彩燈控制器的設(shè)計(24個LED燈)

1、 . . . XXXXXXXX課程設(shè)計課程名稱： 單片機(jī)原理與應(yīng)用 題 目： 節(jié)日彩燈控制器的設(shè)計 學(xué) 院： 機(jī)械與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 2009級電氣工程與其自動化 姓 名： XXX 學(xué) 號： XXXX 指導(dǎo)教師： XXXX 日 期： 2012年6月 引言 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，低廉的造價以與控制簡單等特點而得到了廣泛的應(yīng)用，用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時尚。特別是每當(dāng)節(jié)日的到來，節(jié)日彩燈更是到處都看的到。節(jié)日彩燈已成為生活中不可缺少的裝飾物。它集中地運(yùn)用了單片機(jī)、LED、，自動控制等技術(shù)，是典型的基

2、于單片機(jī)的電子產(chǎn)品。本文以AT89C51單片機(jī)為控制核心，采用模塊化的設(shè)計方案，運(yùn)用LED彩燈、按鍵等組成電路，實現(xiàn)彩燈在開啟時滿足不一樣的閃亮方法。按鍵可以在彩燈使用的時候選擇不同的亮法，使彩燈變化多樣，鍵一可以使彩燈依次循環(huán)點亮，健二可以使彩燈從左到又從右到左循環(huán)點亮，三號鍵使兩端滅，中間亮，再對半交替亮，然后再奇偶亮。通過按鍵能方便使用者選擇不同樣的亮法。 節(jié)日彩燈使生活中常常用到的裝飾物品,是我國普遍流行的傳統(tǒng)的民間的綜合性的工藝品。彩燈藝術(shù)也就是燈的綜合性的裝飾藝術(shù)。在當(dāng)今的社會里，彩燈已經(jīng)成為我們生活的一部分，能給我們帶來視覺上的享受還能美化我們的生活。彩燈控制器主要是通過電路產(chǎn)生

3、有規(guī)律變化的脈沖信號來實現(xiàn)彩燈的各種變化,它集中地運(yùn)用了單片機(jī)、LED、，自動控制等技術(shù)，是典型的基于單片機(jī)的電子產(chǎn)品。本文以AT89C51單片機(jī)為控制核心，采用模塊化的設(shè)計方案，運(yùn)用LED彩燈、按鍵等組成電路，實現(xiàn)彩燈在開啟時滿足不一樣的閃亮方法。按P1.2鍵使燈開始流動；按P1.3鍵則停止流動；按P1.4鍵則燈由上向下流動；按P1.5鍵則燈由下向上流動。通過按鍵能方便使用者選擇不同樣的亮法。并用proteus仿真能使八盞彩燈順序點亮，逆序點亮和停止。第一章 任務(wù)設(shè)計1.1設(shè)計要求以單片機(jī)為核心，設(shè)計一個節(jié)日彩燈控制器控制24個LED燈：l P1.2開始，按此鍵則燈開始流動（由上而下）。l

4、P1.3停止，按此鍵則停止流動，所有燈為暗。l P1.4上，按此鍵則燈由上向下流動。l P1.5下，按此鍵則燈由下向上流動。1.2實驗原理 本題目本質(zhì)上是由按鍵控制功能的流水燈，LED工作的方式通過鍵盤的掃描實現(xiàn)。其中的LED采取共陽極接法，通過依次向連接LED的/口送出低電平，可實現(xiàn)題目要求的功能。1.3方案論證方案一以80C51單片機(jī)為控制核心，采用模塊化的設(shè)計方案，運(yùn)用LED彩燈、按鍵等組成電路，實現(xiàn)彩燈在開啟時滿足不一樣的閃亮方法。按鍵可以在彩燈使用的時候選擇不同的亮法，使彩燈流動的方向改變，鍵一可以使彩燈由上而下開始流動，鍵二可以使彩燈停止，三號鍵可以使彩燈由上而下流動，四鍵則可以使

5、彩燈由下而上流動。通過按鍵能方便使用者選擇節(jié)日彩燈的開啟、流動方向和停止。系統(tǒng)框圖如下：ATC89C51時鐘以與復(fù)位電路鎖存控制電路電源電路數(shù)據(jù)顯示電路圖1.系統(tǒng)框圖方案二利用模電原理設(shè)計，電路用數(shù)字電路完成。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以RY169電路為核心，加上發(fā)光二極管的特性以與繼電器的原理構(gòu)成，故障系數(shù)大，不易調(diào)試，成本可能較高。利用單片機(jī)設(shè)計電路，由于使用軟硬件結(jié)合的方式代替了數(shù)字電路的復(fù)雜性，所以電路結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試也相對方便，經(jīng)濟(jì)實惠。與第二種方案比較優(yōu)點是非常明顯的。此彩燈精度較高、造價低廉、裝調(diào)容易。因此選擇第一種方案來設(shè)計。第2章 系統(tǒng)電路的設(shè)計單片機(jī)（SCM）是單片微型計算機(jī)（Single

6、Chip Microcomputer）的簡稱。它是把中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時/計數(shù)器以與輸入輸出適配器都集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機(jī)。隨著SCM在技術(shù)上、體系上不斷擴(kuò)展其控制功能，國際上已經(jīng)采用MCU（MicroControllerUnit）代替單片機(jī)的名詞。它的最大優(yōu)點是體積小，可放在儀表部。但存儲量小，輸入輸出適配器簡單，功能較低。目前，單片機(jī)在民用和工業(yè)測控領(lǐng)域得到最廣泛的應(yīng)用，早已深深地融入人們的生活中。近年來，AT89C51在我國非常流行，它最大的特點是部有可以多次重復(fù)編程的閃爍ROM,并且閃爍ROM可以直接用編程器來擦

7、寫（電擦寫），使用起來比較方便。一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含有兩部分容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)部的功能單元，如ROMRAMI/O口定時/記數(shù)器中斷系統(tǒng)等能量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)配置，既要按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤顯示器打印機(jī)A/DD/A轉(zhuǎn)換器等，又要設(shè)計合適的接口電路。2.1 AT89C51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)AT89C51是一種低功耗/低電壓、高性能的八位CMOS單片機(jī)，片有一個4KB的FLASH可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only

8、Memory），它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲器技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MSC51兼容。片置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲單元，片的存儲器允許在系統(tǒng)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程。因此，AT89C51是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價格合理的單片機(jī)，可方便的應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。2.1.1主要特性(1)與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)兼容(2)4K字節(jié)可編程閃爍存儲器(3)壽命：1000寫/擦循環(huán)(4)數(shù)據(jù)保留時間：10年(5)全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz(6)三級程序存儲器鎖定(7)128*8位部RAM(8)32可編程I/O線(9)兩個16位定時器/計

9、數(shù)器(10)6個中斷源(11)可編程串行通道(12)低功耗的閑置和掉電模式(13)片振蕩器和時鐘電路2.1.2 管腳說明VCC（40）：供電電壓，其工作電壓為5V。GND（20）：接地。P0端口（P0.0-P0.7）：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1端口（P1.0-P1.7）：P1口是一個部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出

10、4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被部上拉為高電平，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2端口（P2.0-P2.7）：P2口為一個部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口

11、輸出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3端口（P3.0-P3.7）：P3口管腳是一個帶有部上拉電阻的8位的雙向I/O端口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入端時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表1所示。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。復(fù)位RST(9)：復(fù)位輸入。在振蕩器運(yùn)行時，有兩個機(jī)器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P3.

12、0-P3.7口均置1，引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開始運(yùn)行程序。復(fù)位操作不會對部RAM有所影響。ALE/(30)：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起

13、作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。(29)：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指令期間，每個機(jī)器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。EA/VPP(31)：當(dāng)保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存儲器。注意加密方式1時，將部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時，此間部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1(19)：反向振蕩放大器的輸入與部時鐘工作電路的輸入。XTAL2(18)：來自反向振蕩器的輸出。其引腳圖如圖2所示。表

14、1.P3端口引腳兼用功能表圖2.AT89C51引腳圖2.1.3 振蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片振蕩器。石晶振蕩和瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.1.4芯片擦除整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以

15、在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。2.1.5 AT89C51最小系統(tǒng)AT89C51最小系統(tǒng)中XTAL1、XTAL2端接上晶振與兩個諧振電容，在RESET端接上相應(yīng)的電阻、電容，如需要按鍵復(fù)位，加上按鍵即可組成一個最小系統(tǒng)，按要求通電后，系統(tǒng)就可以工作了。2.2 電路與連線設(shè)計將MUC、LED和按鍵進(jìn)行電路設(shè)計。打開PROTEUS的ISIS編輯環(huán)境，從PROTEUS中選取該電路所需要的元器件，放置元器件、

16、放置電源和地、連線得到如圖3所示的電氣原理圖，再點菜單欄工具下拉的電氣規(guī)則檢查，當(dāng)規(guī)則檢查出現(xiàn)：“NETLIST GENERATED OK NO ERC ERRORD FOUND”，表示通過檢查。電路設(shè)計完成。圖3電氣原理圖第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1程序設(shè)計程序設(shè)計(Programming)是指設(shè)計、編制、調(diào)試程序的方法和過程。它是目標(biāo)明確的智力活動。在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計時，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實際需要設(shè)計應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計中占重要地位。對于本系統(tǒng)，軟件也占有重要的地位。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型

17、。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。為了完成上述任務(wù)，在進(jìn)行軟件設(shè)計時，通常把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊。把一個程序分成具有多個明確任務(wù)的程序模塊，分別編制、調(diào)試后再把它們連接在一起形成一個完整的程序，這樣的程序設(shè)計方法稱為模塊化程序設(shè)計。所謂“模塊”，實質(zhì)上就是能完成一定功能，并相對獨立的程序段，這種程序設(shè)計方法稱為模塊程序設(shè)計法。模塊程序設(shè)計法的主要優(yōu)點是：(1)單個模塊比起一個完整的程序易編寫、調(diào)試與修改。(2)程序的易讀性好。(3)程序的修改可局部化。(4)模塊可以共存，一個模塊可

18、以被多個任務(wù)在不同條件下調(diào)用。(5)模塊程序允許設(shè)計者分割任務(wù)和利用已有程序，為設(shè)計者提供方便。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序，正向流動、反向流動和延時等子程序構(gòu)成。3.2系統(tǒng)程序流程圖3.2.1主程序流程圖NNNNY開 始長跳轉(zhuǎn)到StartP1.0=0?YYYP1.0=0?P1.0=0?P1.0=0?燈開始流動（至上而下）停止燈由下而上流動燈由上而下流動3.2.2正向流動程序流程圖和反向流動程序流程圖3.2.3延時程序流程圖開 始給R6賦值200給R7賦值250兩次nop操作R7=0？R6=0?返 回NYNY延時程序流程圖3.3 系統(tǒng)程序TCNT EQU 30HDIR BIT 00HOR

19、G 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP T0ISRORG 0030HMAIN: CLR EA MOV SP,#5FH MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H MOV TCNT,#0 SETB ET0 SETB EA CLR DIRLOOP: P1.2,LOOP1 ;啟動 MOV R7,#10 LCALL DELAY P1.2,LOOP1 JNB P1.2,$ SETB TR0 SJMP LOOPLOOP1: P1.3,LOOP2 ;停止 MOV R7,#10 LCALL DELAY P1.3,LOOP2 JNB P1.3,$ MOV

20、 P0,#0FFH MOV P2,#0FFH MOV P3,#0FFH CLR TR0 SJMP LOOPLOOP2: P1.4,LOOP3 ;正向 MOV R7,#10 LCALL DELAY P1.4,LOOP3 JNB P1.4,$ CLR DIR SJMP LOOPLOOP3: P1.5,LOOP ;反向 MOV R7,#10 LCALL DELAY P1.5,LOOP JNB P1.5,$ SETB DIR SJMP LOOP;-DELAY: MOV R2,#20DLY1: MOV R3,#250 DJNZ R3,$ DJNZ R2,DLY1 DJNZ R7,DELAY RET;-T

21、0ISR: PUSH ACC CLR TR0 MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H SETB TR0 MOV DPTR,#LEDLP MOV A,TCNT MOVC A,A+DPTR CPL A PUSH ACC MOV A,TCNT MOV B,#8 DIV AB JNZ T0ISR1 POP ACC MOV P0,A MOV P2,#0FFH MOV P3,#0FFH SJMP T0ISRET0ISR1: DEC A JNZ T0ISR2 POP ACC MOV P2,A MOV P0,#0FFH MOV P3,#0FFH SJMP T0ISRET0ISR2: POP AC

22、C MOV P3,A MOV P2,#0FFH MOV P0,#0FFHT0ISRE: DIR,T0ISR4 INC TCNT MOV A,TCNT CJNE A,#24,T0ISR3T0ISR3: JC T0ISR6 MOV TCNT,#0 SJMP T0ISR6T0ISR4: MOV A,TCNT JNZ T0ISR5 MOV TCNT,#23 SJMP T0ISR6T0ISR5: DEC TCNTT0ISR6: POP ACC RETI;-LEDLP: DB 01H,02H,04H,08H,10H,20H,40H,80H DB 01H,02H,04H,08H,10H,20H,40H,80

23、H DB 01H,02H,04H,08H,10H,20H,40H,80H;- END第4章 連接調(diào)試 把程序裝入單片機(jī)后，復(fù)位啟動。按P1.2開始，按此鍵則燈開始流動（由上而下）；按P1.3停止，按此鍵則停止流動，所有燈為暗；按P1.4上，按此鍵則燈由上向下流動；按P1.5下，按此鍵則燈由下向上流動。通過按鍵能方便使用者選擇不同樣的亮法。4.1仿真效果圖4.1.1 按下P1.2，開始，燈開始流動（由上而下）。4.1.2按下P1.3，停止，燈停止流動，所有燈為暗。4.1.3 按下P1.4，燈由上向下流動。4.1.4 按下P1.5，燈由下向上流動。參考文獻(xiàn)1萬隆,巴奉麗.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù),清華

24、大學(xué)，2010.032鄒麗新，翁桂榮.單片機(jī)微型計算機(jī)與接口技術(shù),大學(xué)，2002.43.elecfans./附錄一、電路原理圖2、 程序TCNT EQU 30HDIR BIT 00HORG 0000HLJMP MAINORG 000BHLJMP T0ISRORG 0030HMAIN: CLR EA MOV SP,#5FH MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H MOV TCNT,#0 SETB ET0 SETB EA CLR DIRLOOP: P1.2,LOOP1 ;啟動 MOV R7,#10 LCALL DELAY P1.2,LOOP1 JNB P1.2,$ SETB TR0 SJMP LOOPLOOP1: P1.3,LOOP2 ;停止 MOV R7,#10 LCALL DELAY P1.3,LOOP2 JNB P1.3,$ MOV P0,#0FFH MOV P2,#0FFH MOV P3,#0FFH CLR TR0 SJMP LOOPLOOP2: P1.4,LOOP3 ;正向 MOV R7,#10 LCALL DELAY P1.4,LOOP3 JNB P1.4,