單片機(jī)課程設(shè)計(jì)（論文）LED彩燈控制器

1、遼寧工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）第1章 緒論11.1 系統(tǒng)主要功能1第2章 光控led彩燈硬件設(shè)計(jì)22.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能22.2 主控模塊電路設(shè)計(jì)22.2.1復(fù)位電路說明22.2.2 晶振電路說明32.2.3 按鍵電路42.2.4 光控電路說明42.3 管內(nèi)led模塊設(shè)計(jì)62.3.1 led顯示數(shù)碼管6第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)83.1 軟件設(shè)計(jì)83.2 控制程序10第4章 課設(shè)總結(jié)13參考文獻(xiàn)14附錄15附錄16第1章 緒論1.1 系統(tǒng)主要功能 光控 led 彩燈分為2部分，即彩燈控制器（主控模塊）和管內(nèi)led板模塊（受控模塊）。彩燈控制器可直接與 光控電路連接，經(jīng)過開關(guān)電源變換，輸出直流工

2、作電壓，一方面為管內(nèi) led 模塊提供12v工作電源，另一方面為主控模塊單片機(jī)系統(tǒng)（彩燈控制器）提供5v工作電源。整個(gè)系統(tǒng)工作由軟件程序控制運(yùn)行。 白天時(shí)，光控電路和單片機(jī)電路斷開，黑夜時(shí)，光控電路開始工作，上電后系統(tǒng)經(jīng)過初始化，查詢是否有模式切換鍵按下：有，則進(jìn)入用戶設(shè)定模式狀態(tài)；無，則進(jìn)入默認(rèn)缺省工作狀態(tài)。在用戶設(shè)定模式狀態(tài)下，用戶可以根據(jù)個(gè)人愛好及不同場合的需要來指定調(diào)用哪些模式，并且可以改變每種模式的時(shí)間ti、頻率fi參數(shù)，如果用戶想進(jìn)入缺省狀態(tài)模式，只需按一下功能切換鍵即可跳入缺省模式，程序會(huì)自動(dòng)順序調(diào)用亮燈模式；在缺省工作狀態(tài)下，led彩燈控制器按照程序設(shè)定好的若干亮燈花樣模式程序

3、順序調(diào)用往下走，從模式1開始工作，自模式1到模式4為一個(gè)亮燈周期，然后再回到模式1循環(huán)繼續(xù)工作，同樣如果想進(jìn)入用戶設(shè)定模式狀態(tài)，只需按下模式切換鍵即可。對(duì)于每一個(gè)模式編寫一個(gè)獨(dú)立工作子程序模式，其中設(shè)定了led三色燈（紅、綠、藍(lán)）的點(diǎn)亮?xí)r刻和熄滅時(shí)刻，以及模式工作時(shí)間 ti 以及該模式led閃爍頻率fi 。5 位七段碼顯示器的前2位（l1，l2）顯示當(dāng)前工作模式的序號(hào)，后3位（l3，l4，l5）七段碼顯示三色led的工作狀態(tài)，若該顏色燈點(diǎn)亮則對(duì)應(yīng)七段碼顯示位為“ 1 ”，反之熄滅時(shí)則顯示位為“滅”即不顯示，對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)起到了很好的實(shí)時(shí)監(jiān)控作用。因此在 led 彩燈上電工作后，用戶可以方便地通

4、過主控模塊上的顯示器知道led 彩燈當(dāng)前工作模式 。若實(shí)際應(yīng)用需要根據(jù)不同場合和時(shí)間來改變彩燈閃亮效果。如果用戶對(duì)某一種模式感興趣需要仔細(xì)觀看該種亮燈模式，可以通過鍵盤和某個(gè)按鍵選定任意模式使系統(tǒng)循環(huán)重復(fù)工作在該花樣模式下。第2章 光控led彩燈硬件設(shè)計(jì)光控電路 89s51單片機(jī)2.1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能點(diǎn)亮方式顯示電路晶振復(fù)位電路路led顯示電路按鍵電路圖2.1 總體電路框圖 光控led彩燈系統(tǒng)包括2大部分,即led彩燈控制器（89c51主控模塊）和led彩燈管（管內(nèi)led板模塊）。前者是主控模塊，具有按鍵、顯示等功能，并利用89c51的p口輸出控制信號(hào)；后者是受控模塊，上面焊有三色led

5、 彩燈和信號(hào)驅(qū)動(dòng)芯片，模塊置于led的透明燈管內(nèi)。 2.2 主控模塊電路設(shè)計(jì)主控模塊電路如圖附錄所示。主控模塊主要設(shè)計(jì)器件有89c51,光控電路，晶振復(fù)位電路,5個(gè)七段碼led顯示器，4個(gè)按鍵，2個(gè)穩(wěn)壓器（提供12v，5v 電壓，1個(gè)信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)模塊芯片(mc4049)等。通過軟件設(shè)計(jì)，使單片機(jī)p0口作為三色led驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出口及移位時(shí)鐘clock信號(hào)，p3口為按鍵輸入口， p2口、p1口與5位七段碼led相接作為顯示器的輸出口。2.2.1復(fù)位電路說明簡單復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種，圖2.1采用的是上電復(fù)位電路，這種上電復(fù)位利用電容器充電來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)加電時(shí)，電容c1充電，電路有電流流過，構(gòu)

6、成回路，在電阻r上產(chǎn)生壓降，reset引腳為高電平；當(dāng)電容c充滿電后，電路相當(dāng)于斷開，reset的電位與地相同，復(fù)位結(jié)束?？梢姀?fù)位的時(shí)間與充電的時(shí)間有關(guān)，充電時(shí)間越長復(fù)位時(shí)間越長，增大電容或增大電阻都可以增加復(fù)位時(shí)間。 圖2.2 單片機(jī)復(fù)位電路2.2.2 晶振電路說明89s51內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器（即與非門的一個(gè)輸入端為常有效時(shí)），用于構(gòu)成片內(nèi)振蕩器，引腳x1和x2分別是此放大器的輸入端和輸出端。在x1和x2兩端跨接晶體或陶瓷振蕩器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，見圖2.2。外界晶振時(shí)，c1、c2值通常取為30pf左右；外接陶瓷諧振器時(shí)，c1、c2約為47

7、pf。c1、c2可穩(wěn)定頻率并對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，振蕩頻率范圍是024mhz。為了減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作。圖2.3 單片機(jī)晶振電路2.2.3 按鍵電路 本實(shí)驗(yàn)的按鍵電路有四個(gè)按鍵和四個(gè)電阻組成，見圖2.3。四個(gè)按鍵起不同的控制作用，分別控制彩燈的四種點(diǎn)亮方式：方式1通過按鍵s1控制，并通過軟件設(shè)為紅綠燈從前往后點(diǎn)亮，藍(lán)燈從后往前點(diǎn)亮，方式2設(shè)為紅藍(lán)燈從前往后點(diǎn)亮，綠燈從后往前點(diǎn)亮，按鍵s2控制，方式3設(shè)為正好與方式1亮燈模式相反，方式4設(shè)為與方式2亮燈模式相反。圖2.4 按鍵電路2.2.4 光控電路說明 光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變

8、的電阻器入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)110m歐,在強(qiáng)光條件（100lx）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見光（0.40.76）m的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化。 光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度

9、，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對(duì)了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金

10、屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。 圖2.5光控電路裝置應(yīng)用電路工作原理是在白天時(shí)，由于光照較強(qiáng)，光敏電阻rg的內(nèi)阻很小，此時(shí)有較大電流通過rg而使三極管vt飽和導(dǎo)通，vt飽和后，控制器dm的端電壓遠(yuǎn)低于1.6v，故dm內(nèi)部截止，彩燈不亮。當(dāng)夜晚來臨，光線變暗，照射在rg上的光通量減弱，rg的內(nèi)阻變得越來越大，控制器dm內(nèi)部電路亦逐漸開通,單片機(jī)電路開始工作。圖2.5 光控電路2.3 管內(nèi)led模塊設(shè)計(jì) 管

11、內(nèi)led板模塊電路見圖2。管內(nèi)led板模塊設(shè)計(jì)主要器件有l(wèi)ed彩燈（紅、綠、藍(lán)）、移位觸發(fā)模塊芯片cd4076 等。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用彩燈長度需要，可將不同數(shù)量的該管內(nèi)led模塊實(shí)現(xiàn)級(jí)連組成一個(gè)完整的led彩燈?？紤]到功率損耗，led板模塊之間接口處用信號(hào)正向驅(qū)動(dòng)模塊芯片mc4049連接。每個(gè) led板模塊上均勻分布3種顏色led燈，在實(shí)際制作pcb時(shí)采用紅、綠、藍(lán) 3 色互隔焊接方式，在電路板上把 led 發(fā)光管按順序 l1(紅)、l2(綠)、l3(藍(lán)) 、l4(紅)、l5(綠)、l6(藍(lán)) 依次均勻焊在板上成一條直線。為了得到更多的花樣模式效果，可以使紅綠2種燈從前往后驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮閃爍，藍(lán)燈從后往前

12、驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮閃爍，這樣具有很好的動(dòng)感視覺效果。 圖2.6 管內(nèi)led模塊電路2.3.1 led顯示數(shù)碼管led有共陰極和共陽極兩種。如圖所示。二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，而共陽極則將發(fā)光二極管的陽極連接在一起，接入+5v的電壓。一位顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個(gè)筆劃（段）ag，另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為dp發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓時(shí)，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護(hù)各段led不被損壞，需外加限流電阻。 圖 2.7 高電平驅(qū)動(dòng)，共陰極圖2.8 低電平驅(qū)動(dòng)，共陽極.第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件設(shè)計(jì)光控led彩燈控制器最大特點(diǎn)在于

13、所有亮燈模式均由軟件和按鍵控制完成。系統(tǒng)中軟件可以分為主程序和中斷服務(wù)子程序。黑夜上電后在缺省狀態(tài)以順序調(diào)用模式，花樣亮燈模式流程為主程序，以一個(gè)單位時(shí)間5ms的t0定時(shí)為中斷服務(wù)子程序。在這個(gè)5ms的t0定時(shí)基礎(chǔ)上，可以根據(jù)需要來確定各種模式工作時(shí)間 ti，以及確定在各種亮燈模式內(nèi)點(diǎn)亮和熄滅各種顏色led燈的時(shí)刻：red_on，red_off，green_on，green_off，blue_on，blue_off 以及clock（移位翻轉(zhuǎn)脈沖）等。整個(gè)系統(tǒng)軟件由主程序（main）、各個(gè)模式子程序、5ms中斷服務(wù)子程序 (t0 interrupt) 、鍵盤掃描處理子程序（keyboard ）、

14、顯示子程序（display）等程序組成。利用t0定時(shí)器作為定時(shí)基本單位，根據(jù)模式需要計(jì)算好各控制信號(hào)的發(fā)生時(shí)刻，根據(jù)不同的模式可以設(shè)定不同的工作時(shí)間ti和脈沖翻轉(zhuǎn)頻率fi通過p0口輸出，使各色led燈的驅(qū)動(dòng)時(shí)刻與移位觸發(fā)的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻步調(diào)一致，使led彩燈按照設(shè)計(jì)的模式工作。 除了t0 定時(shí)中斷之外，程序的大部份時(shí)間是在處理按鍵的查詢和led顯示的延時(shí)。 4個(gè)按鍵分別為：4個(gè)模式改變按鍵，分別控制四種點(diǎn)亮方式，第一種點(diǎn)亮方式通過按鍵s1控制，并通過軟件設(shè)為紅綠燈從前往后點(diǎn)亮，藍(lán)燈從后往前點(diǎn)亮，方式2設(shè)為紅藍(lán)燈從前往后點(diǎn)亮，綠燈從后往前點(diǎn)亮，方式3設(shè)為正好與方式1亮燈模式相反，方式4設(shè)為與方式2亮燈

15、模式相反。在每次的 t0 定時(shí)中斷服務(wù)子程序里，需要對(duì)各個(gè)時(shí)間寄存器和模式寄存器進(jìn)行加 1 或者清，為主程序查詢作準(zhǔn)備，同時(shí)查詢是否已中斷 6 次（ 30 ms ），若 30 ms 到了，則對(duì)參數(shù)按鍵查詢一次。主程序除了調(diào)用各種子模式子程序，調(diào)用led顯示子程序(display)和延時(shí)子程序 (delay)之外，還一直保持查詢是否有模式改變按鍵按下，一旦模式改變鍵按下，就會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的按鍵處理。主程序流程如圖3.1所示。亮燈模式子程序可以編寫若干(n種) ，只要控制好各色燈觸發(fā)和熄滅時(shí)刻就可以組合成各種亮燈效果。模式程序流程如圖3.2所示。圖3.1 主程序流程圖圖3.2 模式程序流程圖3.2 控

16、制程序下面以第一種模式為例。org 0100hmain：mov sp,#50hmov tmod,#01hmov th0.#0fehmov tl0,#0d4hanl red_on,#00hanl red_off,#00hanl green_on,#00hanl green_off,#00hanl blue_on,#00hanl blue_off,#00hanl clockcount,#00hanl keycount,#00hmov l1,#0ahmov l2,#0ahmov l3,#0ahmov l4,#0ahanl l5,#0ahanl l6,#0ahanl l7,#0ahanl l8,#0a

17、hanl l9,#0ahanl l10,#0ahanl time,#00hanl p1,#00hmov r4,#00hmov clockdate1,#01hmov clockdate2,#02hmov clockdate3,#03hmov timedate1,#02hmov timedate2,#04hmov timedate3,#06hmov timedate4,#01hsetb et0setb tr0setb ealoop： mov l6,#00h mov l7,#00h mov l8,#00h mov l9,#00h mov l10,#00h inc l6skip： cjne r4,#7

18、fh,skip1 ljmp operateskip1： cjne r4,#0fdh,h11 mov m1,#09h mov m2,#03h lcall clear ljmp skip 39 h11： cjne r4,#0f7h,h12 anl time,#00h lcall neq1 jmp skip1h12： cjne r4,#0fbh,h13 jmp h14h13： lcall neq1 mov a,time cjne a,timedate2,skip1h14： lcall clear inc l5skip2： ljmp loop 第4章 課設(shè)總結(jié)與市面上大多數(shù)的led彩燈相比，該種彩燈具有更好的燈光裝飾效果，