基于單片機多控制、多閃爍LED彩燈

1、荊楚理工學院學院電子信息工程學院課程設計說明設計題目： 基于單片機多控制 多閃爍LED彩燈 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 09 09級(3)班 學 號： 200401020318 姓 名： 劉凡 指導教師： 鄭筆耕 二一二年六月五日四川信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計任務書學 生姓 名潘*學號08190*班級電信08-3專業(yè)電子信息工程技術設計（或論文）題目基于單片機多控制、多閃爍LED彩燈指導教師姓名職 稱工作單位及所從事專業(yè)聯(lián)系方式備 注張萬良副教授四川信息職業(yè)技術學計（論文）內容：注意：選題要結合實際，設計內容要詳細寫明具體步驟。1、 自動控制多路彩燈按預設的

2、花型進行變換；2、 花型種類不少于五種，花型自擬；3、 分別用快慢兩種節(jié)拍實現(xiàn)花型交換；4、 制作實物并撰寫實訓報告。進度安排：1.制定設計方案-11月1日11月10日；2.系統(tǒng)硬件仿真測試以及程序調試-11月26日11月30日；3.硬件制作-12月18日12月20日；4.撰寫設計報告-12月18日12月20日；5.準備畢業(yè)答辯-12月21日12月22日。主要參考文獻、資料(寫清楚參考文獻名稱、作者、出版單位)：1 周國運.單片機原理及應用.北京：中國水利水電出版社，2009.2 陳梓城.模擬電子技術基礎.北京：高等教育出版社，2007審批意見教研室負責人：年 月 日備注：任務書由指導教師填寫

3、，一式二份。其中學生一份，指導教師一份。目錄摘要1第1章方案設計21.1設計方案21.2方案選擇3第2章硬件設計42.1直流穩(wěn)壓電源電路42.2單片機最小系統(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章軟件設計9第4章系統(tǒng)仿真調試114.1系統(tǒng)仿真114.2仿真調試11總結13參考文獻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)技術學院畢業(yè)設計說明書摘要本文介紹了一種簡易LED彩燈控制系統(tǒng)的軟硬件設計過程，本方案以AT89C51單片機作為主控核心，按鍵控制電路、彩燈顯示電路以及單片機最小系統(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來實現(xiàn)對LED彩燈進行控制，本系統(tǒng)亮燈模式多，用戶根據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)具有電路結構簡單、易操作、硬件少、體積小、成本低、低能耗等優(yōu)點，具有一定的實用和參考價值。第19頁第1章方案設計隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色霓虹燈。LED彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應用，用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經成為一種時尚。但目前市場上各式樣的LED彩燈控制器大多數(shù)用全硬件電路實現(xiàn)，電路結構復雜、功能單一，這樣一旦制作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據不同場合、不同時間段的需

5、要來調節(jié)亮燈時間、模式、閃爍頻率等動態(tài)參數(shù)。這種彩燈控制器結構往往有芯片過多、電路復雜、功率損耗大等缺點。此外從功能效果上看，亮燈模式少而且樣式單調，缺乏用戶可操作性，影響彩燈效果，因此有必要對現(xiàn)有的彩燈控制器進行改進。1.1設計方案彩燈控制器大致可分為兩種方案實現(xiàn)。一種是利用電子電路裝置控制，另一種是采用單片機控制。方案一：根據設計任務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由振蕩電路、計數(shù)/時序分配電路、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：本方案主要是通過對基于單片機的多控制、

6、多閃爍方式的LED彩燈循環(huán)系統(tǒng)的設計，來達到本設計的要求。其硬件構成框圖如圖1-2所示，以單片機為核心控制，由單片機最小系統(tǒng)（時鐘電路、復位電路、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單片機時鐘電路復位電路按鍵控制電路直流5V電源電路供電信號LED彩燈圖1-2單片機彩燈循環(huán)控制系統(tǒng)硬件框圖此設計方案中單片機的P1口接5路按鍵控制電路，實現(xiàn)彩燈花型的切換功能；單片機的P3.7引腳接上一個按鈕開關以實現(xiàn)對彩燈閃爍頻率的控制，即實現(xiàn)了快慢兩種節(jié)拍實現(xiàn)花型的變換；單片機上的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方案選擇結合設計任務書比較

7、以上兩種方案可知：利用電子電路裝置控制，其電路不很復雜，制作相對較容易點，成本也相對較低，但可調性差，亮燈模式少而且樣式單調，達不到設計任務要求或實現(xiàn)困難。采用單片機控制其優(yōu)點是電路集成度高，工作原理簡單，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)專業(yè)優(yōu)勢，本次設計采用第二種方案。第2章硬件設計2.1直流穩(wěn)壓電源電路對于一個完整的電子設計來講，首要問題就是為整個系統(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)運行的前提和基礎。電子設備除用電池供電外，還采用市電（交流電網）供電。通過變壓、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、源是電子設備的重要組成部分！本項目直流穩(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，分別是分立元件構成的穩(wěn)壓電源、線性集成穩(wěn)壓電源和開關穩(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單片機的工作電壓范圍：4.0V5.5V，所以通常給單片機外接5V直流電源。由于時間關系，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單片機最小系統(tǒng)要使單片機工作起來，最基本的電路的構成由單片機、時鐘電路、復位電路等組成。單片機最小系統(tǒng)如下圖2-2所示。時鐘電路：本系統(tǒng)采用單片機內部方式產生

9、時鐘信號，用于外接一個12MHz石英晶體振蕩器和2個30pF微調電容，構成穩(wěn)定的的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內部的時鐘電路。復位電路：確定單片機工作的起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。單片機系統(tǒng)的復位方式有上電自動復位和手動按鍵復位。本設計采用手動按鍵復位，該復位方式同樣具有上電自動復位功能。電路如下圖所示。圖2-2單片機最小系統(tǒng)2.3LED彩燈顯示電路LED彩燈顯示電路(如圖所示)實際上是由8個發(fā)光二極管和8個電阻構成的電路。發(fā)光二極管與電阻對應串聯(lián),然后接在與之相對應的P2口上。通過軟件編程對P2口輸出高低電平來實現(xiàn)不同的閃爍花型。由于發(fā)光二極管的導通電壓一般為1.7V以上，另外，他的

10、工作電流根據型號不同一般為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個按鍵開關構成的。他們分別接在單片機AT89C51的P1接口和P3.0口,Key1Key5接在P1.0P1.4,Key6接在P3.7上。為了一對一的控制LED燈的閃爍方式。當按下開關Key1時, LED彩燈系統(tǒng)閃爍第一種彩燈花型。當按下開關Key2時, LED燈系統(tǒng)閃爍第二種閃爍方式圖2-4鍵盤控制電路2.5串口電路串口電路為單片提供與PC機連接端口，為單片機提供下載程序到單片機程序存儲器中。串口原理圖如圖2

11、-5所示。串口也稱串行通信接口，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，其接頭又被稱為DB9接頭。RS-232針腳定義: 2 RXD Receive Data 接收數(shù)據 、3 TXD Transmit Data 發(fā)送數(shù)據 、5 GND System Ground 系統(tǒng)接地，一般就用到這幾個引腳。圖2-5串口原理圖MAX232芯片是專門為電腦的RS-232標準串口設計的單電源電平轉換芯片,使用+5v單電源供電。MAX23內部結構基本可分三個部分：第一部分是電荷泵電路：由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構成，功能是產生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232

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

13、計完畢。第3章軟件設計單片機的應用系統(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)點亮的現(xiàn)象，我們還需要告訴單片機怎么樣進行控制，即編寫程序控制單片機管腳電平的高低變化，來實現(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)中的一個重要的組成部分，是本設計的重點和難點。下面,我將闡述多控制、多閃爍方式的LED燈系統(tǒng)是如何實現(xiàn)8個LED燈的循環(huán)點亮，來介紹實現(xiàn)流水燈控制的軟件編程方法。本設計是以單片機AT89C51為核心控制8個發(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，八個發(fā)光二極管D1D8分別接在單片機的P2.0P

14、2.7接口上，當給P2.0口輸出“0”時，發(fā)光二極管點亮，當輸出“1”時，發(fā)光二極管熄滅?？梢赃\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LED的點亮和熄滅的方法同LED1。因此，要實現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管LED1LED8依次點亮、熄滅，8只LED燈便會一亮一暗的成流水燈了。在此我們還應注意一點，由于人眼的視覺暫留效應以及單片機執(zhí)行每條指令的時間很短，我們在控制二極管亮滅的時候應該延時一段時間，否則我們就看不到閃爍效果。程序設計流程如圖3-1。程序啟動時跳轉到鍵盤判斷模塊程序中，此程序里面包含Key1Key

15、5的按鍵情況判斷，循環(huán)檢測直到有按鍵按下的時候，程序轉去相對應按鍵的彩燈顯示的花型模塊。具體程序流程如下圖所示。判斷有無按鍵按下YN開始當Key1-Key5有鍵按下時復位調用彩燈循環(huán)程序當Key6按下時圖3-1主程序流程圖第4章系統(tǒng)仿真調試4.1系統(tǒng)仿真本設計使用的Keil C51軟件來進行編程。Keil C51提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的電路分析實物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，并支持單片機，元件庫齊全，使用方便，是

16、不可多得的專業(yè)的單片機軟件仿真系統(tǒng)。圖4-1仿真電路圖4.2仿真調試本系統(tǒng)的調試是把在Keil里面寫好的程序通過編譯不出現(xiàn)任何錯誤后將生成的后綴名為.HEX的文件加載到AT89C51單片機中。接下來我們將在PROTEUS軟件進行軟硬件結合的調試。圖4-2 程序編譯下面是在PROTEUS軟件仿真系統(tǒng)中的調試結果，如表4-1：表4-1測試結果及狀態(tài)分析序號測試項目測試方法測試結果行狀態(tài)分析1是否能正常工作打開仿真電路圖，加載程序，點擊開始運行。無任何錯誤提示仿真電路正常2彩燈花型控制運行仿真，隨機按下任意按鍵，觀察彩燈顯示效果。對應按鍵按下，彩燈出現(xiàn)不同花型。本設計實現(xiàn)了多控制、多閃爍的LED彩燈

17、循環(huán)。3復位控制按閉合Key6，觀察彩燈變化當閉合Key6是，彩燈全滅本設計實現(xiàn)循環(huán)的終止經以上仿真上測試證實，能實現(xiàn)本設計系統(tǒng)要求的預期的功能?？偨Y在經過近一周的不懈努力中，終于完成了課程設計任務。通過本設計鍛煉了我們的實踐能力，也是對以后我們實際工作能力的訓練和考察過程。本設計本身就比較簡單，整個課程設計的過程中每一步都是自己親自做過的，在經過遇到問題，思索問題到解決問題的過程中，收獲是最多的。以往沒有注意到的問題，都在這一次的畢業(yè)設計中得以體現(xiàn)，這培養(yǎng)了我的細心，耐心和專心。我覺得能夠在這次的課程設計中學到很多的東西，以往不注意的細節(jié)，在這一次中是必須讓自己去注意的。也是我這三年來所學到

18、知識的一個體現(xiàn)。我深深知道，每一次的學習實踐環(huán)節(jié)都是那么的來之不易，都是通過老師的深思熟慮后，才給我們定下目標,然后讓我們在知識的海洋里翱翔。感謝教導我們的所有老師。最后，由于時間倉促，錯誤與不妥之處在所難免，敬請老師批評指正。參考文獻1張毅剛.單片機原理及應用.高等教育出版社，20102陳梓城.模擬電子技術基礎.北京：高等教育出版社，20073陳正義.單片機控制實習M.北京：人民郵電出版社，20064李朝青.單片機原理及接口技術.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