,由单片机最小系统,时钟电路、复位电路、电源、按键控制电路、LED发光二极管和5V直流电源电路组成。
时钟电路
复位电路
LED彩灯显示
按键控制电路
AVR
单片机
直流5V电源
图2 单片机彩灯循环控制系统硬件框图
此设计方案中单片机的PD口接4路按键控制电路,实现彩灯花型的切换功能,单片机上的PB口接8路LED发光二极管组成彩灯电路,显示彩灯循环情况。
1、总体流程图设计
开始
正向循环
开始键按下?
是
否
停止键按下?
正向键按下?
灯全灭
是
否
是
否
反向键按下?
反向循环
是
正向键按下?
否
停止键按下?
是
否
是
否
图2程序流程图
2、键盘设计论证
方案一、独立式
独立式键盘是各按键相互独立,每个按键各接一根输入线,一根输入线上的按键工作状态不会影响到其他输入线上的工作状态。因此,通过检测输入线的电平状态可以很容易判断那个键被按下了。独立式按键电路配置灵活,软件简单,但每个按键需要占用一根输入口线,在按键数量较多时,需要较多的输入口线且电路结构复杂,故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。按键直接与单片机的I/O 口线相接,通过读 I/O 口,判定 I/O 口线的电平状态,即可识别出按下的按键。
方案二、行列式
矩阵式键盘也称行列式键盘适用于按键数量较多的场合,它由行线和列线组成,按键位于行\列的交叉点上。如下图所示,一个4X4 的行列结构可以构成一个 16 个按键的键盘。很明显,在按键数量较多的场合,矩阵键盘与独立式键盘相比,要节省很多的 I/O 口线。
综上所述,本设计结构比较简单,所需按键较少就可以实现功能设计,故选择独立式键盘设计。
三、单元电路设计与参数计算
1、led彩灯模块设计
本设计使用PB口做输出端口来控制led灯的闪亮与灭掉,连接8个发光二极管的阴极。8个发光二极管采用了共阳极设计,通过pnp型三极管给二极管供电(vcc送发射极,集电极与二极管阳极连接,单片机通过PA2来控制二极管阳极电压供给)------(限流电阻R取值为1K)
具体硬件设计如下图所示:
-
2、按键模块设计
由于在单片机按键操作中,存在按键抖动的问题,会造成取值不稳定的情况,如下图即为按键操作波形:
键按下
按键操作波形
所以必须考虑去抖动的问题,解决方法有如下两种:
消除按键的抖动既可采用硬件方法,也可采用软件的方法。使用硬件消抖的方式,需要在按键连接的硬件设计上增加硬件消抖电路,如采用R-S触发器或RC积分电路等。采用硬件消抖方式增加了系统的成本,而利用软件方式消抖则是比较经济的做法,但增加了软件设计的复杂性。
软件方式消抖的基本原理是在软件中对按键进行两次测试确认,即在第一次检测到按键按下后,间隔10ms左右再次检测该按键是否按下,只有在两次都测到按键按下时才最终确认有键按下,从而消除了抖动的影响。
由于用软件方式消抖比较方便,比较经济,而硬件消抖即复杂又不经济,所以本次设计我们采用的是软件消抖。
需特别注意的是:
在按键接口软件中,除了要考虑按键消抖外,一般还要判别按键的释放,只有检测到按键释放以后,才能确定为一次完整的按键动作完成。
硬件按键设计如下:
四、总原理图及元器件清单

功能说明:
※S1-开始,按此键,灯开始流动(从上到下)
※S2-停止,按此键,灯停止流动(灭灯)
※S3-上,按此键,灯从上而下流动
※S4-下,按此键,灯从下而上流动

元件序