基于單片機(jī)多控制、多閃爍LED彩燈

1、荊楚理工學(xué)院學(xué)院電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明設(shè)計(jì)題目： 基于單片機(jī)多控制 多閃爍LED彩燈 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 09 09級(jí)(3)班 學(xué) 號(hào)： 200401020318 姓 名： 劉凡 指導(dǎo)教師： 鄭筆耕 二一二年六月五日四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué) 生姓 名潘*學(xué)號(hào)08190*班級(jí)電信08-3專(zhuān)業(yè)電子信息工程技術(shù)設(shè)計(jì)（或論文）題目基于單片機(jī)多控制、多閃爍LED彩燈指導(dǎo)教師姓名職 稱(chēng)工作單位及所從事專(zhuān)業(yè)聯(lián)系方式備 注張萬(wàn)良副教授四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)計(jì)（論文）內(nèi)容：注意：選題要結(jié)合實(shí)際，設(shè)計(jì)內(nèi)容要詳細(xì)寫(xiě)明具體步驟。1、 自動(dòng)控制多路彩燈按預(yù)設(shè)的

2、花型進(jìn)行變換；2、 花型種類(lèi)不少于五種，花型自擬；3、 分別用快慢兩種節(jié)拍實(shí)現(xiàn)花型交換；4、 制作實(shí)物并撰寫(xiě)實(shí)訓(xùn)報(bào)告。進(jìn)度安排：1.制定設(shè)計(jì)方案-11月1日11月10日；2.系統(tǒng)硬件仿真測(cè)試以及程序調(diào)試-11月26日11月30日；3.硬件制作-12月18日12月20日；4.撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告-12月18日12月20日；5.準(zhǔn)備畢業(yè)答辯-12月21日12月22日。主要參考文獻(xiàn)、資料(寫(xiě)清楚參考文獻(xiàn)名稱(chēng)、作者、出版單位)：1 周?chē)?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審批意見(jiàn)教研室負(fù)責(zé)人：年 月 日備注：任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)

3、，一式二份。其中學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一份。目錄摘要1第1章方案設(shè)計(jì)21.1設(shè)計(jì)方案21.2方案選擇3第2章硬件設(shè)計(jì)42.1直流穩(wěn)壓電源電路42.2單片機(jī)最小系統(tǒng)42.3LED彩燈顯示電路52.4按鍵控制電路62.5串口電路7第3章軟件設(shè)計(jì)9第4章系統(tǒng)仿真調(diào)試114.1系統(tǒng)仿真114.2仿真調(diào)試11總結(jié)13參考文獻(xiàn)14附錄1LED彩燈控制系統(tǒng)仿真電路圖15附錄2LED彩燈彩燈控制程序代碼16 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)摘要本文介紹了一種簡(jiǎn)易LED彩燈控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程，本方案以AT89C51單片機(jī)作為主控核心，按鍵控制電路、彩燈顯示電路以及單片機(jī)最小系統(tǒng)等模塊組成的核心主控制電路。利

4、用軟件編程燒錄程序到單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED彩燈進(jìn)行控制，本系統(tǒng)亮燈模式多，用戶(hù)根據(jù)操作提示可以隨意變換想要的閃爍方式和控制彩燈的閃爍頻率。本系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作、硬件少、體積小、成本低、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。第19頁(yè)第1章方案設(shè)計(jì)隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場(chǎng)合可以看到彩色霓虹燈。LED彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價(jià)以及控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用，用彩燈來(lái)裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時(shí)尚。但目前市場(chǎng)上各式樣的LED彩燈控制器大多數(shù)用全硬件電路實(shí)現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一，這樣一旦制作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同場(chǎng)合、不同時(shí)間段的需

5、要來(lái)調(diào)節(jié)亮燈時(shí)間、模式、閃爍頻率等動(dòng)態(tài)參數(shù)。這種彩燈控制器結(jié)構(gòu)往往有芯片過(guò)多、電路復(fù)雜、功率損耗大等缺點(diǎn)。此外從功能效果上看，亮燈模式少而且樣式單調(diào)，缺乏用戶(hù)可操作性，影響彩燈效果，因此有必要對(duì)現(xiàn)有的彩燈控制器進(jìn)行改進(jìn)。1.1設(shè)計(jì)方案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、

6、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5V直流電源電路組成。AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘電路復(fù)位電路按鍵控制電路直流5V電源電路供電信號(hào)LED彩燈圖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P1口接5路按鍵控制電路，實(shí)現(xiàn)彩燈花型的切換功能；單片機(jī)的P3.7引腳接上一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)以實(shí)現(xiàn)對(duì)彩燈閃爍頻率的控制，即實(shí)現(xiàn)了快慢兩種節(jié)拍實(shí)現(xiàn)花型的變換；單片機(jī)上的P2口接八路LED發(fā)光二極管組成彩燈電路，顯示彩燈循環(huán)情況。1.2方案選擇結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)比較

7、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(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)，本次設(shè)計(jì)采用第二種方案。第2章硬件設(shè)計(jì)2.1直流穩(wěn)壓電源電路對(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

8、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+5V。如下圖所示：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(xiàn)性集成穩(wěn)壓電源和開(kāi)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7805構(gòu)成的正5V直流電源。圖2-1三端固定式集成穩(wěn)壓電源電路圖AT89C51單片機(jī)的工作電壓范圍：4.0V5.5V，所以通常給單片機(jī)外接5V直流電源。由于時(shí)間關(guān)系，此處用3節(jié)1.5V的干電池供電，在此不在贅述此穩(wěn)壓電源電路圖原理。2.2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)如下圖2-2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

9、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)采用手動(dòng)按鍵復(fù)位，該復(fù)位方式同樣具有上電自動(dòng)復(fù)位功能。電路如下圖所示。圖2-2單片機(jī)最小系統(tǒng)2.3LED彩燈顯示電路LED彩燈顯示電路(如圖所示)實(shí)際上是由8個(gè)發(fā)光二極管和8個(gè)電阻構(gòu)成的電路。發(fā)光二極管與電阻對(duì)應(yīng)串聯(lián),然后接在與之相對(duì)應(yīng)的P2口上。通過(guò)軟件編程對(duì)P2口輸出高低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的閃爍花型。由于發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓一般為1.7V以上，另外，他的

10、工作電流根據(jù)型號(hào)不同一般為1mA到30mA，電阻選擇范圍100歐姆3千歐姆在此我們這里選用560歐姆的電阻。圖2-3LED彩燈顯示電路2.4按鍵控制電路按鍵控制電路(如圖2-4所示)是由6個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)構(gòu)成的。他們分別接在單片機(jī)AT89C51的P1接口和P3.0口,Key1Key5接在P1.0P1.4,Key6接在P3.7上。為了一對(duì)一的控制LED燈的閃爍方式。當(dāng)按下開(kāi)關(guān)Key1時(shí), LED彩燈系統(tǒng)閃爍第一種彩燈花型。當(dāng)按下開(kāi)關(guān)Key2時(shí), LED燈系統(tǒng)閃爍第二種閃爍方式圖2-4鍵盤(pán)控制電路2.5串口電路串口電路為單片提供與PC機(jī)連接端口，為單片機(jī)提供下載程序到單片機(jī)程序存儲(chǔ)器中。串口原理圖如圖2

11、-5所示。串口也稱(chēng)串行通信接口，RS-232是目前最常用的一種串行通訊接口，由于其形狀和針腳數(shù)量的原因，其接頭又被稱(chēng)為DB9接頭。RS-232針腳定義: 2 RXD Receive Data 接收數(shù)據(jù) 、3 TXD Transmit Data 發(fā)送數(shù)據(jù) 、5 GND System Ground 系統(tǒng)接地，一般就用到這幾個(gè)引腳。圖2-5串口原理圖MAX232芯片是專(zhuān)門(mén)為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。MAX23內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分：第一部分是電荷泵電路：由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成，功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232

12、串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道：由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道，其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道，8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出第三部分是供電：15腳DNG、16腳VCC（+5v）。在此，本系統(tǒng)的硬件電路已經(jīng)全部設(shè)

13、計(jì)完畢。第3章軟件設(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，我們還需要告訴單片機(jī)怎么樣進(jìn)行控制，即編寫(xiě)程序控制單片機(jī)管腳電平的高低變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管的明滅。軟件編程是多控制、多閃爍方式的LED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)8個(gè)LED燈的循環(huán)點(diǎn)亮，來(lái)介紹實(shí)現(xiàn)流水燈控制的軟件編程方法。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)AT89C51為核心控制8個(gè)發(fā)光二極管5種閃爍方式的變換。硬件電路如圖附錄1所示，八個(gè)發(fā)光二極管D1D8分別接在單片機(jī)的P2.0P

14、2.7接口上，當(dāng)給P2.0口輸出“0”時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，當(dāng)輸出“1”時(shí)，發(fā)光二極管熄滅?？梢赃\(yùn)用輸出端口指令MOV P0，A或MOV P0，DATA，只要給累加器值或常數(shù)值，同理，接在P2.1P2.7口的其他7個(gè)LED的點(diǎn)亮和熄滅的方法同LED1。因此，要實(shí)現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管LED1LED8依次點(diǎn)亮、熄滅，8只LED燈便會(huì)一亮一暗的成流水燈了。在此我們還應(yīng)注意一點(diǎn)，由于人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)以及單片機(jī)執(zhí)行每條指令的時(shí)間很短，我們?cè)诳刂贫O管亮滅的時(shí)候應(yīng)該延時(shí)一段時(shí)間，否則我們就看不到閃爍效果。程序設(shè)計(jì)流程如圖3-1。程序啟動(dòng)時(shí)跳轉(zhuǎn)到鍵盤(pán)判斷模塊程序中，此程序里面包含Key1Key

15、5的按鍵情況判斷，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。具體程序流程如下圖所示。判斷有無(wú)按鍵按下YN開(kāi)始當(dāng)Key1-Key5有鍵按下時(shí)復(fù)位調(diào)用彩燈循環(huán)程序當(dāng)Key6按下時(shí)圖3-1主程序流程圖第4章系統(tǒng)仿真調(diào)試4.1系統(tǒng)仿真本設(shè)計(jì)使用的Keil C51軟件來(lái)進(jìn)行編程。Keil C51提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的電路分析實(shí)物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，并支持單片機(jī)，元件庫(kù)齊全，使用方便，是

16、不可多得的專(zhuān)業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。圖4-1仿真電路圖4.2仿真調(diào)試本系統(tǒng)的調(diào)試是把在Keil里面寫(xiě)好的程序通過(guò)編譯不出現(xiàn)任何錯(cuò)誤后將生成的后綴名為.HEX的文件加載到AT89C51單片機(jī)中。接下來(lái)我們將在PROTEUS軟件進(jìn)行軟硬件結(jié)合的調(diào)試。圖4-2 程序編譯下面是在PROTEUS軟件仿真系統(tǒng)中的調(diào)試結(jié)果，如表4-1：表4-1測(cè)試結(jié)果及狀態(tài)分析序號(hào)測(cè)試項(xiàng)目測(cè)試方法測(cè)試結(jié)果行狀態(tài)分析1是否能正常工作打開(kāi)仿真電路圖，加載程序，點(diǎn)擊開(kāi)始運(yùn)行。無(wú)任何錯(cuò)誤提示仿真電路正常2彩燈花型控制運(yùn)行仿真，隨機(jī)按下任意按鍵，觀(guān)察彩燈顯示效果。對(duì)應(yīng)按鍵按下，彩燈出現(xiàn)不同花型。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了多控制、多閃爍的LED彩燈

17、循環(huán)。3復(fù)位控制按閉合Key6，觀(guān)察彩燈變化當(dāng)閉合Key6是，彩燈全滅本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)循環(huán)的終止經(jīng)以上仿真上測(cè)試證實(shí)，能實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求的預(yù)期的功能。總結(jié)在經(jīng)過(guò)近一周的不懈努力中，終于完成了課程設(shè)計(jì)任務(wù)。通過(guò)本設(shè)計(jì)鍛煉了我們的實(shí)踐能力，也是對(duì)以后我們實(shí)際工作能力的訓(xùn)練和考察過(guò)程。本設(shè)計(jì)本身就比較簡(jiǎn)單，整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中每一步都是自己親自做過(guò)的，在經(jīng)過(guò)遇到問(wèn)題，思索問(wèn)題到解決問(wèn)題的過(guò)程中，收獲是最多的。以往沒(méi)有注意到的問(wèn)題，都在這一次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，這培養(yǎng)了我的細(xì)心，耐心和專(zhuān)心。我覺(jué)得能夠在這次的課程設(shè)計(jì)中學(xué)到很多的東西，以往不注意的細(xì)節(jié)，在這一次中是必須讓自己去注意的。也是我這三年來(lái)所學(xué)到

18、知識(shí)的一個(gè)體現(xiàn)。我深深知道，每一次的學(xué)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)都是那么的來(lái)之不易，都是通過(guò)老師的深思熟慮后，才給我們定下目標(biāo),然后讓我們?cè)谥R(shí)的海洋里翱翔。感謝教導(dǎo)我們的所有老師。最后，由于時(shí)間倉(cāng)促，錯(cuò)誤與不妥之處在所難免，敬請(qǐng)老師批評(píng)指正。參考文獻(xiàn)1張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用.高等教育出版社，20102陳梓城.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，20073陳正義.單片機(jī)控制實(shí)習(xí)M.北京：人民郵電出版社，20064李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：人民郵電出版社，2006附錄1LED彩燈控制系統(tǒng)仿真電路圖附錄2LED彩燈彩燈控制程序代碼ORG 0000HLJMP MAINORG 0040HMAIN:MO

19、V P1,#0FFHMOV A,P1CJNE A,#11111110b,S1LCALL K1S1:CJNE A,#11111101b,S2LCALL K2S2:CJNE A,#11111011b,S3LCALL K3S3:CJNE A,#11110111b,S4LCALL K4S4:CJNE A,#11101111b,MAINLCALL K5LJMP MAINK1:MOV A,#01111111bC1:RL AMOV P2,ALCALL DelayJNB P1.1,K2JNB P1.2,K3JNB P1.3,K4JNB P1.4,ZLJMP C1K2:MOV P2,#0FEHLCALL Del

20、ayMOV P2,#0FCHLCALL DelayMOV P2,#0F8HLCALL DelayMOV P2,#0F0HLCALL DelayMOV P2,#0E0HLCALL DelayMOV P2,#0C0HLCALL DelayMOV P2,#80HLCALL DelayMOV P2,#00HLCALL DelayMOV P2,#80HLCALL DelayMOV P2,#0C0HLCALL DelayMOV P2,#0E0HLCALL DelayMOV P2,#0F0HLCALL DelayMOV P2,#0F8HLCALL DelayMOV P2,#0FCHLCALL DelayMO

21、V P2,#0FEHLCALL DelayMOV P2,#0FFHLCALL DelayLJMP MAINZ: LJMP K5K3:MOV P2,#55HLCALL DelayMOV P2,#0AAHLCALL DelayMOV P2,#0FFHLJMP MAINK4:MOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#00111100BLCALL DelayMOV P2,#00011000BLCALL DelayMOV P2,#00000000BLCALL DelayMOV P2,#10000001BLCALL DelayMOV P2,#11000011BLCALL DelayMOV P2,#11100111BLCALL DelayMOV P2,#11111111BLCALL DelayLJMP MAINK5:MOV P2,#01111110BLCALL DelayMOV P2,#10111