畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書課題名稱： 基于 51 單片機(jī)的愛心彩燈設(shè)計(jì)與制作 專 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) 學(xué)生班級(jí)： 機(jī)電 1309 學(xué)生姓名： 付廣志 同組學(xué)生： 黃翎越 胡晨曦 李振 指導(dǎo)教師： 張鳳娟 1湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告姓名：付廣志 專業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù) 班級(jí)：機(jī)電 1309 課題名稱基于 51 單片機(jī)的愛心彩燈設(shè)計(jì)與制作指導(dǎo)教師張鳳娟2 本課題要解決的問題及采用的研究方法： 一、背景和研究意義背景: 以微處理器為核心的微型計(jì)算機(jī)以其小型、價(jià)廉、高可靠性等優(yōu)

2、勢(shì)，迅速走出機(jī)房；基于高速數(shù)值解算能力的微型機(jī),表現(xiàn)出的智能化水平引起了控制專業(yè)人士的興趣。他們將微型機(jī)嵌入到一個(gè)對(duì)象體系中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)象體系的智能化控制。這樣一來，計(jì)算機(jī)便失去了原來的形態(tài)與通用的計(jì)算機(jī)功能。為了區(qū)別于原有的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，把嵌入到對(duì)象體系中、實(shí)現(xiàn)對(duì)象體系智能化控制的計(jì)算機(jī)，稱作嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要嵌入到對(duì)象體系中，實(shí)現(xiàn)的是對(duì)象的智能化控制，因此。它有著與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完全不同的技術(shù)要求與技術(shù)發(fā)展方向。嵌入式系統(tǒng)雖然起源于微型計(jì)算機(jī)時(shí)代。然而，微型計(jì)算機(jī)的體積、價(jià)位、可靠性都無法滿足大量的對(duì)象系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用要求，因此，嵌入式系統(tǒng)必須走獨(dú)立發(fā)展道路，這條道路

3、就是芯片化道路。芯片化道路即是將計(jì)算機(jī)做在一個(gè)芯片上，從而開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)時(shí)代。 意義: 單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片二、主要內(nèi)容 1設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)具有復(fù)位功能的單片機(jī)小系統(tǒng)； 2利用單片機(jī)進(jìn)行燈光的場(chǎng)景開關(guān)控制； 3利用單片機(jī)進(jìn)行燈光的循環(huán)點(diǎn)亮控制及速度變化控制； 4利用單片機(jī)進(jìn)行燈光的色彩

4、連續(xù)變化效果控制。 5利用單片機(jī)進(jìn)行燈光的三色聯(lián)動(dòng)定時(shí)控。三、研究擬采用的方法 3畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃：步驟時(shí)間進(jìn)度第一步04.20-04.21確定設(shè)計(jì)方案第二步04.21-04.25硬件電路圖設(shè)計(jì)第三步04.25-04.28編寫軟件第四步04.28-05.01軟硬件整體調(diào)試第五步05.01-05.10完成論文初稿第六步05.10-05.15論文定稿、總結(jié)答辯指導(dǎo)教師意見 年 月 日教研室意 見年 月 日 4目目 錄錄1 引引 言言 .2 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理.2.1MCS51.2.2 LED.2.3 中斷指令.2.4 硬件接原理圖.3 程序流程圖程序流程圖.3.1 主流程圖.3.2 流水燈子流程圖.

5、3.3 中斷程序流程圖.4 匯編程序匯編程序.4.1 主程序.4.2 一秒鐘定時(shí)程序.5 小結(jié)小結(jié).參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).1.1 引言引言隨著人們生活環(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，用彩燈來裝5飾已經(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)間段的需要來調(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)往往有芯片過多、電路復(fù)雜、功率損耗大等缺點(diǎn)。此外從功能效果上看，

6、亮燈模式少而且樣式單調(diào)，缺乏用戶可操作性，影響亮燈效果。因此有必要對(duì)現(xiàn)有的彩燈控制器進(jìn)行改進(jìn)。 課程設(shè)計(jì)是學(xué)完一門課后應(yīng)用本課知識(shí)及以前的知識(shí)積累而進(jìn)行的綜合性、開放性的訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。進(jìn)一步鞏固和加深 “單片機(jī)”課程的基本知識(shí)，了解單片機(jī)設(shè)計(jì)知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用。綜合運(yùn)用“單片機(jī)”課程和先修課程的理論及生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)去分析和解決電路設(shè)計(jì)問題，進(jìn)行單片機(jī)電路設(shè)計(jì)的訓(xùn)練。學(xué)習(xí)單片機(jī)設(shè)計(jì)電路的一般方法，了解和掌握單片機(jī)電路的設(shè)計(jì)過程和進(jìn)行方式，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和分析問題、解決問題的能力，特別是總體電路設(shè)計(jì)能力。通過計(jì)算和繪圖，學(xué)會(huì)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和查閱有關(guān)技術(shù)資料等，培養(yǎng)

7、單片機(jī)電路設(shè)計(jì)的基本技能。該程序示例了單片機(jī)鍵盤控制p1 口流水燈花樣的方法 ;具體表現(xiàn)為 :p3.2 3.2 3.4 3.5 四個(gè)小本文提出了一種基于AT89S51 單片機(jī)的彩燈控制方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED彩燈的控制。按鍵，分別實(shí)現(xiàn)了四個(gè)控制。通過這次實(shí)驗(yàn)，我們也了解了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，集體的力量是偉大的，一個(gè)人如何融入一個(gè)團(tuán)隊(duì)是是一個(gè)重要問題，講究合作才能取得最后的成功！62 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理2.12.1 MCS51MCS51 單片機(jī)單片機(jī)引腳說明引腳說明MCS 單片機(jī)都采用 40 引腳的雙列直插封裝方式。圖2-9 為引腳排列圖， 40 條引腳說明如下：1、主電源引腳Vss 和 Vcc Vss

8、接地 Vcc 正常操作時(shí)為+5 伏電源2、外接晶振引腳XTAL1 和XTAL2 XTAL1 內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個(gè)引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。 XTAL2 內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接外部振蕩源。3、控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST/VPD，ALE/，和/VppPROGPSENEA RST/VPD 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平（由低到高跳變） ，將使單片機(jī)復(fù)位在 Vcc 掉電期間，此引腳可接 圖 2-9 8051 引腳排列圖上備用電源，由 VPD 向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部 RAM

9、 中的數(shù)據(jù)。 ALE/ 正常操作時(shí)為 ALE 功能（允許地址鎖存）提供把地址的PROG低字節(jié)鎖存到外部鎖存器，ALE 引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的）周期性61地發(fā)出正脈沖信號(hào)。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。但要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖，ALE 端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）八個(gè) LSTTL 電路。 對(duì)于 EPROM 型單片機(jī)，在 EPROM 編程P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9RXD P3.010TXD P3.111INT0 P3.212INT1 P3.313T0 P3.414T1

10、P3.515WR P3.616RD P3.717XTAL218XTAL119VSS20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC408031 8051 87517期間，此引腳接收編程脈沖（功能）PROG 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，在從外部程序存儲(chǔ)取指令PSEN（或數(shù)據(jù)）期間，在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。同樣可以驅(qū)動(dòng)八PSENPSENLSTTL 輸入。 /Vpp 、 /Vpp 為內(nèi)部程序存儲(chǔ)

11、器和外部程序存儲(chǔ)器選擇端。當(dāng)EAEA/Vpp 為高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng)/Vpp 為低電平時(shí)，則訪問EAEA外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于 EPROM 型單片機(jī)，在 EPROM 編程期間，此引腳上加 21 伏 EPROM 編程電源（Vpp） 。4、輸入/輸出引腳 P0.0 - P0.7，P1.0 - P1.7，P2.0 - P2.7，P3.0 - P3.7。 P0 口（P0.0 - P0.7）是一個(gè) 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線，P0 口能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)八個(gè) LSTTL 負(fù)載。 P1 口（P1.0 - P1.7）是一個(gè)帶有內(nèi)部提升

12、電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。能驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè) LSTTL 負(fù)載。 。 P2 口（P2.0 - P2.7）是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高 8 位地址。P2 口可以驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè) LSTTL 負(fù)載。 P3 口（P3.0 - P3.7）是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。能驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè) LSTTL 負(fù)載2.22.2 LEDLED 顯示數(shù)碼管顯示數(shù)碼管LED 有共陰極和共陽(yáng)極兩種。如圖所示。二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，而共陽(yáng)極則將發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，接入+5V 的電壓。

13、一位顯示器由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成，其中 7 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個(gè)筆劃（段）ag，另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為 dp 發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓時(shí)，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護(hù)各段 LED 不被損壞，需外加限流電阻。LEDLED 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理圖數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理圖： 8 圖 3 AT89C2051 引腳配置AT89C2051 芯片的 20 個(gè)引腳功能為：VCC 電源電壓。GND 接地。RST 復(fù)位輸入。當(dāng) RST 變?yōu)楦唠娖讲⒈３?2 個(gè)機(jī)器周期時(shí)，所有 I/O 引腳復(fù)位至“1” 。XTAL1 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2 來自反向振蕩放大

14、器的輸出。P1 口 8 位雙向 I/O 口。引腳 P1.2P1.7 提供內(nèi)部上拉，當(dāng)作為輸入并被外部下拉為低電平時(shí)，它們將輸出電流，這是因內(nèi)部上拉的緣故。P1.0 和 P1.1 需要外部上拉，可用作片內(nèi)精確模擬比較器的正向輸入（AIN0）和反向輸入（AIN1） ，P1 口輸出緩沖器能接收 20mA 電流，并能直接驅(qū)動(dòng) LED 顯示器；P1 口引腳寫入“1” 后，可用作輸入。在閃速編程與編程校驗(yàn)期間，P1 口也可接收編碼數(shù)據(jù)。P3 口 引腳 P3.0P3.5 與 P3.7 為 7 個(gè)帶內(nèi)部上拉的雙向 I/0 引腳。P3.6 在內(nèi)部已與片內(nèi)比較器輸出相連，不能作為通用 I/O 引腳訪問。高電平驅(qū)動(dòng)

15、高電平驅(qū)動(dòng) 共陰極共陰極低電平驅(qū)動(dòng)低電平驅(qū)動(dòng) 共陽(yáng)極共陽(yáng)極9P3 口的輸出緩沖器能接收 20mA 的灌電流；P3 口寫入“1”后，內(nèi)部上拉，可用輸入。P3 口也可用作特殊功能口。2.32.3 中斷指令中斷指令。在 CPU 和外設(shè)交換信息時(shí)，存在著快速 CPU 和慢速外設(shè)間的矛盾，機(jī)器內(nèi)部有時(shí)也可能出現(xiàn)突發(fā)事件，為此，計(jì)算機(jī)中通常采用中斷技術(shù)。CPU 和外設(shè)并行工作，當(dāng)外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好( 或有某種突發(fā)事件發(fā)生)時(shí)向 CPU 提出請(qǐng)求，CPU 暫停正在執(zhí)行的程序轉(zhuǎn)而為該外設(shè)服務(wù)(或處 理緊急事件)，處理完畢再回到原斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行原程序。中斷優(yōu)先級(jí)：當(dāng)有多個(gè)中斷源同時(shí) 向 CPU 申請(qǐng)中斷時(shí)，CPU 優(yōu)

16、先響應(yīng)最需緊急處理的中斷請(qǐng)求，處理完畢再響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別較低的 ，這種預(yù)先安排的響應(yīng)次序。 中斷的嵌套：在中斷系統(tǒng)中，高優(yōu)先級(jí)的 中斷請(qǐng)求能中斷正在進(jìn)行的較低級(jí)的中斷源處理，（1）中斷技術(shù)是實(shí)時(shí)控制中的常用技術(shù)，51 系列單片機(jī)有三個(gè)內(nèi)部中斷，二個(gè)外部中斷。所謂 外部中斷就是在外部引腳上有產(chǎn)生中斷所需要的信號(hào)。每個(gè)中斷源有固定的中斷服務(wù)程序的入口地址(稱矢量地址或向量地址)。當(dāng) CPU 響應(yīng)中斷以 后單片機(jī)內(nèi)部硬件保證它能自動(dòng)的跳轉(zhuǎn)到該地址。因此，此地址是應(yīng)該熟記的，在匯編程序 中，中斷服務(wù)程序應(yīng)存放在正確的向量地址內(nèi)。(或存放一條轉(zhuǎn)移指令)；而在 C 語(yǔ)言中是靠 Interrupt n 的關(guān)鍵字

17、 n 自動(dòng)設(shè)置的。 （2）單片機(jī)的中斷是靠?jī)?nèi)部的寄存器管理的，這就是中斷允許寄存器 IE，中斷優(yōu)先權(quán)寄存器 IP ，必須在 CPU 開中斷即開全局中斷開關(guān) EA，開各中斷源的中斷開關(guān)，CPU 才能響應(yīng)該中斷源的 中斷請(qǐng)求，其中缺一不可。（3）從程序表面看來，主程序和中斷服務(wù)程序好象是沒有關(guān)連的，10只有掌握中斷響應(yīng)的過程， 才能理解中斷的發(fā)生和返回，看得懂中斷程序，并能編寫高質(zhì)量中斷程序。表 2.1 常用中斷符號(hào) 名 稱中 斷 引 起 原 因 中斷服務(wù)程序入口INT0外部中斷 0P3.2 引腳的低電平或下降沿信號(hào) 0003HINT1外部中斷 1P3.3 引腳的低電平或下降沿信號(hào) 0013HT0

18、定時(shí)器 0 中斷 定時(shí)計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)回零溢出 000BHT1定時(shí)器 1 中斷 定時(shí)計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)回零溢出 001BHT2定時(shí)器 2 中斷 定時(shí)計(jì)數(shù)器 2 中斷(TF2 或 T2EX信號(hào)）002BHTI/RI 串行口中斷 串行通信完成一幀數(shù)據(jù)發(fā)送或接收引起中斷 0023H2.4 硬件原理圖硬件原理圖晶振（12MHz）定時(shí) 1 秒對(duì)于 12MHz 的晶振而言，其時(shí)鐘周期 T=1/f=1/12us,而 89C51的一個(gè)機(jī)器周期包括 12 個(gè)時(shí)鐘周期，所以一個(gè)機(jī)器周期為 1us，對(duì)于 T0 而言，使之工作于 16-bit，最大計(jì)時(shí)為 65536*1=65536us，需要多次定時(shí)才能實(shí)現(xiàn)一秒定時(shí)。1

19、1XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326

20、P2.6/A1427U1AT89C51SRCFILE=1.ASMPROGRAM=1.HEXD1LED-REDD2LED-REDD3LED-REDD4LED-REDD5LED-REDD6LED-REDD7LED-REDD8LED-REDX1CRYSTALC130nFC230nFVCC+5VR1270R2270R3270R4270R5270R6270R7270R8270vcc+5vC31nFR910kvcc+5vR1010kR1110kR1210kR1310k123 程序流程圖程序流程圖3.1 總流程圖總流程圖 N Y N Y N Y N Y N Y初始化INT0 按下？INT1 按下？T0 按下

21、？T1 按下？流水燈逐點(diǎn)點(diǎn)亮間隔點(diǎn)亮動(dòng)點(diǎn)亮逐點(diǎn)熄滅有鍵按下？133.2 流水燈子程序流程圖流水燈子程序流程圖 N Y N Y其他子程序流程圖與上圖按下其他鍵的流程圖和它相類似。p1.0-1.7 流動(dòng)點(diǎn)亮消除抖動(dòng)INT0 鍵按下？按鍵釋放？143.3 中斷程序流程圖中斷程序流程圖154 匯編程序匯編程序4.1 主程序：主程序：ORG 0000H ;中斷入口程序;LJMP STARTORG 0003HRETIORG 000BHRETIORG 0013HRETIORG 001BHRETICLEAR: RET; ; 初始化程序 ;START:ACALL CLEAR ; 主 程 序 STAR1:MOV

22、P3,#0FFHJNB P3.2,FUN2JNB P3.3,FUN3 ;關(guān)閉按紐JNB P3.4,FUN0JNB P3.5,FUN1JNB F0,STAR1 ;曾經(jīng)有鍵按下 F0 置 1RET;FUN0:LCALL DL10MS ;消除抖動(dòng)JB P3.4,STAR1WAITL0:JNB P3.4,WAITL0 ;等待鍵釋放SETB F0FUN01:LCALL FUN00LCALL STAR116LJMP FUN01;FUN1:LCALL DL10MS ;消除抖動(dòng)JB P3.5,STAR1WAITL1:JNB P3.5,WAITL1 ;等待鍵釋放SETB F0FUN10:LCALL FUN11L

23、CALL STAR1LJMP FUN10;FUN2:LCALL DL10MS ;消除抖動(dòng)JB P3.2,STAR1WAITL2:JNB P3.2,WAITL2 ;等待鍵釋放SETB F0FUN20:LCALL FUN22LCALL STAR1LJMP FUN20;FUN3:LCALL DL10MS ;消除抖動(dòng)JB P3.3,STAR1WAITL3:JNB P3.3,WAITL3 ;等待鍵釋放CLR F0MOV P1,#0FFH ;關(guān)顯示LJMP STAR1;FUN00:MOV A,#0FEH ；從 P1.0 到 P1.7 移動(dòng)點(diǎn)亮FUN000:MOV P0,ALCALL DL05SJNB AC

24、C.7,OUTRL AAJMP FUN000OUT: RET;FUN11:MOV A,#0FEH ；從 P1.0 到 P1.7 依次點(diǎn)亮17FUN111:MOV P1,ALCALL DL05SJZ OUTRL AANL A,P1AJMP FUN111;FUN22:MOV A,#0FEH ；間隔點(diǎn)亮FUN222:MOV P1,ALCALL DL01SCPL ARL A MOV P1,ALCALL DL01SRET;FUN33: MOV A,#01H ；逐點(diǎn)熄滅FUN333: MOV P1,ALCALL DL01SJNZ OUTRL AORL A,P1AJMP FUN333DL01S:MOV R2,#0FFH ; 延時(shí)程序 MOV R7，#02HLOOP1: DJNZ R2,LOOP1LOOP5