摘 要

舞台背景在照明、烘托气氛、提供不同的时间和空间场景效果、增强艺术渲染力等方面起到了至关重要的作用。LED显示技术的提高，使得LED显示屏在舞台背景方面所展现出来的的效果越来越好，并被广泛良好的应用。大场景大画面的震撼效果让舞台的演出大放异彩，让观众目不转睛。舞台背景图景控制系统能够通过定时或着随用户的要求来变换不同的画面与色彩。

采用51系列单片机输出PWM分别控制三色LED的负载电流，达到控制各LED亮度，通过三色LED不同亮度的混合发光实现色彩的变化，通过控制LED灯的发光周期，使得LED灯亮度和色彩发生周期变换，从而实现丰富的色彩变化达到舞台背景图景控制的效果。

本文设计了一个由单片机PWM输出控制3路LED的亮度比的电路，通过中断服务程序不停的刷新各颜色的亮度比，实现了由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、白8种色彩状态依次渐变的过程。

关键词：舞台背景 LED 三基色 PWM 单片机

Abstract

Stage background in the aspects of lighting and contrast the atmosphere, provide different time and space environment, enhance the artistic rendering etc. to the vital role. With the improvement of LED display system technology, LED display in the stage of the background to show the effect has been more and more optimistic and the use of. Big scenes big picture shock effect so that the stage actor and the audience into a whole, so that the audience immersive. The stage background picture can change the different color and the picture by the time or with the user request.

The 51 series SCM output three PWM control three color LED load current and to control the brightness of LED, by mixing in different brightness of three color LED luminous color changes, through the control of LED light luminous cycle, brightness and color of LED lights cycle change, in order to achieve rich color changes to stage background picture control effect.

This paper designs a by the microcontroller PWM output control 3 road led brightness than the circuit. By interrupt service program constantly refresh the brightness of the color, red, orange, yellow, green, blue and violet white eight color followed by the gradual process.

Key words: Stage background Three primary colors LED PWM SCM

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题研究目的及意义 1

1.2国内外发展现状 2

1.3 本文研究的内容 2

第二章 三基色LED彩灯 3

2.1 LED简介 3

2.2三基色LED原理 3

2.3 彩灯原理与系统设计框架 4

2.3.1 彩灯实现原理 4

2.3.2 色彩变换的实现 6

第三章 脉冲宽度调制 7

3.1 PWM简介及特点 7

3.2 历史发展 8

3.3 基本原理 8

3.4 PWM在LED中的应用 10

第四章 硬件设计 11

4.1单片机的特点及应用 11

4.2单片机原理 12

4.2.1单片机原理概述 12

4.2.2单片机的应用系统 12

4.2.3 AT89C51简介 14

4.3用单片机输出PWM的过程 16

4.4 电路和功能描述 17

第五章 软件设计 20

第六章 总结与展望 23

参考文献 24

附录 25

致 谢 31

第一章 绪论

1.1课题研究目的及意义

舞台是演员们表演节目的地方。它能让观众的焦点聚集在演员的表演上，并且使表演获得最佳的效果。舞台在我们生活中随处可见，学校，小区，剧院甚至是露天的广场都有它的身影。舞台是展示自我，娱乐大众，交流文化的重要场所，能够让人放松身心，减轻压力，享受生活。城市化进程的加快，人们生活水平的提高，使得人们对精神文明的追求也愈发强烈，对舞台演出的质量也愈发看重，舞台的现代化与智能化是未来发展的必然趋势。而舞台质量优质与否与舞台背景密不可分。舞台背景在现代舞台演出中起到了至关重要的作用。

1.给舞台提供照明效果，让观众看的清演员们的表演以及舞台的布景。

2.能够塑造人物形象，烘托人物情感，让人物的个性更加鲜明。

3.能创造出舞台表演所需要的背景环境。

4.渲染舞台表演的气氛。

5.体现时间和空间的变换，使表演更加真实生动，增强代入感。

舞台背景是随着表演的进展、舞台氛围的变换而不断变化的，舞台背景的艺术效果是空间艺术和时间艺术的结合体。

随着LED显示系统技术的提高，全彩LED显示屏在舞台背景方面所能展现的效果已越来越被看好并运用。随着各大国际盛事活动以及每年春晚上重大活动时超大规模的LED显示屏舞台背景应用，大场景大画面配合歌舞主体以达到渲染现场欢乐、热烈、激情的效果让每一个观众都感受到身心的震撼。一个良好的舞台背景图景控制系统定能让舞台独具特色，让舞台的演出大放异彩。

那么如何控制舞台背景图景以达到为舞台增色的效果呢？通过定时改变各LED发出的颜色，可以形成一个符合要求的舞台背景图景。显然研究并控制全彩LED灯对舞台背景控制有着重大意义和作用。

1.2国内外发展现状

最早的LED仅能发出红黄绿三种颜色低效率的光，已经在20世纪70年代就被应用在指示方面，以及一些简单的数字和文字显示。之后LED变逐渐走入了各个应用领域，大到工业发展，信息通信，小到交通出行，生活用品，整个国民经济中到处都有着它的身影。截止到20世纪末，LED产品在全球的销售额就已经达到了数十亿美元。虽然LED的应用十分广泛，凭借着寿命长，安全可靠又环保在消费者中大受好评，但它本身也受到发光的亮度以及颜色的限制，使得LED的应用并没有那么万能。直到进入20世纪90年代，半导体工业开始迅猛的发展，推动了半导体材料技术的革新，也让LED的制造材料以及制造工艺得到了良好的改进，使得LED突破了自身的限制，在颜色和亮度方面有了飞跃性的发展。想要显示全彩色所必需的三基色红绿蓝以及其他一些颜色的LED的发光强度已经达到了坎德拉级别，这使得LED能够在白天光照充分的环境下能够让人看见全彩色显示，大大拓展了LED的应用领域。截止1996年，LED产业在全世界的销售额已经达到了数十亿美元。我国的LED发展开始于70年代，产业出现在80年代，但基本都是从事的后期封装生产，并没有掌握核心的生产技术，所有的芯片几乎全是从国外进口的。在通过“几个五年计划”后，LED技术的发展有了质的飞跃。在进入21世纪后，我国的LED产业稳健发展，规模逐年扩大，技术水平也在赶超世界前沿水平，现已将其纳入国家重点发展的高新技术产业并且给予大力支持。至2010年中国的LED产业的产值已经达到了一千亿元的规模。LED产业已经成为我国电子信息产业的重要组成部分。

1.3 本文研究的内容

1. 三基色LED彩灯的原理特点的简介，阐述了实现色彩变换的方法。
2. 脉冲宽度调制的原理简介以及在LED方面上的应用。
3. 硬件设计。单片机简介，用单片机软件输出PWM的方法及原理，设计了用单片机I/O口输出控制三基色LED的发光的电路。
4. 软件设计了一个控制三基色LED按照指定的色彩进行依次变换的程序。

第二章 三基色LED彩灯

2.1 LED简介

LED是发光二极管的英文缩写，它是一种能够把电能直接转化为光能的半导体元件，和普通的二极管一样是由P型和N型半导体形成一个PN结组成的，具有单向导电性。当它的两端被施加了一个正向电压时，N区半导体内多数载流子自由电子流向P区，与P区的多数载流子空穴复合，这个过程中会产生光子而发出光。这就是LED的发光原理。

LED被称为第四代光源，其内在的特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源。具有体积小，耗电量低，寿命长，安全环保等优点。作为一种新型的照明技术，LED 被认为是 21 世纪最具价值的光源。

2.2三基色LED原理

在人眼的视网膜上有着三种感色视锥细胞，这3种细胞分别是对红光、绿光、蓝光敏感的感红细胞、感绿细胞、感蓝细胞。当感色细胞受到较强的刺激时，该感色细胞就会兴奋，从而产生该色彩的感觉。人眼的这三种感色细胞，是具有合成颜色能力的，当一种复色光刺激人眼时，三种感色细胞可将其分解为红、绿、蓝三种单色光，然后混合成一种颜色，就是因为有了这种合色能力，我们才能识别出红、绿、蓝三色之外的其他颜色^[3]。这便是是三基色原理，这三种基色互相独立，即任何一种基色色都不能由其他两种基色合成，而它们又十分地完备，三基色除外的所有颜色都可以通过三基色按照不同比例混合而产生。