單片機LED燈調(diào)光畢業(yè)設計論文(最終版)

1、石家莊郵電職業(yè)技術學院畢 業(yè) 設 計（論 文） 基于STC89C52單片機的燈具調(diào)光器設計 屆 系專業(yè) 班級 學號 姓名 指導教師 完成日期 石家莊郵電職業(yè)技術學院畢業(yè)設計任務書姓 名學 號專 業(yè)班 級畢業(yè)設計題目基于STC89C52單片機的燈具調(diào)光器設計指導教師姓名職 稱工作單位 畢業(yè)設計內(nèi)容、基本要求、重點研究問題、主要設計方法（或步驟）： 一、設計內(nèi)容：利用STC89C52單片機調(diào)節(jié)燈具亮度 二、基本要求：以介紹開發(fā)的板子展開，然后從硬件、軟件、調(diào)試等方面進行說明和介紹，使別 人能認識并了解這塊電路板的作用。 三、重點研究內(nèi)容：電路板的硬件結(jié)構(gòu)和組成、電路板的軟件使用 四、主要設計方法：

2、1、電路板的硬件、軟件 2、電路板能完成的功能 主要參考文獻、資料： 1 李學海，經(jīng)典80C51單片機輕松入門與上手，清華大學出版社，2009 2 李學海，80C51時鐘振蕩器的原理分析和設計考慮，清華大學出版社，2006 3 李學海，標準80C51單片機基礎教程，北京航空航天大學出版社，2006 4 李學海，80C51復位標志位的設置與應用研究，北京航空航天大學出版社，2006 5 網(wǎng)絡資料搜集 計劃進度： 1、 年 月 日 年 月 日 選論題 2、 年 月 日 年 月 日 資料搜集,進行系統(tǒng)設計 3、 年 月 日 年 月 日 購買電路板元器件，焊接電路板 4、 年 月 日 年 月 日 撰寫

3、論文初稿 5、 年 月 日 年 月 日 修改,定稿打印 6、 年 月 日 答辯 指導教師簽字： 年 月 日石家莊郵電職業(yè)技術學院畢業(yè)設計評定書姓 名學 號專 業(yè)班 級畢業(yè)設計題目基于STC89C52單片機的燈具調(diào)光器設計 指導教師評語：指導教師建議成績（60）指導教師簽字： 年 月 日答辯小組建議成績（40）組長簽字： 年 月 日 答辯委員會最后審定成績主任簽字： 年 月 日 備 注摘 要現(xiàn)當今，單片機的應用無處不在。利用單片機控制燈具的實例也不勝枚舉，可控制燈具的芯片也相當之多，而利用單片機控制燈具，達到人們預想效果的方法最為廣泛。它有功能多、價格優(yōu)、外部電路簡單的特點，深受單片機愛好者及燈

4、具控制制造商的青昧，用80C51 單片機及少數(shù)外部電路控制LED燈光，使LED燈產(chǎn)生明暗效果，并在燈光達到最亮與最暗時伴隨響亮的告警音。通過硬件電路的制作以及軟件程序的編制，使燈光的亮度與告警音配合得當。LED又稱為發(fā)光二極管，是一種新型光源，具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、使用壽命長等其他光源無法比擬的優(yōu)點。作為綠色照明光源產(chǎn)品，國家綠色照明推廣使用的產(chǎn)品，代表著未來照明技術的發(fā)展方向。本文介紹了以STC89C52為控制核心，利用PWM調(diào)光技術，通過調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比從而控制電流，進而達到對LED進行光度亮暗的控制調(diào)節(jié)的效果，實現(xiàn)對LED燈的PWM調(diào)光控制。關鍵詞：單片機 PWM 硬件

5、系統(tǒng) 軟件系統(tǒng) 控制程序結(jié)構(gòu)目 錄1 前 言12 單片機基礎知識12.1 單片機的定義12.2 單片機的組成12.3 單片機的應用22.4 STC89C52單片機簡介23 PWM基本概述33.1 PWM簡介33.2 PWM控制LED亮度原理34 硬件結(jié)構(gòu)44.1 80C51電路結(jié)構(gòu)44.2 PWM電路55 程序設計思路與方案55.1 程序設計思路55.2 程序設計方案55.2.1 引腳圖與主控電路55.2.2 LED驅(qū)動65.2.3 手動控制66 系統(tǒng)軟件設計與程序燒錄76.1 系統(tǒng)軟件設計76.2 控制程序代碼76.3 生成HEX文件107 總 結(jié)13致 謝14參考文獻141 前 言二十世紀

6、跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦通常是指個人計算機，簡稱PC機。還有一類大多數(shù)人不怎么熟悉的計算機，這就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路即可進行簡單運算和控制。它的出現(xiàn)是近代計算機技術發(fā)展史上的一個里程碑，因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里，起著有如人腦的作用。 單片機具有體積小、功能強、應用面廣等優(yōu)點，目前正以前所未見的速度取代著傳統(tǒng)電子線路構(gòu)成的經(jīng)典系統(tǒng)，蠶食著傳統(tǒng)數(shù)字電路與模擬電路固有的領地。它的這些優(yōu)點為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機了解計算機原

7、理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。現(xiàn)在，這種單片機的使用領域已十分廣泛。彩電、冰箱、空調(diào)、錄像機、VCD、遙控器、游戲機、電飯煲等無處不見單片機的影子，單片機早已深深地融入我們每個人的生活之中。不但如此，他還能大大地提高這些產(chǎn)品的智能性、易用性及節(jié)能性等主要性能指標，在給我們的生活帶來舒適和方便的同時，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時，也在很大程度上降低了生產(chǎn)的成本。2 單片機基礎知識2.1 單片機的定義單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示。單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把

8、一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上的微型計算機。單片機由運算器，控制器，存儲器，輸入輸出設備構(gòu)成，相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設備，若有需要，只需在開發(fā)板上接入相關I/O設備即可。2.2 單片機的組成8051單片機主要有以下部分組成： 1、中央處理單元CPU（8位）：用于數(shù)據(jù)處理、位操作（位測試、置位、復位）； 2、只讀存儲器ROM（4KB或8KB）：用于永久性存儲應用程序； 3、隨機存取存取器RAM（128B/256B）：用于程序運行中存儲工作變量和數(shù)據(jù)； 4、并行輸入/輸出口I/O（32線）：用作系統(tǒng)總線、擴展外存、I/O接口芯片； 5、串行輸入/輸出口UART（

9、二線）：串行通信、擴展I/O接口芯片； 6、定時/計數(shù)器（16位增量可編程）：與CPU之間各自獨立工作，當計數(shù)滿時向CPU中斷； 7、時鐘電路：分為內(nèi)部振蕩器、外接振蕩電路； 8、中斷系統(tǒng)：五源中斷、兩級優(yōu)先，可編程進行控制。2.3 單片機的應用單片機是電路中的控制核心，它控制著整個電路各個模塊的電流通斷與工作狀態(tài)。實際生活中并不是任何需要單片機的場合都需要高性能的單片機來進行工作，而是視所需工作的難易程度來選擇適合的單片機，應用的關鍵是看是否夠用，力求性價比最大化，若要實現(xiàn)低難度的工作就沒有必要采用高性能單片機?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機，手機、電話、計算器

10、、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有單片機。單片機的數(shù)量不僅遠超過PC機和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。 2.4 STC89C52單片機簡介STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器（如圖2-1），具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。 如圖2-1 STC89C52單片機實物圖STC89C52單片機具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810

11、復位電路，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。3 PWM基本概述3.1 PWM簡介脈沖寬度調(diào)制（PWM），是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字信號對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。PWM控制技術以其控制

12、簡單、靈活和動態(tài)響應好的優(yōu)點而成為電力電子技術最廣泛應用的控制方式，也是人們研究的熱點。隨著電子技術的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWM技術，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等。3.2 PWM控制LED亮度原理對于控制LED燈由亮到暗或由暗到亮，采用的是脈寬PWM法。它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作PWM波形，通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達到控制電流的目的。圖3-1是單片機通過PWM調(diào)節(jié)燈光亮暗基本原理電路圖：圖3-1 單片機通過PWM調(diào)

13、節(jié)燈光亮暗基本原理電路圖這次設計利用51單片機產(chǎn)生占空比可變的矩形波，當產(chǎn)生此矩形波的I/O通過濾波電路再與LED燈相連接后，由于輸出矩形波占空比不斷變化，那么一個周期內(nèi)有一部分時間LED導通，一部分時間截止，從整體來看有一個平均電壓，因為PWM信號頻率周期很高，無法通過肉眼來觀察到每一個周期LED燈亮滅的變化過程，所以通過平均電壓的方式來決定LED燈的亮的程度。隨著波形占空比的不斷變化，LED燈也會有著由暗到亮或由亮到暗的不斷變化。4 硬件結(jié)構(gòu)4.1 80C51電路結(jié)構(gòu)80C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路如圖4-1，其特點如下：圖4-1 80C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路l 工作電壓：VDD為2.63.6V（CPU

14、）,VDDH為VDD5.5V（I/O）；l CPU時鐘為0.3249.152MHz；l 內(nèi)置存儲器：RAM為512KB，內(nèi)存Flash為8KB；l 可編程音頻處理；l 2個16位可編程定時器/計數(shù)器；l 7通道10位ADC（內(nèi)置麥克風放大和自動增益控制功能）；l 2個10位DAC；l 32路可編程通用輸入輸出端口；l 串行輸入輸出接口；l 低電壓監(jiān)測/低電壓復位功能；l 14個中斷源可來自定時器、外部時鐘輸入、鍵喚醒等；l 內(nèi)置在線仿真電路ICE。4.2 PWM電路PWM 電路主要功能是將輸入電壓的振幅轉(zhuǎn)換成寬度一定的脈沖，換句話說它是將振幅資料轉(zhuǎn)換成脈沖寬度。一般輸出電路只能輸出電壓振幅一定

15、的信號，為了輸出類似正弦波之類電壓振幅變化的信號，因此必須將電壓振幅轉(zhuǎn)換成脈沖信號。 5 程序設計思路與方案5.1 程序設計思路采用STC89C52單片機輸出一定頻率的PWM來驅(qū)動場效應管的開斷，用獨立鍵盤來實現(xiàn)PWM占空比的連續(xù)可調(diào)，設置為手動控制，分為兩檔，通過輸出不同的PWM占空比對LED的電流進行控制，一檔增加亮度一檔降低亮度，從而實現(xiàn)對光度的調(diào)節(jié)。5.2 程序設計方案5.2.1 引腳圖與主控電路STC89C52單片機引腳圖如下：圖5-1 STC89C52單片機引腳圖使用STC89C52作為主MCU的主控電路，屬于MCS-51系列。本設計所選用的晶振為12MHz，晶振電容為30pF。S

16、TC89C52單片機主控電路圖如下：圖5-2 STC89C52單片機主控電路單片機主控模塊包括了振蕩電路、復位電路，同時接入了各個模塊的接口，保證了整個系統(tǒng)的靈活性。單片機是整個系統(tǒng)的控制中樞，它指揮外圍器件協(xié)調(diào)工作，從而完成特定的功能。硬件實現(xiàn)上采用模塊化設計，每一模塊只實現(xiàn)一個特定功能，最后再將各個模塊搭接在一起。這種設計方法可以降低系統(tǒng)設計的復雜性。5.2.2 LED驅(qū)動LED的亮度受電流控制，通過控制電流調(diào)節(jié)LED燈的亮度。利用公式可知，利用調(diào)整PWM不同的占空比就可以控制電流的大小。5.2.3 手動控制手動控制分為兩檔，對應與KEY1與KEY2兩個按鍵，按KEY1鍵LED燈亮度漸漸變

17、暗，按KEY2鍵LED燈亮度漸漸變亮。6 系統(tǒng)軟件設計與程序燒錄6.1 系統(tǒng)軟件設計該系統(tǒng)控制程序主要包含系統(tǒng)初始化程序、實時時鐘芯片處理程序、鍵盤檢測與處理程序、鬧鐘中斷以及定時器產(chǎn)生PWM程序構(gòu)成。軟件流程圖如圖6-1所示。YESYESYESYESNO 開始初始化I/O、定時器P1.0輸出230Hz占空比為20% 的PWM是否有鍵按下？PWM占空比加1PWM占空比減1亮度+亮度復位PWM占空比為20%結(jié)束圖6-1 軟件流程圖6.2 控制程序代碼/*/ 利用定時器控制產(chǎn)生占空比可變的 PWM 波/ 按K1，PWM值增加，則占空比減小,LED 燈漸暗。/ 按K2，PWM值減小，則占空比增加,L

18、ED 燈漸亮。/ 當PWM值增加到最大值或減小到最小值時，蜂鳴器將報警。/*/#include < reg51.h >#include < intrins.h >sbit K1 =P32 ; /增加鍵sbit K2 =P33 ; /減少鍵sbit BEEP =P23 ; /蜂鳴器unsigned char PWM=0x7f ; /賦初值void Beep();void delayms(unsigned char ms);void delay(unsigned char t);/*/void main() P1=0xff; TMOD=0x21 ; TH0=0xfc ; /

19、1ms延時常數(shù) 12M TL0=0x18 ; /頻率調(diào)節(jié) TH1=PWM ; /脈寬調(diào)節(jié) TL1=0 ; EA=1; ET0=1; ET1=1; TR0=1 ; while(1) do if(PWM!=0xff) PWM+ ;delayms(10); else Beep() ; while(K1=0); do if(PWM!=0x02) PWM- ;delayms(10); else Beep() ; while(K2=0); /*/ 定時器0中斷服務程序./*/void timer0() interrupt 1 TR1=0 ; TH0=0xfc ; TL0=0x66 ; TH1=PWM ;

20、TR1=1 ; P1=0x00 ; /啟動輸出/*/ 定時器1中斷服務程序/*/void timer1() interrupt 3 TR1=0 ; P1=0xff ; /結(jié)束輸出/*/蜂鳴器子程序/*/void Beep() unsigned char i ; for (i=0 ;i<100 ;i+) delay(100) ; BEEP=!BEEP ; /Beep取反 BEEP=1 ; /關閉蜂鳴器 delayms(100); /*/ 延時子程序/*/ void delay(unsigned char t) while(t-) ; /*/ 延時子程序/*/void delayms(uns

21、igned char ms) unsigned char i ; while(ms-) for(i = 0 ; i < 120 ; i+) ; /*/6.3 生成HEX文件以上C程序需要在Keil uVision3軟件中編寫并調(diào)試好，Keil軟件界面如圖6-2所示。圖6-2 Keil uVision軟件界面C程序是不能直接導入進單片機的，而HEX文件可以，所以這就需要把剛剛編譯好的C程序生成為HEX文件。右擊圖6-3中的1項目文件夾，彈出項目功能菜單，選擇“Options for TargetTarget1”，彈出項目選項設置窗口，轉(zhuǎn)到Output選項頁如圖6-4所示，圖中“Select

22、 Folder for Objcets.”是選擇編譯輸出的路徑，“Name of Executable”是設置編譯輸出生成的文件名，“Create HEX Fil”則是決定是否要創(chuàng)建HEX文件，選中它就可以輸出HEX文件到指定的路徑中。然后再將它重新編譯一次，很快在編譯信息窗口中就顯示HEX文件創(chuàng)建到指定的路徑中了，如圖6-5。這樣我們就可以用燒錄軟件將程序燒錄進芯片中了。圖6-3 項目功能菜單圖6-4 項目選項窗口圖6-5 編譯信息窗口雙擊打開“STC_ISP_V483.exe”燒錄工具，如圖6-6，在“MCU Type”的下拉列表中選擇單片機類型為STC89C52，點擊“打開程序文件”，找

23、到生成的HEX文件所在位置并導入，將單片機通過USB線連入電腦，選擇正確的COM串行口，打開實驗板開關上電，點擊“Download/下載”按鈕，幾秒鐘后程序就被燒錄進單片機中了。圖6-6 燒錄工具界面之后重啟實驗板，按KEY1鍵與KEY2鍵進行驗證，看到LED燈有明顯的明暗變化，證明設計成功。7 總 結(jié)計算機成為我們生活的主流已是家喻戶曉的事情，然而，伴隨著計算機的舉起，單片機也隨之飛速的發(fā)展，單片機以完成某一個邏輯功能的芯片而得名。具體一點說，是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜，為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件，為單片機的靈活

24、，方便，結(jié)構(gòu)簡單奠定了基礎，自身通過程序的編寫、測試、運行，來完成一個具體的功能，便此，單片機運用到了各個領域。單片機LED燈調(diào)光只是單片機的一個小小的應用。通過本次設計我發(fā)現(xiàn)，整個單片機控制音樂播放程序便不復雜，函數(shù)之間相互牽扯。標志位在程序的實現(xiàn)過程中扮演著非常重要的角色，正是依靠這些標志位，程序才能很好地實現(xiàn)各個功能之間的切換，而標志位的值是通過軟件模塊返回的參數(shù)修改的。因此程序的實現(xiàn)過程應該是閱讀參數(shù)修改標志位發(fā)送指令翻譯控制發(fā)生器驅(qū)動LED燈變換，整個過程一氣呵成。 本次設計是基于80C51單片機和PWM調(diào)光的LED燈，以STC89C52作為主控芯片，通過輸出不同的PWM占空比實現(xiàn)了對光度的手動調(diào)節(jié)。該LED燈具調(diào)光電路有效地調(diào)節(jié)了8個LED燈的明暗，并且在最明與最暗時均有蜂鳴器報警。同時，在本次課程設計中，主要有以下體會：1、對單片機的基礎知識