單片機彩燈控制器

1、一、 概 述1.1 單片機的發(fā)展單片機的概念單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。1.1.2單片機的發(fā)展1976年INTEL公司推出了MCS-48單片機，這個時期的單片機才是真正的8位單片微型計算機，并推向市場。它以體積小，功能全，價格低贏得了廣泛的應(yīng)用，為單片機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)成為單片發(fā)展史上重要的里程碑。在MCS-48的帶領(lǐng)下，其后，各大

2、半導(dǎo)體公司相繼研制和發(fā)展了自己的單片機，象Zilog公司的Z8系列。到了80年代初，單片機已發(fā)展到了高性能階段，象INTEL公司的MCS-51系列，Motorola公司的6801和6802系列，Rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名電氣公司NEC和HITACHI都相繼開發(fā)了具有自己特色的專用單片機。80年代，世界各大公司均競相研制出品種多功能強的單片機，約有幾十個系列，300多個品種，此時的單片機均屬于真正的單片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、數(shù)目繁多的I/O接口、多種中斷系統(tǒng)，甚至還有一些帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機，功能越來越強大，RAM和ROM的容量也越來越大，

3、尋址空間甚至可達64kB，可以說，單片機發(fā)展到了一個全新階段，應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛，許多家用電器均走向利用單片機控制的智能化發(fā)展道路。1982年以后，16位單片機問世，代表產(chǎn)品是INTEL公司的MCS-96系列，16位單片機比起8位機，數(shù)據(jù)寬度增加了一倍，實時處理能力更強，主頻更高，集成度達到了12萬只晶體管，RAM增加到了232字節(jié)，ROM則達到了8kB，并且有8個中斷源，同時配置了多路的A/D轉(zhuǎn)換通道，高速的I/O處理單元，適用于更復(fù)雜的控制系統(tǒng)。九十年代以后，單片機獲得了飛速的發(fā)展，世界各大半導(dǎo)體公司相繼開發(fā)了功能更為強大的單片機。美國Microchip公司發(fā)布了一種完全不兼容MCS-51的新

4、一代PIC系列單片機，引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注，特別它的產(chǎn)品只有33條精簡指令集吸引了不少用戶，使人們從INTEL的111條復(fù)雜指令集中走出來。PIC單片機獲得了快速的發(fā)展，在業(yè)界中占有一席之地。隨后更多的單片機種蜂擁而至，MOTOROLA公司相繼發(fā)布了MC68HC系列單片機，日本的幾個著名公司都研制出了性能更強的產(chǎn)品，但日本的單片機一般均用于專用系統(tǒng)控制，而不象INTEL等公司投放到市場形成通用單片機。例如NEC公司生產(chǎn)的uCOM87系列單片機，其代表作uPC7811是一種性能相當(dāng)優(yōu)異的單片機。MOTOROLA公司的MC68HC05系列其高速低價等特點贏得了不少用戶。1.2 單片機的應(yīng)用目前單片

5、機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機械了。因此，單片機的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： 1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用

6、 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。 2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化芯片管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 3.在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機

7、控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。 4.在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。 5.單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 6.在各種大型電器中的模

8、塊化應(yīng)用 某些專用單片機設(shè)計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂集成單片機，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復(fù)雜的類似于計算機的原理。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。 在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。 7.單片機在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動機智能電子控制器，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，abs防抱死系統(tǒng)，制動系統(tǒng)等

9、等。 此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。1.3 彩燈控制器介紹LED彩燈在生活中已得到了廣泛應(yīng)用，彩燈控制器的種類也逐漸增多，可以用計算機直接控制，也可用一些邏輯電路控制，但是現(xiàn)在有很多使用單片機控制的，與前兩種方法的比較的好處在于，它具有體積小、功耗低、易控制等特點。二、設(shè)計要求及注意事項2.1設(shè)計要求彩燈控制器具體要求如下：1.花型種類不少于四種，花型自擬； 2.可用鍵控制彩燈按預(yù)設(shè)的花型進行變換；3.可用鍵控制分別用快/慢兩種節(jié)拍實現(xiàn)花型變換；4.要求做出實物。2.2 注意事項用89C52單片機做彩燈控制器，雖然元器件比較少，但是每個元器件對應(yīng)

10、控制的程序段不可以出錯，否則與設(shè)計不符，元件之間盡量隔開一段距離，以防互相干擾，影響實驗結(jié)果，與預(yù)期結(jié)果不符。再有，用到八個發(fā)光二極管，要注意連接方法，是共陰極還是共陽極，若接反，而與程序段不符，則不會得出預(yù)期結(jié)果。還要注意延時的時間，太長或太短都不易實現(xiàn)預(yù)期結(jié)果。2.3 設(shè)計目的學(xué)習(xí)和掌握單片機中常用接口電路應(yīng)用和設(shè)計技術(shù)，充分認(rèn)識理論知識對應(yīng)用技術(shù)的指導(dǎo)性作用，進一步加強理論知識與應(yīng)用相結(jié)合的實踐和鍛煉。三、彩燈控制設(shè)計3.1 彩燈控制器設(shè)計思想說明本設(shè)計簡單只用兩個按鍵即可控制彩燈的四種花色及快/慢兩種節(jié)拍，程序較簡單，接線方便，易于控制。具體思想如下：1當(dāng)只按一下S20時第一種花色開始

11、點亮，花色的變換規(guī)律是從第一個燈開始亮延時一段時間，第二個燈亮第一個燈滅，一直到第八個燈滅后停止。2當(dāng)按兩下S20時，若沒有其他按鍵按下時，則第二種花色開始點亮，花色變換規(guī)律是18，26，37，45，37，26，18亮3當(dāng)按三下S20時，若沒有其他按鍵按下時，則第三種花色開始點亮，花色變換規(guī)律是單號燈都亮，然后雙號燈亮4當(dāng)按四下S20 、時，則第四種花色開始點亮，花色變換規(guī)律是先8，6，4，2號燈亮，再1，3，5，7號燈亮5當(dāng)按下S17時，花色的變換節(jié)拍變快，否則為慢節(jié)拍變換。本設(shè)計快速時為0.1s變換一次，慢速時為0.3s變換一次。3.2 設(shè)計優(yōu)點用一個按鍵控制四種彩燈花型，控制規(guī)律是按下一

12、次S20時控制第一種花型，按下兩次S20時控制第二種花型，按下三次S20時控制第三種，按下四次S20時控制第四種花型，而不是用四個鍵去控制花型，它比四個鍵控制更為確切，不易出錯。當(dāng)四鍵控制時，如果不小心按下了兩個鍵，那么程序就會報錯，不能運行，但是這種單鍵控制就大大降低了這種錯誤率。而且這樣也節(jié)省了三個按鍵，在經(jīng)濟上得到了節(jié)約。3.3電路原理圖本次設(shè)計接線簡單，組成電路包括一個電源電路，和一個232串口電路，和單片機控制電路，其電路只用了兩個按鍵，八個發(fā)光二極管。焊接簡單，易于實現(xiàn)，具體如下所示圖3.1彩燈控制器接線圖圖3.2 MAX232圖圖3.3 電源電路圖按照上述電路圖焊接，所需器件三個

13、按鍵、八個發(fā)光二極管、兩個22pF的電容、一個10uF的電容、九個1k的電阻、一個12MHz的晶振、89C52單片機一個及卡座、開發(fā)板一塊、MAX232一個、USB口一個。3.4軟件流程圖設(shè)計程序開始判斷是否按下S0，若沒按下則繼續(xù)等待，若按下，判斷按下幾次，若按下一次，則第一種花型開始點亮，若按下兩次S20，則第二種花型開始點亮，按下三次S20，則第三種花型開始點亮，若按下三四次S20 ，則第四種花型開始點亮。按下S17時，花色的變換節(jié)拍變快，否則為慢節(jié)拍變換。具體流程如圖4.2所示。Y初始化掃描按鍵N花型二花型三花型四按一下S20按三下S20按兩下S20按四下S20花型一按下S17快速Y慢

14、速N開始 按鍵輸入？圖4.2彩燈控制器流程圖四、程序設(shè)計ORG 0000HAJMP STARTORG 0030HSTART:MOV A,#00HMOV R1,A SETB P3.0 ;S20SETB P3.3 ;S17MOV A,#0FFHMOV P1,AKS:JNB P3.0,NEXTMOV A,#0FFHMOV P1,AAJMP KSNEXT:INC R1CJNE R1,#01H,DER2DY1: ;只按一下S20從燈18MOV R0,#8MOV A,#0FEHD1:MOV P1,AACALL PP1RL ADJNZ R0,D1AJMP DY1DER2: CJNE R1,#02H,DS3

15、;按兩下S20單號燈都亮，然后雙號燈亮MOV A,#0AAHMOV P1,AACALL PP1MOV P1,#55HACALL PP1AJMP DER2DS3:CJNE R1,#03H,DS4MOV P1,#7EH ;按三下S20， 18、26，37，45，37，26，18亮，ACALL PP1MOV P1,#0BDHACALL PP1MOV P1,#0DBHACALL PP1MOV P1,#0E7HACALL PP1MOV P1,#0DBHACALL PP1MOV P1,#0BDHACALL PP1MOV P1,#7EHACALL PP1AJMP DS3DS4: CJNE R1,#4H,TU

16、ICHU ;按四下S20先8，6，4，2，在1，3，5，7亮MOV P1,#7FHACALL PP1MOV P1,#0DFHACALL PP1MOV P1,#0F7HACALL PP1MOV P1,#0FDHACALL PP1MOV P1,#0FEHACALL PP1MOV P1,#0FBHACALL PP1MOV P1,0EFHACALL PP1MOV P1,#0BFHACALL PP1AJMP DS4PP1:JNB P3.3,KSULCALL MSUKSU:LCALL YS2RETMSU: ;慢速延時0.3sMOV R5,#30 DD1:MOV R6,#20DD2:MOV R7,#248D

17、JNZ R7,$DJNZ R6,DD2DJNZ R5,DD1RETYS2:MOV R5,#20 ;快速延時0.1sDD3:MOV R6,#10DD4:MOV R7,#248DJNZ R7,$DJNZ R6,DD4DJNZ R5,DD3RETTUICHU:MOV R1,#00HAJMP KS五、設(shè)計總結(jié)通過本次的小學(xué)期實踐，學(xué)習(xí)和掌握單片機中常用接口電路的應(yīng)用和設(shè)計技術(shù)，充分認(rèn)識理論知識對應(yīng)用技術(shù)的指導(dǎo)性作用，進一步加強理論知識與應(yīng)用相結(jié)合的實踐和鍛煉。通過這次設(shè)計實踐能夠進一步加深對專業(yè)知識和理論知識學(xué)習(xí)的認(rèn)識和理解，使自己的設(shè)計水平和對所學(xué)的知識的應(yīng)用能力以及分析問題解決問題的能力得到全面提

18、高。熟練掌握單片機編程對以后的就業(yè)很有幫助，編寫程序時要有耐心，反復(fù)調(diào)試，反復(fù)推敲，最后達到題目的要求。小學(xué)期遇到一些困難和問題，對進行單片機等其他電子設(shè)備開發(fā)設(shè)計時軟件與硬件相互結(jié)合的重要性有了更深的理解和感觸。不考慮硬件就進行程序編寫時盲目的，會使整個的設(shè)計進度大大減慢，必須結(jié)合所能提供的硬件設(shè)施按照設(shè)計要求進行軟件編寫。小學(xué)期遇到的問題有關(guān)于主單片機與LED二極管連接的正負(fù)極關(guān)系，怎樣構(gòu)成單片機的最小系統(tǒng)等及一些程序上的一些疑問，經(jīng)過請教老師和同學(xué)得到了及時解決。這次小學(xué)期鍛煉了我們的動手與動腦的能力和與他人合作的能力，并且使之結(jié)合起來?？傊@次的實習(xí)設(shè)計給我很大的感觸，不僅是了解了這些知識，而且還增加了閱歷，從理論到實際的飛躍使我看到了社會的飛速發(fā)展，當(dāng)然在設(shè)計過程中我還發(fā)現(xiàn)了我的許多不足之處，比如對專業(yè)的工作不了解，以前只注重理論的學(xué)習(xí)不會去結(jié)合實際去思考，