單片機(jī)彩燈控制器的設(shè)計(jì)報(bào)告書-單片機(jī)彩燈控制器的設(shè)計(jì).docx

2008級(jí)電子信息工程單片機(jī)彩燈控制器的設(shè)計(jì)報(bào)告書設(shè)計(jì)題目單片機(jī)彩燈控制器的設(shè)計(jì)姓 名學(xué) 號(hào)學(xué) 院物理與電子信息工程學(xué)院專 業(yè)電子信息工程班 級(jí)指導(dǎo)教師2011年 5 月 1 日單片機(jī)彩燈控制器的設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)題目彩燈控制器的設(shè)計(jì)。2、設(shè)計(jì)要求（1）基本要求以單片機(jī)為控制核心，用LED表示彩燈；最少8路LED ；多種花樣（自行擬定，至少6種）；手動(dòng)、自動(dòng)花樣切換。（2）發(fā)揮部分以市電彩燈為控制對(duì)象，設(shè)計(jì)獨(dú)立的接口電路（建議用可控硅），原LED 作為監(jiān)控指示；自制穩(wěn)壓電壓。3、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)項(xiàng) 目主要內(nèi)容分?jǐn)?shù)系統(tǒng)方案方案比較與選擇10基本功能8路LED ，多種花樣20手動(dòng)花樣切換10自動(dòng)花樣切換10軟件設(shè)計(jì)規(guī)范55報(bào)告規(guī)范性5總分（含仿真分析）60實(shí)踐制作項(xiàng) 目主要內(nèi)容分?jǐn)?shù)器件成本成本最低10工藝水平工藝水平高10指標(biāo)測(cè)試5其他發(fā)揮部分或其他功能15總分40指導(dǎo)教師簽名： 2010年 月 日二、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)教師簽名： 2009 年 月 日三、成績(jī) 驗(yàn)收蓋章 2009年 月 日 摘要 近年來(lái)，彩燈對(duì)于美化、亮化城市有著不可輕視的重要作用。因此作為城市裝飾的彩燈需求量越來(lái)越大，對(duì)與彩燈的技術(shù)和花樣也越來(lái)越高。目前市場(chǎng)上各種式樣的市電彩燈多半是采用全硬件電路實(shí)現(xiàn)，存在電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一等局限性，因此有必要對(duì)現(xiàn)有的彩燈控制器進(jìn)行改進(jìn)。本文介紹了一種簡(jiǎn)易市電彩燈控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程，以AT-89C51單片機(jī)作為主控核心與輔助硬件電路相結(jié)合，利用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)市電彩燈進(jìn)行控制。本系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、硬件少、等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：市電彩燈 AT-89S52單片機(jī) 彩燈控制器AbstractIn recent years, the lights for landscaping, lighting city has underestimates the important role. Accordingly, as the city lights of an increasing demand for decorated with colored lights, the technology and synchronized more and more is also high. The various styles on the market at present lights mostly adopts full captures hardware circuit implementation, existing circuit structure is complex, single function etc limitations, so it is necessary to improve the existing lights controller. This paper introduces a kind of simple utility lights control system with the hardware and software design process, 89C51 microcontroller as the master AT - core and auxiliary hardware circuit and the software realize combining control of utility lights. This system has a circuit is simple in structure, easy for operation, hardware, less etc. Characteristics.Keywords: utility lights AT 89S52 Lights controller目錄1前言12 LED控制器方案選擇 23工作原理34硬件電路設(shè)計(jì)54.1直流穩(wěn)壓電源 5 4.2單片機(jī)最小系統(tǒng) 64.3按鍵控制電路 74.4 LED顯示電路 85 軟件設(shè)計(jì) 96 系統(tǒng)調(diào)試 117 設(shè)計(jì)總結(jié) 128 參考文獻(xiàn) 13附錄 14附錄1 原理圖14附錄2PCB排版15附錄3 程序16附錄4 元件清單 181前言 本市電彩燈控制器使用220v的交流電源電源，采用變壓器將220v的高壓電轉(zhuǎn)化為9v的低壓直流電對(duì)單片機(jī)供電，通過(guò)單片機(jī)電路的控制實(shí)現(xiàn)彩燈彩燈的花樣變化及對(duì)彩燈花樣切換的控制。其主要以AT-89C51單片機(jī)為控制中心，再加上MAC97A6、S9013、按鍵、數(shù)碼管、電阻、電容這些器件組成一個(gè)彩燈控制電路，操作簡(jiǎn)單，接通電源即可工作。具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、硬件少、等特點(diǎn)。下面主要我們針對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)的彩燈控制器的功能、原理、設(shè)計(jì)思路、調(diào)試等方面做了個(gè)系統(tǒng)的介紹。2彩燈控制器系統(tǒng)方案的選擇彩燈控制器大致可分為兩種方案實(shí)現(xiàn)。一種是利用電子電路裝置控制，另一種是采用單片機(jī)控制。方案一：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求介紹的彩燈控制電路的基本組成，可以確定彩燈控制器應(yīng)由振蕩電路、計(jì)數(shù)/時(shí)序分配電路、移位位寄存器和彩燈顯示五部分組成。其框圖如圖1-1所示。振蕩電路控制電路譯碼器LED顯示電路計(jì)數(shù)器圖1-1彩燈循環(huán)控制器硬件框圖方案二：本方案主要是通過(guò)對(duì)基于單片機(jī)的多控制、多閃爍方式的LED彩燈循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，來(lái)達(dá)到本設(shè)計(jì)的要求。其硬件構(gòu)成框圖如圖1-2所示，以單片機(jī)為核心控制，由單片機(jī)最小系統(tǒng)（時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源）、按鍵控制電路、LED發(fā)光二極管和9V直流電源電路和供市電彩燈工作的220V交流電源組成組成。時(shí)鐘電路 AT89S52單片機(jī)按鍵控制電路復(fù)位電路LED彩燈顯示直流9V電源 圖1-2單片機(jī)彩燈循環(huán)控制系統(tǒng)硬件框圖此設(shè)計(jì)方案中單片機(jī)的P2.0到P2.4口接8路按鍵控制電路，實(shí)現(xiàn)彩燈花型的切換功能；單片機(jī)上的P1和P3口接十六路市電彩燈電路，顯示彩燈循環(huán)情況。結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)書比較以上兩種方案可知：利用電子電路裝置控制，其電路不很復(fù)雜，制作相對(duì)較容易點(diǎn)，成本也相對(duì)較低，但可調(diào)性差，亮燈模式少而且樣式單調(diào)，達(dá)不到設(shè)計(jì)任務(wù)要求或?qū)崿F(xiàn)困難。采用單片機(jī)控制其優(yōu)點(diǎn)是電路集成度高，工作原理簡(jiǎn)單，清晰明了，自定義編程，控制的圖案花樣多，移植性好等。綜上，顯然方案二各方面優(yōu)越于方案一，以及為了體現(xiàn)專業(yè)優(yōu)勢(shì)，本次設(shè)計(jì)采用第二種方案。3工作原理下圖為彩燈控制器的基本原理圖，如圖3-1所示，以單片機(jī)為控制中心，在將單片機(jī)芯片裝上之前就把程序?qū)懭氲叫酒?。，?dāng)電源接通知后，按下S1，單片機(jī)的電路復(fù)位，此時(shí)若按下S2，則為自動(dòng)交替花樣循環(huán)；若按下S2則手動(dòng)控制，再在S3S9六種不同的花樣中選擇一種中花樣。同時(shí)數(shù)碼顯示管會(huì)顯示出我們是采用的手動(dòng)選擇還是自動(dòng)循環(huán)及所選用的是花樣幾。這都是由單片機(jī)根據(jù)我們選擇的情況而調(diào)用相應(yīng)的程序。最后再通過(guò)9031的開關(guān)作用及MAC97A6雙向可控硅的的控制，實(shí)現(xiàn)彩燈模塊花樣的變化。圖3-1硬件原理圖4硬件電路設(shè)計(jì)4.1直流穩(wěn)壓電源對(duì)于一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)來(lái)講，首要問(wèn)題就是為整個(gè)系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源電路的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。電子設(shè)備除用電池供電外，還采用市電（交流電網(wǎng)）供電。通過(guò)變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓后，得到穩(wěn)定的直流電。直流穩(wěn)壓電源是電子設(shè)備的重要組成部分！本項(xiàng)目直流穩(wěn)壓電源為+9V。如圖4-1所示：直流穩(wěn)壓電源的制作一般有3種制作形式，分別是分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電源、線性集成穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。下圖穩(wěn)壓電源采用的是三端集成穩(wěn)壓器下圖穩(wěn)壓電源采用的是三端集成穩(wěn)壓器7805構(gòu)成的正9V直流電源。 圖4-1 直流電源電路 4.2單片機(jī)最小系統(tǒng)要使單片機(jī)工作起來(lái)，最基本的電路的構(gòu)成由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖4-2所示。時(shí)鐘電路：本系統(tǒng)采用單片機(jī)內(nèi)部方式產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，用于外接一個(gè)12MHz石英晶體振蕩器和2個(gè)30pF微調(diào)電容，構(gòu)成穩(wěn)定的的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時(shí)鐘電路。復(fù)位電路：確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用方式為上電自動(dòng)復(fù)位功能。電路如下圖所示。 圖4-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)4.3按鍵控制電路按鍵控制電路（如圖4-3所示）是由8個(gè)按鍵開關(guān)構(gòu)成的。他們分別接在單片機(jī)AT89C51的P2.0接口到P2.5口,D3,D4用于顯示所選為手動(dòng)花樣切換還是自動(dòng)花樣切換，按鍵S4S9為手動(dòng)時(shí)的花樣選擇鍵，數(shù)碼顯示管則將花樣變化的方式幾顯示出來(lái)，由于P0口得電流過(guò)小，不足以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示管，所以加上拉電阻，使數(shù)碼顯示管能正常的顯示。當(dāng)下一鍵時(shí)，單片機(jī)會(huì)根據(jù)所按下的鍵調(diào)用相應(yīng)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)高低電平的轉(zhuǎn)換，從而使數(shù)碼管顯示按鍵信息及實(shí)現(xiàn)對(duì)彩燈的控制。 圖4-3按鍵控制電路4.4LED顯示電路市電彩燈顯示電路(如圖4-4所示)，是由16個(gè)25W市電彩燈、32個(gè)電阻、及9031和MAC97A6構(gòu)成的電路。9031起開關(guān)作用，為使市電彩燈能正常工作，在J1口接入220V的交流電源。9031的基極對(duì)應(yīng)的接到單片機(jī)的P0及P3端口。通過(guò)軟件編程對(duì)P0及P3口輸出高低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的閃爍花型。圖4-4 LED顯示電路5軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，我們還不能看到多控制、多閃爍方式的LED燈系統(tǒng)循環(huán)點(diǎn)亮的現(xiàn)象，我們還需要編寫程序控制單片機(jī)管腳電平的高低變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)市電彩燈的明滅。軟件編程是多控制、多閃爍方式市電彩燈燈系統(tǒng)中的一個(gè)重要的組成部分，是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。下面,我將闡述多控制、多閃爍方式的LED燈系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)6種不同的花樣變化的。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)AT89S52為核心控制16個(gè)LED的6種不同的花樣的變換。硬件電路如圖附錄1所示，16個(gè)LED相當(dāng)于分別接在單片機(jī)的P3.0P3.7及P1.0P1.7接口上，當(dāng)端口輸出“1”時(shí)，9031相當(dāng)于開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，使LED通電。當(dāng)輸出“0”時(shí)，LED燈熄滅。由于使用匯編語(yǔ)言寫程十分的雜，所以我們采用了C語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)程序。程序啟動(dòng)時(shí)跳轉(zhuǎn)到鍵盤判斷模塊程序中，循環(huán)檢測(cè)直到有按鍵按下的時(shí)候，程序轉(zhuǎn)去相對(duì)應(yīng)按鍵的彩燈顯示的花型模塊。具體程序流程如圖5-1（按鍵掃描流程）和圖5-2（主程序流程）所示。是否有鍵按下延遲10ms是否有鍵按下掃描結(jié)束確定鍵號(hào)開始圖5-1按鍵掃描流程 開始程序初始化KEY是否為0數(shù)碼管顯示彩燈花樣調(diào)用返回對(duì)應(yīng)Key值Flag =2自動(dòng)顯示q調(diào)用自動(dòng)彩燈顯示Flag =1自動(dòng)顯示HKey是否在0到7Flag是否為1Key是否為7KEY是否為0圖5-2主程序流程6系統(tǒng)調(diào)試 （1）調(diào)試工具： 萬(wàn)用表 9V直流電源 （2）調(diào)試環(huán)境： 地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)室 室溫：20 （3）測(cè)試過(guò)程： 當(dāng)我們把硬件焊接等工序完成之后便開始進(jìn)行測(cè)試，首先是測(cè)試了位于單片機(jī)之前的部分，在電源一接近的地方就出現(xiàn)了短路的情況，但我們仔細(xì)檢查，不關(guān)是元件在焊接還是電路線都沒出現(xiàn)問(wèn)題，最后在老師的幫助下才知道是元件的正負(fù)極接反，待重接之后我們又繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)，通電之后又發(fā)現(xiàn)數(shù)碼顯示管有一線始終沒亮過(guò)，在我的觀察下發(fā)現(xiàn)有短線的情況，在補(bǔ)接之后，單片機(jī)的前部分測(cè)試完畢。然后我們把我們編寫的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)，將單片機(jī)接入電路進(jìn)行測(cè)試，通電之后有關(guān)單片機(jī)的所有部分都沒有工作，然后在老師的幫助下將整個(gè)程序進(jìn)行修改，調(diào)試。當(dāng)最終程序確定下來(lái)之后，我們便進(jìn)行最后的測(cè)試，我們把電路板與我們最先設(shè)計(jì)的市電彩燈連接好，通電，此時(shí)就有幾個(gè)市電彩燈不亮，然后我們檢查彩燈，發(fā)現(xiàn)彩燈也沒問(wèn)題，詢問(wèn)老師才知道有可能是我們的三極管的驅(qū)動(dòng)不夠。在第二次通電是，由于有一彩燈短路，在此彩燈接入電路的過(guò)程中由于短路使與其相接的三極管被燒毀。于是我們又從新?lián)Q元件，測(cè)電路，在最后，我們考慮到安全與成本問(wèn)題，覺得采用LED代替市電彩燈。剛開始我們?cè)陔娫床糠质褂玫氖菢蚴秸?，因只有一個(gè)變壓器，為了使橋堆不能短路，只能用直流電源進(jìn)行調(diào)試。最后我們將其改為半波整流，可直接使用變壓器將220V的市電轉(zhuǎn)化為9V交流電使用，是我們的調(diào)試更為方便。最后通電測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與預(yù)計(jì)結(jié)果完全相符合，調(diào)試結(jié)束。7設(shè)計(jì)總結(jié) 經(jīng)過(guò)努力，我們組終于完成這次數(shù)字彩燈的課程設(shè)計(jì)任務(wù)。我們首先查閱了大量的書本資料，接著又上網(wǎng)搜集了許多有用信息。但最終還是在學(xué)院老師的指導(dǎo)下將方案的大致方向確定了下來(lái)。方案確定下來(lái)之后我們便開始計(jì)算一些器件的參數(shù)。當(dāng)最終的方案設(shè)計(jì)出來(lái)以后，我們便又請(qǐng)教了學(xué)院的幾位老師，他們的一個(gè)小小指點(diǎn)就給我們很大啟示和靈感，不管是對(duì)我們的原理圖的設(shè)計(jì)還是程序方面都提出了許多有價(jià)值的建議，在此對(duì)個(gè)位老師特別是輔導(dǎo)老師蘇揚(yáng)表示熱烈感謝。由于每一步都是我們自己親自做過(guò)的，所以通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我們?cè)鰪?qiáng)了對(duì)單片機(jī)的理解，；進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)腦動(dòng)手獨(dú)立開展電路實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，鍛煉分析解決程序編寫問(wèn)題的實(shí)際本領(lǐng)，真正實(shí)現(xiàn)由課本知識(shí)向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過(guò)典型程序的設(shè)計(jì)與制作，加深對(duì)基本原理的了解，增強(qiáng)了實(shí)踐能力。由于我們的能力和水平有限，實(shí)驗(yàn)過(guò)程過(guò)于簡(jiǎn)陋，實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)尚淺，錯(cuò)誤之處在所難免，懇請(qǐng)老師加以糾正，以后不斷學(xué)習(xí)改進(jìn)！8參考文獻(xiàn) 1周國(guó)運(yùn).單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：中國(guó)水利水電出版社，2009 2陳梓城.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2007 3陳正義.單片機(jī)控制實(shí)習(xí)M.北京：人民郵電出版社，2006 4 姚富安等.實(shí)用電子實(shí)際基礎(chǔ)M。北京：理工大出版社，20089附錄 附錄一： 附件二：PCB附錄三：程序#include #define uchar unsigned charuchar code leddisplay=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;uchar code ledp168=0XFF,0X00,0XFF,0X00,0XFF,0X00,0XFF,0X00, 0X0F,0X88,0XF0,0X44,0X00,0X22,0X00,0X11, 0X01,0X12,0X24,0X48,0X80,0X00,0X00,0xFF, 0X7F,0XC8,0X7F,0XC8,0X7F,0XC8,0X7F,0XC8, 0X48,0XA4,0X12,0X01,0X12,0XA4,0X48,0XFF, 0X9F,0X60,0X9F,0X60,0X9F,0X60,0X9F,0X60;uchar code ledp368=0XFF,0X00,0XFF,0X00,0XFF,0X00,0XFF,0X00, 0X00,0X88,0X00,0X44,0X0F,0X22,0XF0,0X11, 0X00,0X00,0X01,0X12,0X24,0X48,0X80,0xFF, 0X13,0XFE,0X13,0XFE,0X13,0XFE,0X13,0XFE, 0X12,0X25,0X48,0X80,0X48,0X25,0X12,0XFF, 0XF9,0X06,0XF9,0X06,0XF9,0X06,0XF9,0X06,;void delay(void) /10ms延時(shí) unsigned char i,j;for(j=200; j0;j-) for(i=250;i0;i-);void delay_ms(unsigned int k) /10ms延時(shí) unsigned char i,j;while(k-) for(j=200;j0;j-) for(i=250;i0;i-); unsigned char keyscan(void) unsigned char key=0xff;P2=0X03;if(P2&0X03)!=0X03) 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