摘要
：推动城市发展方面起着直接或间接的作用。本课题主要着眼于霓虹灯的有效控制使用。为了有效地对霓虹灯进行控制使用，本文设计了基于单片机的高层建筑夜间景观霓虹灯设计。系统一共包含了四个模块。首先是对整个系统工作提供电源的部分，即电源模块。该系统采用5V供电；然后是两个主要的人机接口模块。即按键电路和显示屏，系统使用者通过按键输入信号、系统通过显示屏反馈系统。最后是霓虹灯模块，这个模块用于系统的作用输出端。本系统的主要工作流程是使用者通过按键电路对系统的工作模式、霓虹灯的闪烁频率以及工作时长进行设置选择，然后设置的内容会出现在显示屏上，霓虹灯电路进行相应的工作。最后在PC机上通过EAD软件进行仿真验证，完成系统设计。
关键词：单片机；霓虹灯；显示电路；人机接口
系统硬件电路设计
1 单片机最小系统电路设计
1.1 最小系统总设计
单片机最小系统是单片机能够工作起来的最基本的配置要求，针对类似于51单片机这种没有内部晶振的控制芯片来说，最小系统的构成包括晶振电路、复位电路、电源和单片机，复位电路好通过单片机的RST引脚和单片机相互连接，晶振电路通过单片机的XTAL1和XTAL2连接。这几个模块的具体连接图如1所示：
图1 单片机最小系统单元
2 霓虹灯电路
霓虹灯电路作为本系统的控制对象是本系统中最主要的一部分内容，实际生活中的霓虹灯由许许多多的发光二极管构成，本文只是设计一个控制系统，因此通过八个发光二极管模拟即可，八个发光二极管的颜色分别为红色灯、绿色灯、蓝色灯、黄色灯、白色灯、粉色灯、紫色灯、青色灯，发光二极管的阴极直接连接到单片机的IO口上，阳即连接1K电阻，再连接到电源正极上。这里接1K电阻的目的是为了防止电流过大损坏二极管，具体电路如图2所示：
图2霓虹灯电路
2.3 显示器电路设计
本次设计采用LCD1602液晶显示屏显示霓虹灯控制系统的工作模式，霓虹灯控制系统的闪烁频率，霓虹灯控制系统的工作时长。LCD1602的GND引脚和VCC引脚接低电平。VEE引脚接滑动变阻器的滑动端用于调节屏幕对比度，RW接单片机的P10口用于读写选择，RW接单片机的P11口，用于选择数据读写还是命令读写。EN用于显示屏的使能。D0-D7是数据传输端口。具体的硬件连接电路如图2：
图2 显示电路
软件设计
3.1 主程序设计
单片机在程序编写的时候，常常是通过查询的方式，该程序主要是工作在一个死循环当中，但是在进入到死循环之前，系统首先需要进行初始化，这里的初始化包括定时器初始化、工作模式初始化以及LCD显示初始化等，然后进入到死循环，进行按键扫描，并将当前的工作模式显示到屏幕上，霓虹灯电路将按照设定的工作模式进行工作，最后判断工作时间是否结束，如果结束则关闭霓虹灯，否则霓虹灯继续工作。如图3.1所示。
图3.1主程序流程图
系统的仿真与验证
1 仿真图
仿真是基于PC机的计算能力来完成，相当于理想环境，设计一个系统通过完成仿真，再到最终的实物。这样不仅节约成本而且易于测试验证。除了显示屏略微有所差别之外，本系统的仿真内容集合预设的系统功能，本文需要仿真三个方面的内容，即：1）不同工作时长；2）不同工作频率；3）不同工作模式。具体仿真图如图1所示。
图1 仿真图
2 结果分析
本文需要仿真三个方面的内容，即：1）不同工作时长；2）不同工作频率；3）不同工作模式。下面就三种状态内容分别分析：
1）不同工作时长
首先，根据毕业设计的任务书要求，本系统需要具备设计的霓虹灯控制系统的工作时间是可变的，而且可以通过按键来随时设置，本作者通过下图中显示屏显示的字符可以明显可到两幅图的工作时间长短不一样，其中的一个的工作时间长度为1小时，显示屏上显示的是"worktime:1h"，具体内容在图4.2(1)已经注明。另一个的工作时间长度为2小时，显示屏上显示的是"worktime:2h"，具体内容在图2(2)已经注明。
图2不同工作时长(1)
图2 不同工作时长状态图
总结
市夜景是一个城市繁荣的重要体现，而霓虹灯作为夜景的标志性景观，在宣传展示城市风采、丰富城市景观、娱乐市民生活和推动城市发展方面起着直接或间接的作用。本课题主要着眼于霓虹灯的有效控制使用。本文设计了基于单片机的高层建筑夜景景观霓虹灯系统，系统一共包含了四个模块。首先是对整个系统工作提供电源的部分，即电源模块。该系统采用5V供电；然后是两个主要的人机接口模块。即按键电路和显示屏，系统使用者通过按键输入信号、系统通过显示屏反馈系统。最后是霓虹灯模块，这个模块用于系统的作用输出端。本系统的主要工作流程是使用者通过按键电路对系统的工作模式、霓虹灯的闪烁频率以及工作时长进行设置选择，然后设置的内容会出现在显示屏上，霓虹灯电路进行相应的工作。本系统虽然相对于其他控制系统来说具有频率可调，时间可定的功能，但是系统也存在许多不足的地方，比如亮度不同调节，后续可以通过PWM控制技术对霓虹灯的亮度进行调节，也可增加一些语言控制之类的，使之更加便捷，容易使用。
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