單片機課設(shè)報告-基于單片機的彩燈控制器電路設(shè)計

武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院課程設(shè)計報告書課 程 名 稱 單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計 課程設(shè)計總評成績_ 學(xué)生姓名、學(xué) 號 李 唱 學(xué) 生 專 業(yè) 班級 電信1131 指 導(dǎo) 教 師 姓名 李文彥 課程設(shè)計起止日期 1 月04日1月15日 單片機課程設(shè)計任務(wù)書題 目: 基于單片機的彩燈控制器電路設(shè)計 初始條件： 1、51單片機 2、四位一體共陽數(shù)碼管要求完成的主要任務(wù): 1、LED彩燈花樣變幻 2、LED彩燈閃爍速度的加速、減速 3、暫停和復(fù)位 4、花樣模式數(shù)碼管顯示 時間安排： 序號階 段 內(nèi) 容所需時間1方案選擇及電路設(shè)計5天2制作、編程、調(diào)試5天3撰寫課程設(shè)計報告及答辯4天合 計2周指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 基于單片機的彩燈控制器系統(tǒng)設(shè)計作者： 李唱武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院信息工程系摘要： 基于單片機的LED流水燈的應(yīng)用十分廣泛，由單片機作為的核心控制器，通過按鍵實現(xiàn)控制功能和數(shù)據(jù)輸入是非常普遍的。通常在所需按鍵數(shù)量不多時，系統(tǒng)常采用獨立式按鍵。這種按鍵的電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。由于實際應(yīng)用中，不同系統(tǒng)對按鍵的要求不同，因此，對按鍵程序的設(shè)計要考慮全面，以便更好地完成按鍵所設(shè)定的功能，簡述了該系統(tǒng)中一些重要芯片的基本工作原理，著重論述了硬件線路各個模塊的設(shè)計思想。進而熟練掌握相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用，提高學(xué)生的實際動手和設(shè)計能力。 本系統(tǒng)是基于AT89C51系列單片機為核心的LED彩燈設(shè)計,實現(xiàn)8個LED燈變化方向和速度的可調(diào)。 關(guān)鍵詞：單片機 獨立式按鍵 LED1、總體設(shè)計方案本方案主要有硬件部分和程序部分構(gòu)成。硬件部分主要由單片機最小系統(tǒng)和輸入輸出設(shè)備構(gòu)成。 首先搭建單片機最小系統(tǒng)，包括電源電路，手動復(fù)位電路，時鐘電路。時鐘電路才用內(nèi)部時鐘方式，手動復(fù)位電路采用按鍵電平復(fù)位方式。再根據(jù)要求在P2口串接8個發(fā)光二極管作為輸出設(shè)備，分別通過限流電阻接電源，在P3口串接2個獨立按鍵，作為輸入設(shè)備。通過獨立按鍵控制LED燈的閃爍和移動及速率變化。同時在P1口連接一個數(shù)碼管顯示電路，用于自動計時，實現(xiàn)自動改變LED彩色流水燈的樣式。 程序部分設(shè)定T0為定時工作方式，T0每隔一定的時間掃描獨立按鍵，當(dāng)檢測到某個鍵按下時，在主函數(shù)中執(zhí)行相應(yīng)的程序。程序框圖如圖1所示：開始設(shè)置定時器工作方式開中斷啟動定時器判斷count1的值，強制轉(zhuǎn)換燈的閃爍樣式判斷count2的值確定速率數(shù)碼管計時10s之后，自動改變樣式圖12、硬件原理2.1 AT89C51單片機簡介：AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89S51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51單片機示意圖VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時當(dāng)8051通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)， 特殊功能寄存器 初始態(tài) 特殊功能寄存器 初始態(tài) ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPH 00H TH0 00H DPL 00H TL0 00H IP xxx00000B TH1 00H IE 0xx00000B TL1 00H TMOD 00H TCON 00H SCON xxxxxxxxB SBUF 00H P0-P3 1111111B PCON 0xxxxxxxB 8051的初始態(tài)（4-2-2）ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89S51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。3、 電路設(shè)計3.1整體仿真電路圖如圖2所示：圖23.2各部分模塊原理各模塊原理介紹如下：3.2.1單片機最小系統(tǒng)首先搭建單片機最小系統(tǒng)，包括電源電路，手動復(fù)位電路，時鐘電路。時鐘電路才用內(nèi)部時鐘方式，手動復(fù)位電路采用按鍵電平復(fù)位方式。時鐘電路用于產(chǎn)生AT89C51單片機工作時所必需的時鐘信號。AT89C51單片機的內(nèi)部電路在時鐘信號的控制下，嚴(yán)格地按時序執(zhí)行指令進行工作。復(fù)位是單片機的初始化操作，除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，通過復(fù)位按鍵可使單片機重新啟動。如圖3所示：圖33.2.2外圍電路外圍電路主要有輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。輸入設(shè)備主要由2個獨立按鍵構(gòu)成，如圖4所示。輸出設(shè)備由8個二極管構(gòu)成，如圖5所示，及七段數(shù)碼管顯示電路，如圖6所示。其中s1鍵控制8個二極管的花樣顯示，s2控制8個二極管點亮的速率。數(shù)碼管用于計時10s，10s之后自動轉(zhuǎn)換二極管顯示樣式，如果10s之內(nèi)有s1按鍵按下，則強制執(zhí)行s1按鍵的內(nèi)容。其中二極管的保護電阻的取值范圍為220-880歐姆之間。 圖4 圖5s1鍵按一下，二極管從上往下單向點亮，哪個送入的是0，就點亮哪個燈，然后依次使0右移，實現(xiàn)依次點亮；按兩下，二極管雙向移動點亮；按三下，二極管4個交替閃爍；按四下，二極管8個交替閃爍；按五下，8個二極管依次點亮，依次熄滅；從而實現(xiàn)二極管的花樣顯示；s2鍵按下，通過延時程序，可以改變二極管點亮的速率。 圖6數(shù)碼管顯示電路，通過往p1.0p1.6寫入0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90會顯示數(shù)字09，自動計時10s；如果10s之內(nèi)沒有按鍵按下，則10s之后，二極管自動改變顯示樣式，如果10s之內(nèi)有按鍵按下，則強制執(zhí)行按鍵內(nèi)容。4 、核心代碼本設(shè)計主要的模塊就是輸出設(shè)備中的8個二極管及七段數(shù)碼管顯示電路，分別如上圖的5、6所示。4 .1 其中控制8個二極管花樣點亮的程序如下，重點以花樣1為說明：if(count1=1) /花樣1： 燈單向向下移模塊子程序 if(count2=1) rate=rate1; /如果s2鍵按一下，執(zhí)行速率1 if(count2=2) rate=rate2; /如果s2鍵按兩下，執(zhí)行速率2 P2=0xfe; /給p2端口送入初值，這時D1點亮 delay(rate); temp=P2; for(i=0;i8;i+) /通過延時及循環(huán)，依次點亮D2D8 if(count1=1) temp=_crol_(temp,1); P2=temp; if(count2=1) /并隨時判斷是否有s2鍵按下 rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); if(i=7) i=0; 4 .2 七段數(shù)碼管顯示電路的程序如下：unsigned char code table210=0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90; /定義數(shù)碼管0-9數(shù)字顯示的表 void display(unsigned char j)P1= table2j/10; /通過片選使兩位數(shù)碼管分別顯示數(shù)字，但是延時時間小，可以實現(xiàn)兩位數(shù)碼管同時顯示 S3 = 1; delay(10); S3 = 0;P1= table2j%10; S4 = 1; delay(10); S4 = 0; 中斷服務(wù)程序如下：void timer0() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256; /T0重新裝初值 TL0=(65536-50000)%256; count+; display(table2index); if(table2index=0 & count=1) /如果數(shù)碼管顯示數(shù)字0時改變流水燈的樣式 count1+; if(count1=6) count1=1; /如果五個花樣顯示完了之后，再按下按鍵S1或數(shù)碼管計數(shù)到10時，再重新從花樣1顯示 if(count=20) /累加計數(shù)器的次數(shù)，如果到20次的話數(shù)碼管數(shù)字通過查表自動加1顯示 count=0; table2index=table2index+1; if(table2index=11) table2index=0; if(S1=0) /檢測是否是S1按下 delay(5); /軟件延時消抖 if(S1=0) /再次檢測S1是否確實按下 table2index=0; count1+; /如果s1確實按下，則執(zhí)行s1內(nèi)容 while(!S1); /如果s1沒有按下，繼續(xù)執(zhí)行原來的花樣顯示 if(count1=6) count1=1; if(S2=0) /檢測是否是S2按下 delay(5); /軟件延時消抖 if(S2=0) /再次檢測S2是否確實按下 count2+; while(!S2); /如果s2沒有按下，則繼續(xù)執(zhí)行原來的速率 if(count2=3) count2=1;5 、參考文獻1 C語言程序設(shè)計教程科學(xué)出版社2 單片微型計算機與接口技術(shù)第四版，電子工業(yè)出版社3 單片機原理及應(yīng)用機械工業(yè)出版社4 單片機實用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)國防工業(yè)出版社5 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計北航出版社附件：附錄一：電路原理圖附錄二：PCB仿真圖附錄三：源程序/目的：實現(xiàn)基于單片機的LED流水燈控制/語言：C; /變量: S1:P3.4口 S2：P3.5口 S3：P3.6口 S4：P3.7口 table1:流水燈樣式控制 table2:數(shù)碼管-9數(shù)字/變量：temp:臨時變量i:臨時變量table2index:存儲table2的下標(biāo)/變量：count:累加計數(shù)器次數(shù) count1:累加單擊第一個按鍵次數(shù)count2:累加單擊第二個按鍵次數(shù) /變量：rate:速度變量rate1:速度變量rate2:速度變量#include#includesbit S1=P34; sbit S2=P35;sbit S3=P36;sbit S4=P37;unsigned char code table19=0xff,0xfe,0xfc,0xf8,0xf0,0xe0,0xc0,0x80,0x00; /流水燈樣式控制unsigned char code table210=0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90; /數(shù)碼管-9數(shù)字 unsigned char temp,i,table2index=0;unsigned char count1=0,count2=0,count=0; unsigned char rate=100 ,rate1=100,rate2=500; /*/Begin-延遲 void delay(unsigned char z) unsigned int x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=100;y0;y-);/End-延遲/*/Begin-數(shù)碼管數(shù)字顯示void display(unsigned char j) P1= table2j/10; S3 = 1; delay(10); S3 = 0; P1= table2j%10; S4 = 1; delay(10); S4 = 0; /End-數(shù)碼管數(shù)字顯示/*void main() P1=0xff; TMOD=0x01; /設(shè)置定時器T0為工作方式 TH0=(65536-50000)/256; /定時器賦初值 TL0=(65536-50000)%256; EA=1; /開總中斷 ET0=1; /開啟定時器T0中斷 TR0=1; /啟動定時器T0 while(1)/*/Begin-流水燈樣式控制/Begin-花樣 if(count1=1) /花樣：燈單向向下移模塊子程序 if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; P2=0xfe;delay(rate); temp=P2; for(i=0;i8;i+) if(count1=1) temp=_crol_(temp,1); P2=temp; if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); if(i=7) i=0; /End-花樣 /* /Begin-花樣 if(count1=2) /花樣：燈雙向移模塊子程序 P2=0x7f; if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); temp=P2; for(i=0;i7;i+) if(count1=2) temp=_cror_(temp,1); P2=temp; if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); for(i=0;i7;i+) if(count1=2) temp=_crol_(temp,1); P2=temp; if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); /End-花樣/*/Begin-花樣 if(count1=3) /花樣：個交替閃爍模塊子程序 P2=0xf0; if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); P2=0x0f; if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); if(count1=4) /花樣：八個燈交替閃爍模塊子程序 P2=0xff; if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); if(count1=4) P2=P2; if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); if(count1=5) /花