单片机远程同步灯电路+程序

1.概述

远程同步灯系统能够在300米的距离内实现多个单片机控制器的同步功能。整个同步系统分为三大组成部分：单片机控制器、LED灯板以及同步信号传输线路。

系统框架如下所示：

2.各部分组成

1)单片机控制器

使用飞利浦P89C52单片机作为主控芯片。在300米的传输线路上由一台控制器作为产生同步信号的主机，其余多台控制器作为从机，接收从主机传送来的同步信号。主机发送一次同步信号，所有控制器进行一次同步操作。

每一个控制器由89C52的最小系统加4个驱动芯片ULN2003组成，图2和图3显示出具体的电路构成和连接方式。带上驱动芯片后，一个控制器就可以同时驱动24盏LED灯。

2)LED灯板

每一块LED灯板带24个LED灯，分为8组，每组有红绿蓝灯珠各一颗，即为8*3=24颗。每一颗灯珠带300欧姆限流电阻。（参见图3）

3)同步信号传输线路

远程传输线路由传输导线和信号输出、信号输入端三部分组成。其中，主机与信号输出端相连，各个从机与各自的信号输入端相连。由于传输距离较远，我们需要将传输电压抬高至30伏特左右。具体输出端（升压）和输入端（降压）电路由图4与图5所示。

附加说明：在图4与图5的接口之间，可以接双绞线作为同步信号的传输介质。

3.同步系统软件设计流程

1)问题的提出

单片机的运行速度是不同的。即使是同一型号的单片机在同一频率标识的晶振下，同时上电开始运行同样的程序，也不可能做到精确的同步。这种运行速度的差异性一开始可能不会被察觉，但是当系统运行时间久了之后，各个单片机之间的运行速度的差异性就会逐渐积累起来，一直能够累计到我们不能容忍的程序。

因此，我们必须在这些的差异积累到一定程度之前，使所有的单片机在同一时刻运行到同样的程序位置，这样就可以清零正在积累的差异性，达到运行长时间都能够同步的效果。

2)程序流程图

初步设计同步系统中的主机和从机运行一轮效果（6个不同的灯光效果）之后，进行一次同步操作。用16MHZ晶振的实际测量效果是运行完一轮的时间为1分20秒左右。在进行同步操作之前，主机与从机运行相同的程序，以尽量减少不同程序引起的时间差异；在运行完6个效果之后，所有从机立刻进入等待状态，不断查询中断标志。而主机则在运行完效果之后再运行一段延时程序，这样做的目的，是有意造成主从之间的快慢差异--主机慢，从机快。这样从机就可以有充分的时间来响应由主机发送过来的同步信号，消除之前积累的各个单片机实际运行的速度差异。流程图如图6所示。

通过实际测量，我们在300米距离内运行10台控制器，并进行了24小时的同步测试，运行效果良好，可以达到预期目的。
4.实测同步系统特性参数
1）远程同步信号传输线路电路基本参数
传输电压：30v
传输电流：0.04A（介质为双绞网线，长度300米）
消耗功率：1.2w
2）单片控制器及灯板功耗：5w
3）最大可同步距离：500米
4）最大可同步控制器数：待测

附录A： 材料清单
从机材料清单
PART1、2电源部分：
器件种类
标号
型号参数
封装
数量
桥堆
D2
DB107
直插
1
高速开关
U6
LM2576
TO-263
1
二极管
D1
IN8175
DIODE-0.4
1
电感
L1
100uH
直插
1
电容
C1
47Uf
直插
1
电容
C2
220uF
直插
1
电容
C4
100nF
贴片0603
1
电阻
R26
3K
0805
1
电阻
R27
1K
0805
1
PART3单片机最小系统
单片机
U1
P89S52XBN
DIP40
1
晶振
Y1
16MHz
RAD0.2
1
电阻
R28
10K
AXIAL-0.3
1
电容
C3
47uF
直插
1
电容
C5C6
33pF
AXIAL-0.3
2
PART4普通IO口上拉电阻
电阻
R1-----R25
1K
贴片0805
25
PART5同步信号接收电路
三极管
Q1
9015
SOT54
1
可控硅
Q2
100-6
SOT54
1
电阻
R29
300欧姆
0805
1
电阻
R30
5.1K
0805
1
电阻
R31、R32
1K
0805
2
电阻
R33
10K
0805
1
PART6 LED驱动
驱动芯片
U2------U5
ULN2003
SOP16
4

主机材料清单
PART1、2电源部分：
器件种类
标号
型号参数
封装
数量
桥堆
D2
DB107
直插
1
高速开关
U6
LM2576
TO-263
1
二极管
D1
IN8175
DIODE-0.4
1
电感
L1
100uH
直插
1
电容
C1
47uF
直插
1
电容
C2
220uF
直插
1
电容
C4
100nF
贴片0603
1
电阻
R26
3K
0805
1
电阻
R27
1K
0805
1
PART3单片机最小系统
单片机
U1
P89S52XBN
DIP40
1
晶振
Y1
16MHz
RAD0.2
1
电阻
R28
10K
AXIAL-0.3
1
电容
C3
47uF
直插
1
电容
C5、C6
33pF
AXIAL-0.3
2
PART4普通IO口上拉电阻
电阻
R1-----R25
1K
贴片0805
25
PART5同步信号发生电路
三极管
Q1
9015
SOT54
1
可控硅
Q2
100-6
SOT54
1
电阻
R29
10K
0805
1
电阻
R30
5.1K
0805
1
电阻
R31
1K
0805
1
PART6 LED驱动
驱动芯片
U2------U5
ULN2003
SOP16
4