1.概述
遠(yuǎn)程同步燈系統(tǒng)能夠在300米的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)多個(gè)單片機(jī)控制器的同步功能。整個(gè)同步系統(tǒng)分為三大組成部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制器、LED燈板以及同步信號(hào)傳輸線路。
系統(tǒng)框架如下所示：
標(biāo)題1.jpg)
2.各部分組成
1)單片機(jī)控制器
使用飛利浦P89C52單片機(jī)作為主控芯片。在300米的傳輸線路上由一臺(tái)控制器作為產(chǎn)生同步信號(hào)的主機(jī)，其余多臺(tái)控制器作為從機(jī)，接收從主機(jī)傳送來(lái)的同步信號(hào)。主機(jī)發(fā)送一次同步信號(hào)，所有控制器進(jìn)行一次同步操作。
每一個(gè)控制器由89C52的最小系統(tǒng)加4個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003組成，圖2和圖3顯示出具體的電路構(gòu)成和連接方式。帶上驅(qū)動(dòng)芯片后，一個(gè)控制器就可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)24盞LED燈。
2)LED燈板
每一塊LED燈板帶24個(gè)LED燈，分為8組，每組有紅綠藍(lán)燈珠各一顆，即為8*3=24顆。每一顆燈珠帶300歐姆限流電阻。（參見(jiàn)圖3）
標(biāo)題2.jpg)
標(biāo)題3.jpg)
3)同步信號(hào)傳輸線路
遠(yuǎn)程傳輸線路由傳輸導(dǎo)線和信號(hào)輸出、信號(hào)輸入端三部分組成。其中，主機(jī)與信號(hào)輸出端相連，各個(gè)從機(jī)與各自的信號(hào)輸入端相連。由于傳輸距離較遠(yuǎn)，我們需要將傳輸電壓抬高至30伏特左右。具體輸出端（升壓）和輸入端（降壓）電路由圖4與圖5所示。
標(biāo)題4.jpg)
附加說(shuō)明：在圖4與圖5的接口之間，可以接雙絞線作為同步信號(hào)的傳輸介質(zhì)。
3.同步系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程
1)問(wèn)題的提出
單片機(jī)的運(yùn)行速度是不同的。即使是同一型號(hào)的單片機(jī)在同一頻率標(biāo)識(shí)的晶振下，同時(shí)上電開(kāi)始運(yùn)行同樣的程序，也不可能做到精確的同步。這種運(yùn)行速度的差異性一開(kāi)始可能不會(huì)被察覺(jué)，但是當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間久了之后，各個(gè)單片機(jī)之間的運(yùn)行速度的差異性就會(huì)逐漸積累起來(lái)，一直能夠累計(jì)到我們不能容忍的程序。
因此，我們必須在這些的差異積累到一定程度之前，使所有的單片機(jī)在同一時(shí)刻運(yùn)行到同樣的程序位置，這樣就可以清零正在積累的差異性，達(dá)到運(yùn)行長(zhǎng)時(shí)間都能夠同步的效果。
2)程序流程圖
初步設(shè)計(jì)同步系統(tǒng)中的主機(jī)和從機(jī)運(yùn)行一輪效果（6個(gè)不同的燈光效果）之后，進(jìn)行一次同步操作。用16MHZ晶振的實(shí)際測(cè)量效果是運(yùn)行完一輪的時(shí)間為1分20秒左右。在進(jìn)行同步操作之前，主機(jī)與從機(jī)運(yùn)行相同的程序，以盡量減少不同程序引起的時(shí)間差異；在運(yùn)行完6個(gè)效果之后，所有從機(jī)立刻進(jìn)入等待狀態(tài)，不斷查詢(xún)中斷標(biāo)志。而主機(jī)則在運(yùn)行完效果之后再運(yùn)行一段延時(shí)程序，這樣做的目的，是有意造成主從之間的快慢差異--主機(jī)慢，從機(jī)快。這樣從機(jī)就可以有充分的時(shí)間來(lái)響應(yīng)由主機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的同步信號(hào)，消除之前積累的各個(gè)單片機(jī)實(shí)際運(yùn)行的速度差異。流程圖如圖6所示。
標(biāo)題5.jpg)
通過(guò)實(shí)際測(cè)量，我們?cè)?00米距離內(nèi)運(yùn)行10臺(tái)控制器，并進(jìn)行了24小時(shí)的同步測(cè)試，運(yùn)行效果良好，可以達(dá)到預(yù)期目的。
4.實(shí)測(cè)同步系統(tǒng)特性參數(shù)
1）遠(yuǎn)程同步信號(hào)傳輸線路電路基本參數(shù)
傳輸電壓：30v
傳輸電流：0.04A（介質(zhì)為雙絞網(wǎng)線，長(zhǎng)度300米）
消耗功率：1.2w
2）單片控制器及燈板功耗：5w
3）最大可同步距離：500米
4）最大可同步控制器數(shù)：待測(cè)
附錄A： 材料清單
從機(jī)材料清單
PART1、2電源部分：
器件種類(lèi)
標(biāo)號(hào)
型號(hào)參數(shù)
封裝
數(shù)量
橋堆
D2
DB107
直插
1
高速開(kāi)關(guān)
U6
LM2576
TO-263
1
二極管
D1
IN8175
DIODE-0.4
1
電感
L1
100uH
直插
1
電容
C1
47Uf
直插
1
電容
C2
220uF
直插
1
電容
C4
100nF
貼片0603
1
電阻
R26
3K
0805
1
電阻
R27
1K
0805
1
PART3單片機(jī)最小系統(tǒng)
單片機(jī)
U1
P89S52XBN
DIP40
1
晶振
Y1
16MHz
RAD0.2
1
電阻
R28
10K
AXIAL-0.3
1
電容
C3
47uF
直插
1
電容
C5\C6
33pF
AXIAL-0.3
2
PART4普通IO口上拉電阻
電阻
R1-----R25
1K
貼片0805
25
PART5同步信號(hào)接收電路
三極管
Q1
9015
SOT54
1
可控硅
Q2
100-6
SOT54
1
電阻
R29
300歐姆
0805
1
電阻
R30
5.1K
0805
1
電阻
R31、R32
1K
0805
2
電阻
R33
10K
0805
1
PART6 LED驅(qū)動(dòng)
驅(qū)動(dòng)芯片
U2------U5
ULN2003
SOP16
4
主機(jī)材料清單
PART1、2電源部分：
器件種類(lèi)
標(biāo)號(hào)
型號(hào)參數(shù)
封裝
數(shù)量
橋堆
D2
DB107
直插
1
高速開(kāi)關(guān)
U6
LM2576
TO-263
1
二極管
D1
IN8175
DIODE-0.4
1
電感
L1
100uH
直插
1
電容
C1
47uF
直插
1
電容
C2
220uF
直插
1
電容
C4
100nF
貼片0603
1
電阻
R26
3K
0805
1
電阻
R27
1K
0805
1
PART3單片機(jī)最小系統(tǒng)
單片機(jī)
U1
P89S52XBN
DIP40
1
晶振
Y1
16MHz
RAD0.2
1
電阻
R28
10K
AXIAL-0.3
1
電容
C3
47uF
直插
1
電容
C5、C6
33pF
AXIAL-0.3
2
PART4普通IO口上拉電阻
電阻
R1-----R25
1K
貼片0805
25
PART5同步信號(hào)發(fā)生電路
三極管
Q1
9015
SOT54
1
可控硅
Q2
100-6
SOT54
1
電阻
R29
10K
0805
1
電阻
R30
5.1K
0805
1
電阻
R31
1K
0805
1
PART6 LED驅(qū)動(dòng)
驅(qū)動(dòng)芯片
U2------U5
ULN2003
SOP16
4
程序說(shuō)明：主機(jī)與從機(jī)程序盡可能一樣，避免運(yùn)行不同程序帶來(lái)的不同步效果。
主機(jī)只發(fā)送同步信號(hào)，以自己的時(shí)鐘運(yùn)行 從機(jī)接收同步信號(hào)，
在約定的時(shí)間開(kāi)始查詢(xún)中斷，體現(xiàn)“快等慢”這一原則
程序下載: http://m.zg4o1577.cn/f/tbdd.rar
燈光效果子程序見(jiàn):http://m.zg4o1577.cn/mcu/1178.html
附錄B：試驗(yàn)程序清單
主機(jī)程序：
//============================
// 主機(jī)程序
//
//============================
#include"myhead.h"
sbit P36=P3^6;
bit flag;
void main(void)
{
uchar i;
flag=0;
P36=1;
P0=0x00;
P1=0x00;
P2=0x00;
EA=0;
IT0=1; //主機(jī)本身不中響應(yīng)斷
EX0=0;
while(1)
{
for(i=0;i<5;i++)
RGBjianbian();
lable: for(i=0;i<5;i++)
RGBjianbian();
for(i=0;i<5;i++)
zhuizhu();
for(i=0;i<5;i++)
liushui();
for(i=0;i<5;i++)
shanshuo();
for(i=0;i<5;i++)
kaolong();
for(i=0;i<5;i++)
liushui2();
delay2();
P36=0;
flag=0;
flag=0;
flag=0;
flag=0;
goto lable;
}
}
void delay(void)
{
uchar i,j;
for(i=0;i<MAX;i++)
{ for(j=0;j<MAX;j++)
;
}
}
效果程序略
從機(jī)程序：
#include"myhead.h"
sbit P36=P3^6;
bit flag;
void main(void)
{
uchar i;
flag=0;
P36=1;
P0=0x00;
P1=0x00;
P2=0x00;
IT0=1; //下降沿觸發(fā)
EX0=1;
EA=1;
while(1)
{
for(i=0;i<5;i++)
RGBjianbian();
lable: for(i=0;i<5;i++)
RGBjianbian();
for(i=0;i<5;i++)
zhuizhu();
for(i=0;i<5;i++)
liushui();
for(i=0;i<5;i++)
shanshuo();
for(i=0;i<5;i++)
kaolong();
for(i=0;i<5;i++)
liushui2();
flag=0;
flag=0;
while(flag==0)
{ ; }
flag=0;
goto lable;
}
}
void delay(void)
{
uchar i,j;
for(i=0;i<MAX;i++)
{ for(j=0;j<MAX;j++)
;
}
}
效果程序略
void interrupt0(void) interrupt 0 using 2
{
flag=1;
}