论文：霓虹灯控制器设计 本文简介：
霓虹灯控制器设计摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应该很据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。该智能霓虹灯设计是基于8051单片机，串口联级驱动芯
论文：霓虹灯控制器设计 本文内容：
霓虹灯控制器设计
摘要
近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应该很据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。该智能霓虹灯设计是基于8051单片机，串口联级驱动芯片4094霓虹灯扫描控制器，采用环保节能LED灯组以实现智能化的动态显示效果。该设计的动感霓虹灯整体上可以分为电源模块、控制模块、显示模块三部分组成。电源模块采用桥式整流滤波电路为CPU及4094供电。控制模块包括单片机8051、4094驱动，系统驱动及系统控制。显示模块采用LED灯组，LE
D发光二极管用于编程调试时模拟显示，整体效果动感十足、形象醒目。本文介绍的是一种经过长期使用实践考验，技术比较成熟的智能霓虹灯控制器的设计方法，包括I/O口串行扩展光电隔离及过零触发可控硅驱动技术。关键词：单片机；霓虹灯；智能控制设计；光电隔离
Design
of
the
Neon
Lamp
Controller
Abstract
In
recent
years
along
with
the
rapid
development
of
science
and
technology,
SCM
applications
are
constantly
deepening.
In
real-time
detection
and
automatic
control
of
the
microcomputer
application
system,
the
microcontroller
is
often
used
as
a
core
component,
only
SCM
knowledge
is
not
enough,
should
also
be
according
to
the
specific
hardware
structure,
as
well
as
application
specific
features
of
the
software
objects,
to
be
perfect.
The
intelligent
neon
design
is
based
on
8051
single-chip
microcomputer,
serial
cascade
drive
chip4094scanning
controller
for
neon
lamps,
use
of
environmentally
friendly
energy-saving
LED
lights
group
to
realize
the
intelligent
dynamic
display
effect.
The
design
of
dynamic
neon
on
the
whole
can
be
divided
into
the
power
module,
control
module,
display
module
consists
of
three
parts.
Power
supply
module
uses
a
bridge
rectifier
filter
circuit
and
power
supply
for
CPU4094.
Control
module
comprises
a
single
chip
computer8051,4094
drive,
drive
system
and
control
system.
Display
module
group
using
LED
lights,
LED
light
emitting
diode
for
programming
debugging
simulation
display,
the
overall
effect
of
dynamic,
eye-catching.
The
design
of
the
neon
lamp
intelligence
controller
is
introduced.Long
practial
use
has
proved
that
the
controller
techniqes
is
ripe.Also
serial
expansion
of
I/O
port,light
electronics
segregation
and
triac
drive
circuit
that
is
triggered
at
alternative
current
voltage
zero
poit
are
discussed.Keywords：SCM；
neon
lamp；intelligence
controller；light
electronics
segregation目录
引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
第1章
绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
1.1
课题提出的技术背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
1.2
主要研究内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
1.3
研究的意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
1.4
实现的主要思路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
1.5
研究工作与成果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
1.6
论文后续内容的组织和安排．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
第2章
总体技术方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
2.1总体技术方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
2.2方案的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
2.3本章小结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
第3章
系统硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3.1硬件组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3.2单片机的选取．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3.3外围电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3.4本章小结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20
第4章
系统软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
4.1软件组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
4.2各子功能实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
4.3部分子程序的实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24
第5章
实验．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26
5.1实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26
5.2实验原理和方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26
5.3实验过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26
第6章
总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28
6.1技术原理、方案先进性评价．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28
6.2研究工作进展评价．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28
结论与展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29
致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30
参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31
附录A主要参考文献及摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32
附录B程序清单．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
附录C外文文献及翻译．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36
插图清单
图1-1
主要思路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
图2-1
系统组成框图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
图2-2
方式0帧格式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
图2-3
方式0发送时序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
图2-4
方式0接收时序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
图3-1
8051引脚图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
图3-2
复位电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
图3-3
时钟电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
图3-4
4094引脚图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
图3-5-a典型的输出高（源）电流特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
图3-5-b典型的输出低（汇）电流特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
图3-5-c clock-to-serialQs输出传输延迟．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
图3-5-d clock-to-serialQ’s输出传输延迟．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
图3-5-e clock-to-parallel输出传输延迟．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
图3-6测试电路和3态时序图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
图3-74094时序图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
图3-8过零信号产生电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
图3-9
单限比较电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17
图3-10工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
图3-11
三极管．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
图3-12光电耦合器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19
图3-13
双向可控硅．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19
图4-1系统总流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
图4-2
定时键盘扫描程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22
图4-3
霓虹灯显示流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22
图4-4
4094写程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23
图4-5
8051串行口外接CD4094扩展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24
表格清单
表3-14094真值表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
引言
霓虹灯是一种低气压冷阳极辉光放电发光的光源。霓：有时在虹的外侧还能看到第二道虹，光彩比第一道虹稍淡，色序是外紫内红，与虹相反。
虹：原意也是一种自然现象，就是彩虹，也是七彩的，色序从外至内分别为：赤、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
霓虹灯：夜间用来吸引顾客，或装饰夜景的彩色灯，所以用“霓虹”这两种美丽的东西来作为这种灯的名字。
霓虹是英文NEON的音译。
霓虹灯是英国化学家拉姆赛在一次实验中偶然发现的，它的出现成了城市的美容师，每当夜幕降临时，五颜六色的霓虹灯就把城市装扮得格外美丽。在城市的沿街，沿道，沿河等地都能看到霓虹灯的影子，随着霓虹灯图案的复杂化，个性化，慢慢演变成了一种吸引游客和顾客的一种竞争手段。
然而霓虹灯图案能够让人眼花缭乱的核心是其控制器。随着单片机的深入应用，霓虹灯控制器也已智能化。低功耗、安全、可靠、快速也正是霓虹灯控制器设计者不断追求的目标。
本人设计的霓虹灯控制器是经过长期使用实践考验，技术比较成熟的智能霓虹灯控制器，包括I/O口串行扩展光电隔离及过零触发可控硅驱动技术。由于受到I/O口数量限制，只能用于中型的霓虹灯广告牌。而本文介绍的霓虹灯控制器属于单片机控制、可控硅功率驱动的智能控制器，可以适用于大、中、小型各种霓虹灯牌面，可根据用户要求，通过修改软件，控制任何复杂程度变化的图案。此控制器利用8051单片机串行通讯方式0扩展I/O口，I/O口数量不受限制，因为它由三片4094移位寄存器串接形成第一块模块功率驱动板，获得24个I/O口，若I/O口数量不够，可以再串接第二块、第三块等，一直到I/O口数量够为止。
第1章
绪论
1.1
课题提出的技术背景
霓虹灯的问世是建立在真空及气体放电的技术发展之上的，是英国化学家拉姆赛在一次实验中偶然发现的。1643年意大利物理学家托里切利首先完成了人类历史的第一次真空试验，继后，德国物理学家盖里克于1650年发明了真空的获得成为现实，为真空中的气体放电现象研究奠定了基础。1838年英国科学家法拉弟关注真空中放电现象的研究的真正转折点是19世纪后半叶兴起的，1858年J.普吕克发表了真空管中的荧光作用论述，英国科学家克鲁克斯和希托夫等人先后开展了真空中放电现象的系统研究。这一时期，在欧洲一些早期工业革命的国家对气体放电现象的研究十分活跃，特别对气体放电的丰富色彩纷纷进行应用性研究，这就是霓虹灯能够得心出现的历史背景。
到19世纪末叶，大约是在1893年以后，在欧洲一些城市分别流行着被称之为“摩尔”（Moll）霓虹灯和“盖塞拉”（Geissler）霓虹灯的原始模型的霓虹灯。在维多利亚皇后60寿辰的庆典上就采用了盖塞拉霓虹灯管作为节日气氛的装饰照明使用。这种原始模型霓虹灯采用石墨材料作电极，在管径为45mm的透明玻璃管内充入氮气和二氧化碳气。前者发粉红色光、后者发白色光，弯成螺旋或文字图案，也很明亮。由于充入的气体化学性质活泼，容易和电极起化学反应，石墨电极溅射率高，很快在玻璃管壁形成一层薄膜，吸收了填充的气体，使管内气压下降，因此这种霓虹灯的寿命很短，没有什么实用价值。
为了寻求早期霓虹灯寿命极短的解决办法，英、法的物理学家和化学家对惰性气体的研究作出了杰出的贡献。1894年伦敦大学教授拉姆齐与雷利一起证明了氩的存在，并通过分馏空气得到氩；1895年鉴定了氦的化学性质；1898年拉姆齐教授又与M.特拉弗斯发现空气中存在氖，同年还用液态空气分馏法制取了氪、氡。直到1902年法国科学家克洛德（Claude）发明用绝热膨胀法使空气液化，并用此法进行氖的工业分离，从此，开创了惰性气体的工业提取法。用惰性气体代替活泼气体作为霓虹灯的填充气，不仅使霓虹灯的寿命提到了很大的延长，同时霓虹灯的色彩也更加丰富，这是霓虹灯发展进程中的一项重大技术突破。
霓虹灯在我国的第一次出现是1926年在上海最繁华的商业街---南京东路上的伊文思图书公司橱窗内陈列的英文“皇家牌”打字机霓虹灯广告。1927年由上海远东化学制造厂---我国第一家霓虹灯制造厂为上海中央大旅社制作安装的中英文对照的霓虹灯招牌。1930年自制成功霓虹灯电源变压器；1945年制成荧光粉；1951年试制出氩、氖等惰性气体，从此实现了霓虹灯用全部原料、器件的国产化。霓虹灯的兴旺发展总是和国家的兴旺繁荣联系在一起，同步出现的。90年代在上海南京路已建成了一条霓虹灯十里长街；南京市和上海闸北区都在实施不夜城计划；大连市金州开发区为改善投资环境，通过举办全国霓虹灯大奖赛建成了一座五彩城。如今天津、重庆、深州等大小城市也建成了以霓虹灯为主体装饰照明的商业、旅游城。
作为有100余年发展历史的霓虹技术，在商业演义的历史进程中，一直扮演着极其重要的角色，在今天的新型光源(如LED、EL等)驱动下，霓虹技术将迎接新的挑战。在构成霓虹的灯管、变压器、控制器几大部分中，控制器占着举足轻重的位置，五花八门的霓虹灯图案、霓虹灯的远程控制、过零控制、高可靠性、成本低等对控制器的设计要求也越来越高。
1.2
主要研究内容
本课题设计了一组霓虹灯显示效果图
—由里到外和由外到里按圈依次亮。本设计采用8051单片机实现对霓虹灯的控制，系统由单片机控制部分和显示部分组成。显示部分的120个发光二级管成8行15列矩阵式分布。由于受到I/O口数量限制，只能用于中型的霓虹灯广告牌。本文介绍的霓虹灯控制器属于单片机控制
、可控硅功率驱动的智能控制器，可以适用于大、中、小型各种霓虹灯牌面，可根据用户要求，通过修改软件，控制任何复杂程度变化的图案。此控制器利用8051单片机串行通讯方式0扩展I/O口，I/O口数量不受限制，因为它由三片4094移位寄存器串接形成第一块模块功率驱动板，获得24个I/O口，若I/O口数量不够，可以再串接第二块、第三块等，一直到I/O口数量够为止。在此基础上，设计控制器硬件电路，编写软件。另外，画出程序流程图，在实验室条件下，调试部分电路和软件。
1.3
研究的意义
霓虹灯是城市亮化的主要光源，也是城市户外广告的重要媒体形式。为了获得比较理想显示效果和节约能源，大型霓虹灯通常采用动态显示，而控制器是霓虹灯动态显示的核心装置。由于大型霓虹灯功率比较大，控制路数比较多，对控制器有比较特殊要求，如过零控制、高可靠性、成本低等。另外，霓虹灯显示图案通常具有个性特征，要求控制器具备良好的重构性与扩展性。各种各样的霓虹灯让我们感觉眼花缭乱。如今的夜市，各大娱乐场所，霓虹灯是无处不在的，而运用不同的方法就可以实现不同的图案变化，创造一个色彩缤纷的世界。同时可以运用自己所学的知识，将它结合到实际中，将理论实现化，这对于深入的学习是非常有帮助的。
1.4
实现的主要思路
本设计的动感霓虹灯整体上可以分为电源模块、控制模块、显示模块三部分组。电源模块采用桥式整流滤波电路为CPU及4094供电。控制模块包括单片机8051、4094驱动，系统驱动及系统控制。显示模块采用LED灯组，LE
D发光二极管用于编程调试时模拟显示。主要思路如图1-1：
控制
部分
电源
部分
显示
部分
图1-1
主要思路1.5
研究工作与成果
研究工作：本课题要求学生自主创意，设计一组霓虹灯显示效果图。成果：规划了控制器基本功能，并且在此基础上，着力解决了控制器的重构与扩展问题，并提出了技术方案。根据技术方案，完成控制器硬件电路及软件的编写。另外，在实验室条件下，完成了部分电路和软件调试。1.6
论文后续内容的组织和安排
本系统的各个模块是紧密结合在一起的，要熟知各个模块的工作原理和工作电路图，通过正确的连线将各个模块连接在一起，形成一个整体来共同完成霓虹灯图案的变化。通过本文的详细介绍，绘制出整体的电路图以及编制整个软件程序。
第2章
总体技术方案
2.1
总体技术方案
文中介绍的霓虹灯控制器由8051单片机控制，8051单片机串行通讯方式0扩展I/O口，可控硅功率驱动，适用大、中、小型各种霓虹灯牌面，通过修改软件可改变变化的图案。系统框图如图2-1：复位
时钟
8051
过零信号产生电路
4094
4094
灯管
灯管
图2-1
系统组成框图2.1.1
串行口工作方式0
串行口的工作方式0为同步移位寄存器输入输出方式，通常于外接移位寄存器，以扩展并行I/O。这种方式不适用于两个MCS—51之间的串行通信。
方式0以8位数据为一帧，不设起始位和停止位，先发送或接受最低位。波特率是固定的，以?OCS/12。方式0的帧格式如图2-1-1所示：
图2-2
方式0帧格式
...
D0D1
D2
D3D4
D5D6
D7...2.1.1.1
方式0发送
发送过程中，当CPU执行一条将数据写入发送缓冲器SBUF的指令时，产生一个正脉冲，串行口开始即把SBUF中的八位数据以?OCS/12的固定波特率从RXD引脚串行输出，低位在先，TXD引脚输出同步移位脉冲，发生完八位数据置1中断标志位TI。时序图如图2-1-1-1所示：
2.1.1.2
方式0接收
方式0接受时，REN为串行口允许接收控制位，REN=0，禁止接收；REN=1，允许接收。当CPU向串行口的SCON寄存器写入控制字（置为方式0，并置1REN位，同时RI=0）时，产生一个正脉冲，串行口即开始接收数据。引脚RXD为数据输入端，TXD为移位脉冲信号输出端，接收器也以
?OCS/12的固定波特率采样RXD引脚的数据信息，当接收器接收到八位数据时置1中断标志RI，表示1帧数据接收完毕，可进行下一帧数据的接收。时序图如图2-3：
D0D1
D2D3
D4D5
D6
D7
图2-3
方式0发送时序
机器周期
写SBUF
RXD（数据）
TXD（移位脉冲）TI
S1～S6
S1～S6D0D1
D2D3
D4D5
D6
D7
图2-4
方式0接收时序
机器周期
写SCON
RXD（数据）
TXD（移位脉冲）RI
S1～S6
S1～S6在方式0下，SCON中的TB8、RB8位没有用到，发送或接收八位数据由硬件置1TI或RI中断标志位，CPU响应TI或RI中断。TI或RI标志位必须由用户软件清0，可采用如下指令：
CLR
TI
；TI位清0
CLR
RI
；RI位清0
清0TI或RI。方式0时，SM2（多机通信控制位）必须清0。
2.1.2
复位电路
复位是单片机的初始化操作，只需要给复位引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可使单片机复位。复位时，PC初始化为000H，使单片机从000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态，为摆脱死锁状态，也需按复位键使RST引脚为高电平使单片机重新启动。
2.1.3
时钟电路
时钟电路用于产生MCS-51单片机工作是所必需的时钟控制信号。MCS-51单片机的内部电路在时钟信号控制下，严格地按时序执行指令进行工作。而时序所研究的是指令执行中各个信号在时间上的关系。MCS-51单片机各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。
2.1.4
CD4094移位存储总线寄存器
CD4094是带输出锁存和三态控制的串入/并出高速转换器，具有使用简单、功耗低、驱动能力强和控制灵活等优点。
2.1.5
过零信号产生电路
由于双向可控硅没有反向耐压问题，控制电路简单，因此特别适合做交流无触点开关使用。双向可控硅接通的一般都是一些功率较大的用电器，且连接在强电网络中，其触发电路的抗干扰问题很重要，通常都是通过光电耦合器将单片机控制系统中的触发信号加载到可控硅的控制极。为减小驱动功率和可控硅触发时产生的干扰，交流电路双向可控硅的触发常采用过零触发电路。过零触发是指在电压为零或零附近的瞬间接通。
2.2
方案的确定
2.2.1
显示部分设计方案比较与选择
方案一：采用移位寄存器扩展I/O口。通过8051的RXD、TXD、P1.7通过74LS06集电极开路的OC门实现电平转换，以便后续的CMOS器件接口。此方案可扩展受控制的发光二级管的数量，但是要控制120个LED需要15个移位寄存器，需要芯片多，且PCB布局和布线不方便。
方案二：采用矩阵式分布。利用单片机的P1口做行选信号，P2和P0做列选信号，120个LED构成8行，15列的矩阵。此方案能单独控制每一个LED，也可以单独控制每行或每列的LED，可形成丰富的图案或者花样，显示部分不需要格外的芯片，形成的电路简单，PCB的布局和布线也较容易和美观。
综上所述，虽然此设计的LED不是太多而且方案二的PCB板的布局和布线比较美观，但是为了应求各种规模的霓虹灯牌面，选择方案一。
2.2.2
驱动部分设计方案比较与选择
方案一
：三极管一级驱动。正常发光时每个LED的工作电流为10~15毫安，8×（10~15）=80~240毫安，这样大的电流一个三极管就能提供。当一行同时亮时能满足发光的工作要求。
方案二
：功率放大芯片。可以很好的实现放大和驱动，性能稳定，效果好，但价格较三极管高，电路较方案一也明显复杂。
综上所诉，三极管驱动电路简单，性价比高，又能很好完成驱动作用，选择方案一
2.3
本章小结
初步完成本课题的主要设计思路，完成了各个模块硬件的选择及了解。另外，设计了多种方案并确定最后的设计方案。第3章 系统硬件设计
VCC
P0.0
P0.1
P0.2
P0.3
P0.4
P0.5
P0.6
P0.7
EA/VPP
ALE/PROG
PSEN
P2.7
P2.6
P2.5
P2.4
P2.3
P2.2
P2.1
P2.0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
8051
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
RST/VPD
RXD
TXD
INT0
INT1
T0
T1
WR
RD
XTAL2
XTAL1
VSS图3-1
8051引脚图3.1
硬件组成
本文设计的霓虹灯控制器由8051单片机控制，可控硅功率驱动，8051单片机串行通讯方式0扩展I/O口，I/O口数量不受限制，由三片4094移位寄存器串接形成第一块模块功率驱动板。
3.2
单片机的选取
单片机采用了AT89C51，AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内内含4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。AT89C51的引脚图如图3-1。
3.3
外围电路设计3.2.1
复位电路
复位电路应该具有上电复位和手动复位的功能。复位脉冲的高电平宽度必须大于2个机器周期。考虑到电源的稳定时间，参数漂移，晶振稳定时间以及复位的可靠性等因素，必须有足够的余量，所以本设计选用12MHz晶振，则一个机器周期为1us，那么复位脉冲宽度最小应为2us。图3-3-2是利用RC充电原理实现上电复位的电路设计。上电瞬间RC电路充电，RESET引脚出现正脉冲。RESET端保持10ms以上的高电平，使单片机有效的复位。常见的上电与按钮复位方式电路如图3-2所示，复位电流简化如图3-5。在上电的瞬间，RC
电路充电，RST
端出现正脉冲，只要RST端保持10ms
以上的高电平信号，就能使单片机实现有效的复位。这里，选取2K电阻和22uF电容。分析RC
电路充电过程实际上是分析RC电路的零状态响应过程。
RST
R
C
U0
+5V
图3-2
复位电路
（1）确定初始值
在t=t0+
时，由于电容相当于短路，故U0（0+）=5v。
（2）确定稳态值
稳态时，电容元件相当于开路，
。
（3）确定电路的时间常数
根据环路后的电路，可知等效电阻为R，
时间常数
￡=R0*C=22*2*0.001=0.044。
于是可以写出
（3-1）
单片机高电平为3.5-5V，所以计算u0降到3.5所用的时间就能算出持续平的时间。
把U0=3.5带入式3-1，得出t=0.016s=16ms>10ms.所以电路的设计满足单片机的复位需求。单片机复位后的状态：
单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC＝0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容。系统复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状下51单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，51单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。51单片机在系统复位时，将其内部的一些重要寄存器设置为特定的值，（在特殊寄存器介绍时再做详细说明）至于内部RAM内部的数据则不变。
3.2.2
时钟电路
MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英振荡器（简称晶振）和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。如图3.2.3：
电路中的电容典型值通常选择为30PF左右。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶振的频率越高，则系统的时钟频率也越高，单片机的运行速度也就越快。MCS-51常选择振荡频率6MHz或12MHz的石英晶体。本设计中选得振荡器频率是12MHz。
C1
C2
30PF
30PF
12MHz
XTAL1
XTAL2
8051
图3-3
时钟电路OUTPUT
ENABLE
1
3
2
4
5
6
7
8
16
15
14
13
12
11
10
9
STROBE
DATA
CLOCKQ1
Q2
Q3
Q4
VSS
VDD
Q5
Q6
Q7
Q8
Q＇S
QS
图3-4
4094引脚
3.2.3
扩展芯片的选取
CD4094是带输出锁存和三态控制的串入/并出高速转换器，具有使用简单、功耗低、驱动能力强和控制灵活等优点。
3.2.3.1
CD4094引脚
如图3-4：
(2)脚为串行数据输入端，(3)脚为串行时钟端。(1)脚为高电平时，8位并行输出口Q1～Q8在时钟的上升沿随串行输入而变化；(1)脚为低电平时，输出锁定。利用锁存端可方便地进行片选和级联输出控制。(15)脚为并行输出状态控制端，(15)脚为低电平时，并行输出端处在高阻状态，在用CD4094作显示输出时，可使显示数码闪烁。(9)脚QS、(10)脚Q′S是串行数据输出端，用于级联。QS端在第9个串行时钟的上升沿开始输出，Q′S端在第9个串行时钟的下降沿开始输出。当CD4094电源为5V时，输出电流大于3．2MA，灌电流为1
MA。串行时钟频率可达2．5MHZ。时钟
输出
选通脉冲
数据
并行输出
串行输出
Q1
QN
QS
(Note
1)
Q
S
↑
0
X
X
三态
三态
Q7
不变
↓
0
X
X
三态
三态
不变
Q7
↑
1
0
X
不变
不变
Q7
不变
↑
1
1
0
0
QN-1
Q7
不变
↑
1
1
1
1
QN-1
Q7
不变
↓
1
1
1
不变
不变
不变
Q7
表3-1
4094真值表
3.2.3.2
交流电气特性：
0
20406080100120
140
CL(PF)
100
200
300
tPLH
tPLH
(ns)
Tamb=25℃
tPLH
tPLH
VDD=5V
5V
10V
15V
图3-5-a
典型的输出高（源）电流特性
IOL
(mA)242016128
4
02
4
6
8
10
12
VDS（V）
5V
10V
VGS=15V
Tamb=25℃
图3-5-b
典型的输出低（汇）电流特性0
20406080100
120
140
CL(PF)
100
200
300
tPLH
tPLH
(ns)
VDD=5V
10V
15V
Tamb=25℃
图3-5-c
clock-to-serialQS输出延迟0
20406080100
120
140
CL(PF)
100
200
300
tPLH
tPLH
(ns)
VDD=5V
10V
15V
Tamb=25℃
图3-5-eclock-to-parallel输出延迟
0
20406080100
120
140
CL(PF)
100
200
300
tPLH
tPLH
(ns)
VDD=5V
10V
15V
Tamb=25℃
图3-5-d
clock-to-serialQ’S输出延迟
3.2.3.3
测试电路和3态时序图
VOL
VDD
CLOCK
STROBE
DATA
OUTPUT
ENABLE
1k
OUTPUT
50PF
OUTPUT
ENABLEQ
VDD
VSS
tPZL
tPHZ
tPZL
tPHZ
图3-6
测试电路和3态时序图3-2-3-4
4094时序
CD4094时序如图3-7：CLOCK
STROBE
OUTPUT
ENABLE
DATA
Q1
QS
50％
50％
50％
50％
50％
50％
50％
50％
Q＇S
VDD
VSS
VDD
VSS
VDD
VSS
VDD
VSS
VDD
VSS
VDD
VSS
VDD
VSS
tSU
tWC
tWL
tPLH
tPLH
tPLH
tPHL
tPLH
tPLH
tPLH
图3-7
4094时序图3.2.5
过零信号产生电路由于双向可控硅没有反向耐压问题，控制电路简单，因此特别适合做交流无触点开关使用。双向可控硅接通的一般都是一些功率较大的用电器，且连接在强电网络中，其触发电路的抗干扰问题很重要，通常都是通过光电耦合器将单片机控制系统中的触发信号加载到可控硅的控制极。为减小驱动功率和可控硅触发时产生的干扰，交流电路双向可控硅的触发常采用过零触发电路。过零触发是指在电压为零或零附近的瞬间接通。为了获得过零信号本设计采用LM339比较器。LM339类似于增益不可调的运算放大器。LM339有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。在本设计主要用作比较两个电压，当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，在本设计中去10K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。
如图3-8：V1=+5V
V2=+12
V1=+12
B相
零线
C相
零线
b
c
A相
零线
0.01
51K
22K
+5V
22K
-
+
LM339
10K
7805
2000
0.1
a
图3-8
过零信号产生电路
3.2.5.1
LM339单限比较电路：
Ur
Uin
a
b
R1
+Ucc
R上拉
U0
-Ucc
UOH
UOL
Ur
Uin
图3-9
单限比较电路图3-9是一个基本单限比较器。输入信号Uin，即待比较电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur。当输入电压Uin>Ur时，输出为高电平UOH。图3-9-b为其传输特性。
3.2.6
工作原理图
本文介绍的霓虹灯控制器属于单片机控制、可控硅功率驱动的智能控制器，可以适用于大、中、小型各种霓虹灯牌面，可根据用户要求，通过修改软功率驱动板
，获得24个I/O口，
若I/O口数量不够，
可以再串接第二块、第三块等
一直到I/O口数量够用为止。8051
的RXD、TXD、P1.7通过74LS06集电极开路的OC门实现电平转换，以便后续的CMOS器件接口。图3-8分别得出
A、B、C三相交流电的过零信号，将其加到图3-10中a、b、c三点，获得a、b、c
过零触发信号，再将它加到每块功率驱动板上3片4094的STROBE脚上，使负载在每相交流电压过零点触发。功率驱动单元采用光电隔离，以消除干扰，提高系统工作可靠性，LED发光二极管用于编程调试时模拟显示。由于霓虹灯变压器是电感性负载，关断时产生较大反向冲击电流，因此功率驱动电路配置了由RC构成的吸收网络。光耦输出先驱动SCR1，再由SCR1驱动SCR2。8051
P1.7
TXD
RXD
3×10K
V2=+5a1
b1
c1
a
b
c
2
1
a1
b1
c1
DATA
STR
CLK
4094
4094
4094
1
1
10
10
2
2
10
3
a1
b1
c1
Q3………Q8
Q2
Q1
Q1∽Q8
Q8
Q1∽Q7
……第一块板
灯管
∽220
零线
与V3
共地
9014
510
510
SCR1
SCR2
180K
10K
0.1μF
30K
第
二
块
板
V2
7406
74044011
图3-10工作原理
e
b
c
b
基极e
发射极c
集电极b
c
e
图3-11
三极管9014
3.2.6.1
三极管的选取集电极最大耗散功率PCM=0.4W（Tamb=25℃）
集电极最大允许电流ICM=0.1A
集电极基极击穿电压BVCBO=50V
集电极发射极击穿电压BVCEO=45V
发射极基极击穿电压BVEBO=5V
集电极发射极饱和压降
VCE(sat)=0.3V
(IC=100mA；
IB=5mA)
基极发射极饱和压降VBE(sat)=1V
(IC=100mA;
IB=5mA)
特征频率fT=150MHz
HFE：
A=60~150；B=100~300；C=200~600；D=400~1000V1
V2
R1
R2
9014
图3-12
光电耦合器
3.2.6.2
光电耦合器设计光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。
本设计中的光电耦合器选取高压晶体管型，输入端的电流一般为10～15mA，发光二极管的压降约为1.2～1.5V。限流电阻由下式计算：式中，Vcc为电源电压；VF1和VF2为输入端发光二极管的压降，取1.5V；Vce为三极管9014压降，取0.3V；IF为发光二极管的工作电流，取20mA;
由上计算得，取限流电阻R为510Ω。
3.2.6.3
双向可控硅设计
相比于单向可控硅，双向可控硅在原理上最大的区别就是能双向导通，不再有阳极阴极之分，取而代之以T1和T2，其结构示意图如图3-13-a所示，如果不考虑G级的不同，把它分割成图3-13-b所示，可以看出相当于两个单向可控硅反向并联而成，如图3-13-c所示连接。当T1与T2之间接通电源后，给G极正向触发信号（相对于T1、T2所接电源负极而言），其工作原理如前面单向可控硅完全相同。本设计中的G级由光电耦合器输出驱动，先驱动SCR1，再有SCR1驱动SCR2。G
T1
T2
G
T1
T2
G
T2
T1
N
P
P
P
P
P
P
N
N
N
N
N
N
P
N
P
N
N
图3-13
双向可控硅
a
b
c
3.3
本章小结
本章主要包括了对系统各个模块功能分析，参数计算，是整个论文最重要的部分，也是最难的部分。第4章
系统软件设计
4.1
软件组成
软件设计要求：通过按键来控制霓虹灯图案变化。
全部控制程序分成主程序MAIN、键盘处理子程序SW、LED显示控制子程序DISP1。
主程序包括初始化、T0的初始化、对定时数据区和显示缓冲区初始化、LED输出、输入的初始化、开中断、然后循环调用各个显示子程序。
主程序流程图如图4-1所示：
开始
按键
按下
结束
N
Y
图4-1
系统总流程图
初始化
霓虹灯工作
是否
结束
N
Y4.2
各子功能实现
4.2.1
图4-2是定时键盘扫描程序，判断是否有键按下，来控制霓虹灯工作。
4.2.2
图4-3是霓虹灯显示流程图，通过过零信号产生电路为4094提供触发信号，使负载在每相交流电压过零点触发。开始
霓虹灯
使能
结束
N
Y
图4-3
霓虹灯显示流程图
片选4094
写4094
是否
结束
N
Y开始
计数器重新赋值
按键
按下
霓虹灯工
作使能
结束
N
Y
图4-2
定时键盘扫描程序图4-4
按键K1程序流程图
开始
串行口方式0初始化
控制字3送到A
A送到SBUF
启动串行输出
控制字1送到R0
控制字2送到R1
R0送到A
A左循环1位
A送到P0
A送到R0
R1送到A
A右循环1位
A送到P2
A送到R1
调用延时子程序
MOV
R2，#200
结束
4.2.3
按键K1程序流程图
控制字：
按键K1：控制字1：01H；控制字2：80H；控制字3：01H；
4.2.4
8051串行口外接CD4094扩展8位并行输出口
如图4-5所示，CD4094的8位并行口的各位都接一个发光二极管，要求发光管呈流水灯状态。
串行口方式0的数据传送可采用中断方式，也可采用查询方式，无论哪种方式，都要借助于TI或RI标志。串行发送时，能靠TI置位（发完一帧数据后）引起中断申请，在中断服务程序中发送下一帧数据，或者通过查询TI的状态，只要TI为0就继续查询，TI为1就结束查询，发送下一帧数据。在串行接收时，则由RI引起中断或对RI查询来确定何时接收下一帧数据。无论采用什么方式，在开始通信之前，都要先对控制寄存器SCON进行初始化。在方式0中将00H送SCON就可以了。
DATA
CLK
P1.0TXD
RXD
STR
Q1
～
Q8
图4-5
8051串行口外接CD4094扩展
ORG
2000H
START：
MOV
SCON，#00H
；置串行口工作方式0
MOV
A，#80H
;最高位灯先亮
CLR
P1.0；关闭并行输出（避象传输过程中，各LED的“暗红”现象）
OUT0：
MOV
SBUF，A；开始串行输出
OUT1：
JNB
TI，OUT1
;输出完否
CLR
TI
；完了，清TI标志，以备下次发送
SETB
P1.0；打开并行口输出
ACALL
DELAY；延时一段时间
RR
A
；循环右移
CLR
P1.0；关闭并行输出
JMP
OUT0
；循环4.3
部分子程序的实现：；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；
中断程序
；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；ORG
000H；LJMP
START；ORG
003H；外中断0入口地址AJMP
INTEX0；跳至外部中断服务程序ORG
000BH；定时器0LJMP
FUT0；ORG
0013H；外部中断1
RETIORG
001BH；定时器1
RETIORG
0023H；串行口中断RETI
参考文献
[1]许德章等，霓虹灯智能控制器设计，电子科技，1997年4月，Vol.40，No.2，23—28
[2]金广锋，吕运朋，王慧，任宏亮，马鹏阁，一种新型霓虹灯色彩渐变系统控制器的设计，电子工程师，第30
卷第2
期，2004年2月
[3]陈大华，霓虹灯创意设计及其方法，光源与照明，2003年第1期
[4]许高攀，
霓虹灯电子变压器设计的探索，
厦门理工学院学报，第14卷，第2期，2006年6月
[5]于冰，李晓旭，陈大华，蔡祖泉，刘祥吉，霓虹灯管径与变压器的匹配设计问题，照明工程学报，第16
卷 第4
期，2005
年12
月
[6]吴建宁，霓虹灯控制电路，电子制作[J]，2006年第8期
[7]张续文，霓虹灯的设计及其制作方法的讨论，六盘水师范高等专科学校学报，
2005年06期
[8]宋雅，赖益民，基于AT89C51的新型七彩霓虹灯控制系统设计，微计算机应
用，2005年01期
[9]曾凡锋，霓虹灯计算机辅助设计软件的实现，北方工业大学学报，2008年03
期
[10]肖东，霓虹灯循环发光控制器，电子世界，1994年05期
[11]周明，周亮，AT89C51
单片机在霓虹灯控制中的应用，科技广场，2007年05
期
[12]Wang
Yankun，
Tang
Huanling，
Wang
Jingdong，a
new
microcomputer
neon
lamp
controller
[J]，
micro
computer
application，1998
the
05
period
[13]张毅刚，单片机原理及应用，2003年12月第一版
[14]张国雄，测控电路第四版，2011年4月第四版
[15]李良光，电子技术，2008年7月第一版
附件A
主要参考文献及摘要
[1]许德章，梁志扬，霓虹灯智能控制器设计，电子科技，1997年4月第2期
摘要：文中介绍一种经过长期使用实践考验，
技术比较成熟的智能霓虹灯控制器的设计方法，包括I/
O
口串行扩展光电隔离及过零触发可控硅功率驱动技术。
[2]吴建宁，霓虹灯控制电路，电子制作[J]，2006年第8期
摘要：霓虹灯控制电路实际上是一种多路自动开关电路，可以用多种方法实现功能。这里，控制器是一个8路自动开关电路，能同时控制8条霓虹灯。其工作过程是把设计好的8路霓虹灯亮熄组合的变化花样以二进制数据的形式预先存放在控制器的存储器中，工作时按时间顺序从存储器中将数据取出，用这些数据去控制各个开关的闭合或断开(一般数据为1，则相应的开关闭合，这一路霓虹灯被点亮)，从而实现对霓虹灯的自动控制。
[3]张续文，霓虹灯的设计及其制作方法的讨论，六盘水师范高等专科学校学报，2005年06期
摘要：霓虹灯的设计就是要充分利用霓虹灯的诸多特性，来实现当代社会对霓虹灯的多样性、趣味性、艺术性和实用性的要求。霓虹灯的制作主要从灯管、变压器、控制器以及高低压线路等方面进行了论述。
[4]宋雅，赖益民，基于AT89C51的新型七彩霓虹灯控制系统设计，微计算机应
用，2005年01期
摘要：霓虹灯广告业正蓬勃发展，但霓虹灯控制系统的技术相对落后。基于此，本文设计了一种基于AT89C51单片机的新型七彩霓虹灯控制系统，阐述了其系统设计原理、硬件结构、软件设计及与系统配套的数据表的生成软件，提出一种新的通过串口通信的帧同步方案，最后指出系统进一步优化的方法。实践证明该设计具有低成本、方便灵活和稳定可靠的特点。
[5]曾凡锋，霓虹灯计算机辅助设计软件的实现，北方工业大学学报，2008年03期
摘要：本文介绍了开发霓虹灯计算机辅助设计软件的技术方案，以及实现霓虹灯效果图的设计方法。介绍了霓虹灯制作过程及霓虹灯的工作机制，给出了霓虹灯计算机辅助设计软件框架，以及实现霓虹灯计算机辅助设计的具体步骤.该软件是在面向对象技术基础上，实现霓虹灯效果图的计算机辅助设计，它将设计好的效果图的颜色数据自动转换为霓虹灯控制器所能执行的二进制数据。该软件可以使霓虹灯制作过程更加简单，减少了霓虹灯的制作时间。
[6]肖东，霓虹灯循环发光控制器，电子世界，1994年05期
摘要：本文介绍一种制作容易、成本低廉、工作稳定可靠的霓虹灯循环发光控制器。其控制程序为：灯1亮→灯2亮→灯3亮→灯4亮→停留片刻后全熄灭，然后又从头开始重复工作。该电路非常适合控制构成四个字的霓虹灯，如构成“欢渡春节”、“人民邮电”等四个字的霓虹灯。
[7]周明，周亮，AT89C51
单片机在霓虹灯控制中的应用，科技广场，2007年05期
摘要：霓虹灯控制器由于应用广，故追求较高的性价比。由AT89C51
单片机结合双向晶闸管输出型的光电耦合器MOC3021
来实现的控制器功能，时间常数易修改，使用灵活，电路易实现，成本低，控制芯片更换方便。
[8]Wang
Yankun，
Tang
Huanling，
Wang
Jingdong，a
new
microcomputer
neon
lamp
controller
[J]，
micro
computer
application，1998
the
05
period
Abstract：
in
this
paper，
a
novel
by
microcomputer
controlled
neon
lamp
controller
are
briefly
described.
The
controller
characteristics，
function，
purpose，
main
circuit
and
the
hardware
，
the
software
design
principle.
[9]张毅刚，单片机原理及应用，2003年12月第一版
摘要：本书详细介绍了MCS-51单片机的硬件结构和指令系统，在此基础上详细介绍了MCS-51单片机的各类接口技术及应用系统设计，如何根据应用需求，来进行应用系统的设计。
[10]张国雄，测控电路第四版，2011年4月第四版
摘要：本书主要介绍测控电路的功用和对它的主要要求、测控电路的类型与组成，以及它的发展趋势。主要包括放大电路，特别是低漂移、高共模抑制比以及测控系统中需要的其他高性能放大电路的介绍。
[11]李良光，电子技术，2008年7月第一版
摘要：全书包括了模拟电子技术和数字电子技术两部分内容，共8章。附录B
程序清单
ORG0000H
LJMPSTART
；转入主程序
ORG0003H
；外部中断，INT0入口地址
RETI
ORG000BH
；定时器T0中断服务程序
LJMPINT
T0
；转入T0中断服务程序
ORG0013H
；外部中断，INT1入口地址
RETI；返回
LJMPINT
T1
；转入T1中断服务程序
ORG0023H
；转入串行中断服务程序
RETI；返回
START：MOV
P1，#0FFH
MOV
A，P1
CPL
A
JZ
START
JB
ACC.0
，SUB0
JB
ACC.1
，SUB1
JB
ACC.2
，SUB2
JB
ACC.3
，SUB3
JB
ACC.4
，SUB4
JB
ACC.5
，SUB5
JB
ACC.6
，SUB6
LJMPSTART
ORG
0600H
SUB0：
AJMPKEY0
SUB1：
AJMPKEY1
SUB2：
AJMPKEY2
SUB3：
AJMPKEY3
SUB4：
AJMPKEY4
SUB5：
AJMPKEY5
SUB6：
AJMPKEY6
KEY1：
MOVSCON，#00H
CLR
ES
MOVA，#01H
MOVSBUF，A
MOVR0，#01H
MOVR1，#80H
LOOP1：
MOVA，R0
RL
A
MOVP0，A
MOVR0，A
MOVA，R0
RR
A
MOVP0，A
MOVR2，#100
LJMPLOOP1
RET
KEY2：
MOVSCON，#00H
CLR
ES
MOVA，#02H
MOVSBUF，A
MOVR0，#03H
MOVR1，#0C0H
DL：MOVR4，#100
DL1：
MOVR3，#100
DL2：
DJNZR3，DL2
DJNZR4，DL1
RET
END附录C
外文文献及翻译
Principle
of
MCU
?Single-chip
is
an
integrated
on
a
singlechip
a
complete
computer
system.
Even
though
most
of
his
features
in
a
smallchip,
but
it
has
a
need
to
complete
the
majority
of
computer
components:
CPU,memory,
internal
and
external
bus
system,
most
will
have
the
Core.
At
the
sametime,
such
as
integrated
communication
interfaces,
timers,
real-time
clock
andother
peripheral
equipment.
And
now
the
most
powerful
single-chip
microcomputersystem
can
even
voice,
image,
networking,
input
and
output
complex
systemintegration
on
a
single
chip.
Also
known
as
single-chip
MCU(Microcontroller),
because
it
was
first
used
in
the
field
of
industrialcontrol.
Only
by
the
single-chip
CPU
chip
developed
from
the
dedicatedprocessor.
The
design
concept
is
the
first
by
a
large
number
of
peripherals
andCPU
in
a
single
chip,
the
computer
system
so
that
smaller,
more
easilyintegrated
into
the
complex
and
demanding
on
the
volume
control
devices.
INTELthe
Z80
is
one
of
the
first
design
in
accordance
with
the
idea
of
theprocessor,
From
then
on,
the
MCU
and
the
development
of
a
dedicated
processorparted
ways.?
?
?
?
Early
single-chip
8-bit
or
all
of
the
four.One
of
the
most
successful
is
INTEL＇s
8031,
because
the
performance
of
a
simpleand
reliable
access
to
a
lot
of
good
praise.
Since
then
in
8031
to
develop
asingle-chip
microcomputer
system
MCS51
series.
Based
on
single-chipmicrocomputer
system
of
the
system
is
still
widely
used
until
now.
As
the
fieldof
industrial
control
requirements
increase
in
the
beginning
of
a
16-bitsingle-chip,
but
not
ideal
because
the
price
has
not
been
very
widely
used.After
the
90＇s
with
the
big
consumer
electronics
product
development,single-chip
technology
is
a
huge
improvement.
INTEL
i960
Series
with
subsequentARM
in
particular,
a
broad
range
of
applications,
quickly
replaced
by
32-bitsingle-chip
16-bit
single-chip
high-end
status,
and
enter
the
mainstreammarket.
Traditional
8-bit
single-chip
performance
has
been
the
rapid
increasein
processing
power
compared
to
the
80＇s
to
raise
a
few
hundred
times.
Atpresent,
the
high-end
32-bit
single-chip
frequency
over
300MHz,
the
performanceof
the
mid-90＇s
close
on
the
heels
of
a
special
processor,
while
the
ordinaryprice
of
the
model
dropped
to
one
U.S.
dollars,
the
most
high-end
models,
only10
U.S.
dollars.
Contemporary
single-chip
microcomputer
system
is
no
longeronly
the
bare-metal
environment
in
the
development
and
use
of
a
large
number
ofdedicated
embedded
operating
system
is
widely
used
in
the
full
range
ofsingle-chip
microcomputer.
In
PDAs
and
cell
phones
as
the
core
processing
ofhigh-end
single-chip
or
even
a
dedicated
direct
access
to
Windows
and
Linuxoperating
systems.?
?
?
??More
than
a
dedicated
single-chip
processorsuitable
for
embedded
systems,
so
it
was
up
to
the
application.
In
fact
thenumber
of
single-chip
is
the
world＇s
largest
computer.
Modern
human
life
usedin
almost
every
piece
of
electronic
and
mechanical
products
will
have
asingle-chip
integration.
Phone,
telephone,
calculator,
home
appliances,electronic
toys,
handheld
computers
and
computer
accessories
such
as
a
mouse
inthe
Department
are
equipped
with
1-2
single
chip.
An
d
personal
computers
alsohave
a
large
number
of
single-chip
microcomputer
in
the
workplace.
Vehiclesequipped
with
more
than
40
Department
of
the
general
single-chip,
complexindustrial
control
systems
and
even
single-chip
may
have
hundreds
of
work
atthe
same
time!
SCM
is
not
only
far
exceeds
the
number
of
PC
and
otherintegrated
computing,
even
more
than
the
number
of
human
beings.
?
?
??Hardwave
introduction：
?
?
?
The
8051
family
of
micro
controllers
isbased
on
an
architecture
which
is
highly
optimized
for
embedded
controlsystems.
It
is
used
in
a
wide
variety
of
applications
from
military
equipmentto
automobiles
to
the
keyboard
on
your
PC.
Second
only
to
the
Motorola
68HC11
in
eight
bit
processors
sales,
the8051
family
of
microcontrollers
is
available
in
a
wide
array
of
variations
frommanufacturers
such
as
Intel,
Philips,
and
Siemens.
These
manufacturers
haveadded
numerous
features
and
peripherals
to
the
8051
such
as
I2C
interfaces,
analog
to
digitalconverters,
watchdog
timers,
and
pulse
width
modulated
outputs.
Variations
ofthe
8051
with
clock
speeds
up
to
40MHz
and
voltage
requirements
down
to
1.5volts
are
available.
This
wide
range
of
parts
based
on
one
core
makes
the
8051family
an
excellent
choice
as
the
base
architecture
for
a
company＇s
entire
lineof
products
since
it
can
perform
many
functions
and
developers
will
only
haveto
learn
this
one
platform.?
The
basic
architecture
consists
of
thefollowing
features:?
?aneight
bit
ALU
?32descrete
I/O
pins
(4
groups
of
8)
which
can
be
individually
accessed
?two16
bit
timer/counters
full
duplex
UART
?6interrupt
sources
with
2
priority
levels
?128bytes
of
on
board
RAM
separate
64K
byte
address
spaces
for
DATA
and
CODE
memory
?
?
?
One
8051
processor
cycle
consists
of
twelveoscillator
periods.
Each
of
the
twelve
oscillator
periods
is
used
for
a
specialfunction
by
the
8051
core
such
as
op
code
fetches
and
samples
of
the
interruptdaisy
chain
for
pending
interrupts.
The
time
required
for
any
8051
instructioncan
be
computed
by
dividing
the
clock
frequency
by
12,
inverting
that
resultand
multiplying
it
by
the
number
of
processor
cycles
required
by
theinstruction
in
question.
Therefore,
if
you
have
a
system
which
is
using
an11.059MHz
clock,
you
can
compute
the
number
of
instructions
per
second
bydividing
this
value
by
12.
This
gives
an
instruction
frequency
of
921583instructions
per
second.
Inverting
this
will
provide
the
amount
of
time
takenby
each
instruction
cycle
(1.085
microseconds).单片机原理
?
?
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。
?
?
单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
?
?
早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL
i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。
?
?
单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。?
?
?
单片机硬件介绍：
?
?
?
?8051系列微控制器是建立在一个高度优化的嵌入式控制系统的结构上。它的运用范围比较广，从军事装备到汽车再到你的PC机的键盘。仅次于摩托罗拉68HC11在8位处理器销售，8051家庭的微控制器，?在制造商上有各种各样的变化，如因特尔公司、西门子、飞利浦。这些厂家已经增加了许多功能及外设，如总线接口，模拟到数字转换器，看门狗定时器、脉冲宽度调制的输出。8051的变化，达到40MHz时钟频率下降到150伏电压条件是可得到的。这种广泛的部分基于一个核心使8051系列的一个很好的选择作为基础架构的一个公司产品
，因为它可以执行许多功能和开发者只会有这样的一个平台。
基本结构由以下特点：
一个8为的算术逻辑单元
32个离散输入输出端口（4组8位）可单独访问
二个16位定时器/计数器
全双工通用异步接收/发送装置
6个中断源与2个优先级别
128字节的随机存储器
64K分开字节地址空间的数据和代码的记忆
?
?
一个数字处理器周期共有十二振荡器的时期。他本是十二门徒里的每一个阶段是用于振荡器的特殊功能的核心，如凤凰社代码的数字和样品中的全部中断菊花链未决的中断。所需的时间任何8051指令可以除以12例，时钟频率通过反演结果和增殖它的数字处理器周期所指示的问题。因此，如果你有一个系统，使用一个11.059MHz时钟，可以计算出的指令数除以这个值每秒12分。这给出了921583指令每秒指令频率。反相这将提供每个指令周期（1.085微秒）采取的时间。
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《
论文：霓虹灯控制器设计》
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