單片機(jī)課程設(shè)計(jì)1

1、摘要： 隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機(jī)得到了越來越多的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)用單片機(jī)8951結(jié)合led制作了一種新型的led彩燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，以at-89c51單片機(jī)作為主控核心，與按鍵、顯示器等較少的輔助硬件電路相結(jié)合，利用軟件實(shí)現(xiàn)對led彩燈進(jìn)行控制。本系統(tǒng)具有體積小、硬件少、電路結(jié)構(gòu)簡單及容易操作等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵字：led彩燈；at89c51單片機(jī)；彩燈控制器；模塊設(shè)計(jì) 目錄引言4第一章 設(shè)計(jì)要求及任務(wù)目的51.1設(shè)計(jì)要求51.2.任務(wù)目的：6第二章.設(shè)計(jì)內(nèi)容及總體方案62.1at89c51單片機(jī)62.1.1：芯片介紹62.1.2主要特性：72.1.3管腳說明8第三章.硬件設(shè)計(jì)93.1at89

2、c51單片機(jī)原理說明93.2模塊設(shè)計(jì)123.2.1主控模塊電路設(shè)計(jì)123.2.2管內(nèi)led板模塊設(shè)計(jì)12第四章軟件設(shè)計(jì)144.1設(shè)計(jì)程序流程圖144.2主程序代碼及注釋16第五章上機(jī)調(diào)試運(yùn)行結(jié)果及分析175.1.硬件調(diào)試175.2.軟件調(diào)試18九、參考文獻(xiàn)21第 19 頁引言 隨著人們生活水平的提高，環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到很多彩色的霓虹燈。特別是當(dāng)今充滿競爭的時(shí)代，各地政府為吸引游客和投資者，在城市的沿街、沿道、沿河、沿線等地用霓虹燈造景，實(shí)施亮化工程，以美化環(huán)境、樹立城市形象。但是目前市場上各種式樣的led彩燈多半是采用全硬件電路實(shí)現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一，這樣一旦制成成

3、品只能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同場合、不同時(shí)間段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時(shí)間、模式、閃爍頻率等動態(tài)參數(shù)。同時(shí)這種彩燈控制器結(jié)構(gòu)往往有芯片過多、電路復(fù)雜、功率損耗大等缺點(diǎn)。此外從功能上來看，亮燈模式少而且樣式單調(diào)，缺乏用戶可操作性，影響亮燈效果。因此有必要對現(xiàn)有的彩燈控制器進(jìn)行改進(jìn)。本設(shè)計(jì)提出了一種基于89c51單片機(jī)的彩燈控制方案，以實(shí)現(xiàn)對led彩燈的控制。本方案以89c51單片機(jī)作為控制核心，與鍵盤、顯示、驅(qū)動等模塊組成核心控制模塊。在核心控模塊里設(shè)計(jì)8個按鈕和5位七段碼led顯示器，根據(jù)用戶需要可以編寫若干種亮燈模式，利用其內(nèi)部的定時(shí)器t0實(shí)現(xiàn)一個基本單位時(shí)間為3ms的定時(shí)中斷，根據(jù)各種亮燈

4、時(shí)間的不同需要，在不同時(shí)刻輸出燈亮或燈滅的控制信號，然后驅(qū)動各種顏色的燈亮或滅。 該新型led彩燈是上海寶山迦南塑料廠委托開發(fā)產(chǎn)品，實(shí)際應(yīng)用效果較好，亮燈模式多，用戶可以根據(jù)不同場合和時(shí)間來調(diào)節(jié)亮燈頻率和亮燈時(shí)間。與普通led彩燈相比，具有體積小，價(jià)格低，耗能低等優(yōu)點(diǎn)。.第一章 設(shè)計(jì)要求及任務(wù)目的1.1設(shè)計(jì)要求1.1.1：在主控模塊上設(shè)有8個按鍵和5位七段碼led顯示器，根據(jù)需要使其燈亮1.1.2利用內(nèi)部定時(shí)器t0實(shí)現(xiàn)一個基本單位時(shí)間為5 ms的定時(shí)中斷，根據(jù)各種亮燈時(shí)間的不同需要，在不同時(shí)刻輸出不同控制信號，然后驅(qū)動各種顏色的燈亮或滅。1.2.任務(wù)目的：1.2.1 熟悉相關(guān)數(shù)字芯片的功能和使

5、用方法1.2.2通過實(shí)驗(yàn)掌握顯示的接口電路及程序設(shè)計(jì)，熟悉各種操作指令，子程序的調(diào)用以及中斷知識和計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)。第二章.設(shè)計(jì)內(nèi)容及總體方案2.1at89c51單片機(jī)2.1.1：芯片介紹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(jī)。at89c2051是一種帶2k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可 擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。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

6、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at89c51是一種高效微控制器，at89c2051是它的一種精簡版本。at89c單片機(jī) 為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。2.1.2主要特性：與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0hz-24hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部ram32可編程i/o線兩個16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2.1.3管腳說明 2.1.3at89c51引腳路 vcc：供電電壓。 gnd：

7、接地。 p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口， p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，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。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 rst：復(fù)位輸入。/psen：外部程序存儲器的選通信號。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 xtal2：來自反向振蕩器的輸出。2.1.4振蕩器特性： xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。第三章.硬件設(shè)計(jì)3.1at89c

8、51單片機(jī)原理說明新型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220 v交流市電相連接，經(jīng)過開關(guān)電源變換，輸出直流工作電壓，一方面為管內(nèi)led模塊提供12 v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5 v工作電源。整個系統(tǒng)工作由軟件程序控制運(yùn)行，根據(jù)需要，用戶可以在led彩燈工作時(shí)通過主控模塊上的按鍵來設(shè)定亮燈時(shí)間和燈光閃動頻率。上電后系統(tǒng)經(jīng)過初始化，查詢是否有功能切換鍵按下：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

9、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，程序會自動順序調(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model_i順序調(diào)用往下走，從第model_1模式開始工作，自model_1到model_2到mod el_n為一個亮燈周期，然后再回到model_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)，只需按下功能切換鍵即可。整個n種亮燈模式時(shí)間可以看作一個大周期t，其中的每一種花樣工作模式model_i（i=1，2，n）時(shí)間為小周期ti，對于每一個模式編寫一個獨(dú)立工作子程序model_i，其中設(shè)定了le

10、d三色燈（紅、綠、藍(lán)）的點(diǎn)亮?xí)r刻（red_on，green_on，blue_on）和熄滅時(shí)刻（red_off，green_off，blu e_off)，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model_i；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，用戶可以方便地通過主控模塊上的顯示器知道led彩燈當(dāng)前工作模式model_i，工作時(shí)間ti，頻率fi等實(shí)時(shí)參數(shù)。若實(shí)

11、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，用戶可以通過主控模塊上的按鍵來設(shè)定led不同的閃爍頻率fi和亮燈時(shí)間ti，以便符合實(shí)際需要。此外如果用戶對某一種模式感興趣需要仔細(xì)觀看該種亮燈模式，可以通過鍵盤選定任意選定at89c51單片機(jī)原理圖3.2模塊設(shè)計(jì)3.2.1主控模塊電路設(shè)計(jì)主控模塊電路如圖1所示。主控模塊主要設(shè)計(jì)器件有89c51，5個七段碼led顯示器，8個按鍵，2個穩(wěn)壓器（提供12 v，5 v電壓），1個信號輸出驅(qū)動模塊芯片(mc4049)等。通過軟件設(shè)計(jì)，使單片機(jī)p0口作為三色led驅(qū)動信號輸出口及移位時(shí)鐘clock信號，p3口為按鍵輸入口，p2口、p1口與5位七段碼led相接

12、作為顯示器的輸出口。3.2.2管內(nèi)led板模塊設(shè)計(jì)管內(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)級連，組成一個完整的led彩燈。考慮到功率損耗，led板模塊之間接口處用信號正向驅(qū)動模塊芯片mc4049連接。每個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

13、種燈從前往后驅(qū)動點(diǎn)亮閃爍，藍(lán)燈從后往前驅(qū)動點(diǎn)亮閃爍，這樣具有很好的動感視覺效果。第四章軟件設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)程序流程圖新型led彩燈控制器最大特點(diǎn)在于所有亮燈模式均由軟件控制完成。系統(tǒng)中軟件可以分為主程序和中斷服務(wù)子程序。上電后在缺省狀態(tài)以順序調(diào)用model_i花樣亮燈模式流程為主程序，以一個單位時(shí)間5 ms的t0定時(shí)為中斷服務(wù)子程序。在這個5 ms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mode l_i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

14、翻轉(zhuǎn)脈沖）等。整個系統(tǒng)軟件由主程序（ main）、各個模式子程序（model_i）、5 ms中斷服務(wù)子程序(t0 interrupt)、鍵盤掃描處理子程序（key board）、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)算好各控制信號的發(fā)生時(shí)刻，根據(jù)不同的模式mo del_i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l ed燈的驅(qū)動時(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)。8個按鍵分別為：4個參數(shù)按鍵（fi增、減按鍵，ti增、減

15、按鍵），3個模式改變按鍵（模式上翻up、模式下翻down、模式保持keep），1個功能切換按鍵。在每次的t0定時(shí)中斷服務(wù)子程序里，需要對各個時(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，則對參數(shù)按鍵查詢一次，是否有時(shí)間ti頻率fi增減鍵按下并進(jìn)行相應(yīng)子程序處理。主程序除了調(diào)用各種子模式子程序（model_i），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功能切鍵按下以及是否有模式改變按鍵按下，一旦有功能切換鍵和模式改變鍵按下，就會進(jìn)入相應(yīng)的按鍵處理。 主程序流程如圖3所示。亮燈模式

16、子程序model_i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。model_i程序流程如圖4所示。 4.2主程序代碼及注釋第五章上機(jī)調(diào)試運(yùn)行結(jié)果及分析5.1.硬件調(diào)試硬件調(diào)試可分為脫機(jī)調(diào)試與聯(lián)機(jī)調(diào)試兩步進(jìn)行。脫機(jī)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢測。第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點(diǎn)。目測結(jié)果：電路及各元件正常。第二步是通電檢查。通電后發(fā)現(xiàn)各個交通燈均能發(fā)光，證明電路線路無誤。 聯(lián)機(jī)調(diào)試：將編好的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)后進(jìn)行調(diào)試。5.2.軟件調(diào)試通過proteus仿真，我們的程序能夠?qū)崿F(xiàn)想要所有功能，包括顯示到記時(shí)、交通燈循環(huán)點(diǎn)亮功能。在仿真時(shí)，應(yīng)

17、注意一下幾個方面的問題：1. proteus仿真和用wave軟件生成的hex文件應(yīng)保存在同一個文件夾里，否則程序不能正常執(zhí)行 2. 在運(yùn)行proteus仿真圖之前，必須先裝載文件，要不然程序也無法正常運(yùn)行。 3. 在proteus仿真過程中，硬件復(fù)位電路可能會不能實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能，這對實(shí)際的硬件電路沒有影響，需要復(fù)位時(shí)直接將proteus軟件復(fù)位即可。 4. 由于我們的軟件運(yùn)行時(shí)在電腦上進(jìn)行的，所以程序的精確度和電腦有關(guān)，在有些運(yùn)行比較慢或者在電腦運(yùn)行程序比較多的時(shí)候，計(jì)時(shí)會不準(zhǔn)確，這種情況應(yīng)當(dāng)考慮。 5. 程序在剛啟動或者在暫停后繼續(xù)運(yùn)行的時(shí)候，反應(yīng)比較慢，計(jì)時(shí)不準(zhǔn)，不知道此問題在實(shí)際電路中會不會出現(xiàn)。 結(jié)束語 通過對本次畢業(yè)論文的編寫，使我明白應(yīng)用主控模塊輸出的控制信號去控制燈管內(nèi)的l ed板模塊工作，使得產(chǎn)品性能穩(wěn)定，便以安裝容易操作。由于控制程序存儲在89c51單片機(jī) 的電可擦除flash閃存eprom中，如果用戶需要更改系統(tǒng)的亮燈模式model_i，無須改變系統(tǒng)硬件電路，只需修改其中程序即可，是一種很有發(fā)展前途的彩燈控制器。通過