電氣工程和自動化設(shè)計說明

1、 . PAGE26 / NUMPAGES26 . 本科生畢業(yè)設(shè)計基于單片機(jī)的可變色燈泡的設(shè)計院 系 電氣（機(jī)電）工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程與其自動化 班 級 2011級本4班 學(xué) 號4702110144學(xué) 生 姓 名國強(qiáng)聯(lián) 系 方 式指 導(dǎo) 教 師良昱 職稱：教授 2015 年 5 月獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明本人重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下所取得的研究成果。除了文中特別加以注釋和致的地方外，本設(shè)計中不包含任何其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果。與本研究成果相關(guān)的所有人所做出的任何貢獻(xiàn)均已在設(shè)計中作出了明確的說明并表示了意。簽名：年月日授 權(quán) 聲 明本人完全了解學(xué)院有關(guān)保留、使用本科生

2、畢業(yè)設(shè)計的規(guī)定，即：有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交畢業(yè)設(shè)計的復(fù)印件和磁盤，允許畢業(yè)設(shè)計被查閱和借閱。本人授權(quán)學(xué)院可以將畢業(yè)設(shè)計的全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編本設(shè)計。本人設(shè)計中有原創(chuàng)性數(shù)據(jù)需要的部分為（如沒有，請?zhí)顚憽盁o”）： 學(xué)生簽名：年月日指導(dǎo)教師簽名：年月日基于單片機(jī)的可變色燈泡的設(shè)計摘 要本文介紹了一種由12個LED發(fā)光二極管組成的四個可變色燈泡的多功能發(fā)光形式的簡易彩燈控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計過程，方案以AT89C51單片機(jī)作為主控核心， 且以復(fù)位電路、時鐘電路、按鍵電路、中斷電路以與彩燈顯示電路組成，利用軟件編程燒錄程序到單片機(jī)來實

3、現(xiàn)對LED彩燈進(jìn)行多樣控制。該控制電路能完成多種閃燈模式以與隨意變換想要的閃爍方式和控制彩燈的閃爍頻率等功能。該系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、易操作、硬件少、體積少、成本低、能耗低等優(yōu)點，有一定的實用價值。關(guān)鍵詞： 8051單片機(jī) LED彩燈 控制系統(tǒng) 閃爍方式Design ofcolor changinglampbased on SCMAbstractThis paperintroduces the hardware and software designprocess ofasimplelanternconsists of 12light-emitting diode LEDconsisting

4、of fourcolorlightmultifunctionallightingcontrol system,program for AT89C51 microcontroller as the controlcore,and thereset circuit,clock circuit,keyboard circuit,interrupt circuitdisplay circuitand thelights,the use of softwareprogrammingthe program to themicrocontroller to achievea variety ofcontro

5、lof LED lights.Flashinglightsand thecontrol ofthe control circuitcancomplete a variety offlashmode andrandom transformtotheflicker frequencyfunction.The systemhas the advantages of simple circuit structure,easy operation,less hardware,small volume,low cost,low energy consumption,has a certain practi

6、cal value.Keywords:8051 MCUflashingLED lights control system目錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc4170732551. 緒論 PAGEREF _Toc417073255 h 6HYPERLINK l _Toc4170732561.1選題的意義 PAGEREF _Toc417073256 h 6HYPERLINK l _Toc4170732571.2 外界的研究， PAGEREF _Toc417073257 h 7HYPERLINK l _Toc4170732581.3本文的主要容 PAGEREF _T

7、oc417073258 h 7HYPERLINK l _Toc4170732592. 設(shè)計方案 PAGEREF _Toc417073259 h 7HYPERLINK l _Toc4170732602.1設(shè)計要求 PAGEREF _Toc417073260 h 8HYPERLINK l _Toc4170732612.2設(shè)計限定 PAGEREF _Toc417073261 h 9HYPERLINK l _Toc4170732622.3按鍵部分 PAGEREF _Toc417073262 h 9HYPERLINK l _Toc4170732632.4顯示模塊 PAGEREF _Toc41707326

8、3 h 9HYPERLINK l _Toc4170732643. 硬件電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc417073264 h 10HYPERLINK l _Toc4170732653. 1 單片機(jī)的選用 PAGEREF _Toc417073265 h 10HYPERLINK l _Toc41707326632 仿真軟件的選用 PAGEREF _Toc417073266 h 12HYPERLINK l _Toc4170732673.3單片機(jī)最小系統(tǒng) PAGEREF _Toc417073267 h 13HYPERLINK l _Toc4170732683.4按鍵控制電路 PAGEREF _To

9、c417073268 h 15HYPERLINK l _Toc4170732693.5中斷電路 PAGEREF _Toc417073269 h 16HYPERLINK l _Toc4170732703.6 LED顯示電路 PAGEREF _Toc417073270 h 16HYPERLINK l _Toc41707327237 仿真部分總結(jié) PAGEREF _Toc417073272 h 18HYPERLINK l _Toc4170732734. 軟件編程設(shè)計 PAGEREF _Toc417073273 h 20HYPERLINK l _Toc41707327441 編程軟件 PAGEREF

10、_Toc417073274 h 20HYPERLINK l _Toc41707327542 延時部分 PAGEREF _Toc417073275 h 20HYPERLINK l _Toc41707327643 按鍵部分 PAGEREF _Toc417073276 h 20HYPERLINK l _Toc41707327744 綜合仿真 PAGEREF _Toc417073277 h 21HYPERLINK l _Toc417073278參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc417073278 h 23HYPERLINK l _Toc417073279附錄源程序 PAGEREF _Toc417073

11、279 h 24HYPERLINK l _Toc417073280致 PAGEREF _Toc417073280 h 261. 緒論1.1選題的意義20世紀(jì)以后現(xiàn)身于世的單片機(jī)以其超高的性價比贏取了世人的青睞，而后單片機(jī)在各個領(lǐng)域都如雨后春筍般的出現(xiàn)。得到了廣泛的應(yīng)用，開啟了自動化時代的新篇章。單片機(jī)具有運(yùn)行速度快、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、性能可靠、環(huán)境要求不高、價格低廉等特點。使用時無需更改部構(gòu)造，只需為其搭配合適的外圍電路就可以構(gòu)成一套完整的針對性極強(qiáng)的單片機(jī)控制系統(tǒng)。隨著社會的發(fā)展進(jìn)步，人們對生活質(zhì)量度而要求也越來越高，彩燈越來越廣泛的出現(xiàn)在了我們的生活里。在過年過節(jié)，舉辦派對，廣告宣傳燈

12、多種領(lǐng)域，彩燈都很好的完成了營造氛圍，活躍氣氛的職能。彩燈雖然簡單，但一直是一個被改進(jìn)技術(shù)以往的角落，多年以來并沒有多少改進(jìn)。市面上的彩燈多為一次性彩燈，顏色單一，變化方式單一，一般的彩燈用了一次先發(fā)給換個新花樣了，就只能把舊的扔掉，不環(huán)保，又浪費(fèi)錢財。因此我考慮可以設(shè)計改進(jìn)已有彩燈。增加燈的變換方式，并可以通過簡單的改變，來改變彩燈的變換方式?？商崆霸O(shè)定幾種常用的變換方式，通過按鍵來改變幾種預(yù)先設(shè)定變換方式。并且本設(shè)計還將引入光的三原色交融來進(jìn)行燈的換色，一燈多色。本設(shè)計基于單片機(jī)能更好的實現(xiàn)現(xiàn)有彩燈的功能，并達(dá)到以達(dá)到換色，換方式但是不換硬件的目的。1.2 外界的研究，本設(shè)計在國外已經(jīng)有實

13、物上市出售，研究成果顯著，但是仍然存在不足和缺陷，需要改進(jìn)和加強(qiáng)。根據(jù)市場效果來看，市場反應(yīng)很好。目前研究出來的彩燈已經(jīng)可以實現(xiàn)彩燈自由變換的功能，但仍需改進(jìn)。價格太貴是其最大的弊端。 我在進(jìn)行選題的時候首先考慮的就是設(shè)計的實用性和經(jīng)濟(jì)性，并且能夠最大化的利用自己的知識解決生活中遇到的問題，對于可變色燈泡這個選題，首先它延續(xù)了人們對舒適生活的一貫要求，讓創(chuàng)新更好的融入到生活中去，提供新設(shè)備，提高人們的生活舒適度；其次，對于可變色燈泡的研究，本設(shè)計更主人性化，經(jīng)濟(jì)化，吸納了很多類似產(chǎn)品的優(yōu)點，對于通過光的三原色的搭配，切實降低了可變色燈泡的成本。1.3本文的主要容在本次設(shè)計中，可變色燈泡包括按鍵

14、模塊、led顯示模塊等，要求本設(shè)計能夠通過簡單的改變實現(xiàn)彩燈的變化，保證設(shè)計的合理實用性。我首先需要解決的是對于硬件電路按鍵的順序調(diào)整和反應(yīng)模塊的實現(xiàn)，而后通過軟件編程使軟硬件相結(jié)合，從而保證按鍵功能的更好的實現(xiàn)，反應(yīng)模塊主要是依據(jù)單片機(jī)的特性來實現(xiàn)。在本次設(shè)計中，我采用proteus軟件進(jìn)行電路的仿真處理，另外通過keil編寫程序，最后將兩個軟件結(jié)合使用，以此實現(xiàn)本設(shè)計的仿真處理。 本篇文章包括四個章節(jié)，分別是緒論：包括設(shè)計的意義以與選題背景介紹；設(shè)計方案：對本設(shè)計的基本方案進(jìn)行介紹和部分模塊的設(shè)計；硬件設(shè)計部分需要利用Proteus軟件對于本設(shè)計的各個部分加以分析；軟件設(shè)計需要利用keil

15、軟件使單片機(jī)完成設(shè)計要求的功能。2. 設(shè)計方案根據(jù)本次設(shè)計的論文題目，根據(jù)設(shè)計的要求首先繪出設(shè)計的單片機(jī)系統(tǒng)的整體控制原理框圖如圖2-1所示圖2-1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖設(shè)計首先考慮是基于單片機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行控制，將通過按鍵模塊控制單片機(jī)，然后利用單片機(jī)的原理，對反應(yīng)模塊和顯示模塊進(jìn)行控制操作，本章節(jié)將對整個設(shè)計方案進(jìn)行規(guī)劃分析，對各個模塊進(jìn)行設(shè)計，預(yù)先對不同部分的功能做出預(yù)想和設(shè)計，便于以后在硬件設(shè)計部分進(jìn)行制作。2.1設(shè)計要求本設(shè)計是一個可變色彩燈，設(shè)計的要：可以通過按鍵來改變彩燈的單個燈泡色彩以與才的呢過的變換方式。當(dāng)按動其中一個按鍵以后，彩燈便會在此按鍵代表的方式下運(yùn)行，按動其他按鍵時，原變換

16、結(jié)束，按動按鍵代表的運(yùn)行方式開始執(zhí)行，以一種新的運(yùn)行方式變換?？勺兩珶襞菪枰ò存I部分、顯示部分等，要求可以在不改變硬件只改變部分軟件的情況下就能實現(xiàn)等跑的變色，與變樣變換。本次仿真選取protues軟件，通過AT89C51單片機(jī)，使用其定時功能和外部電路，實現(xiàn)彩燈閃爍，變色，變樣的功能。 2.2設(shè)計限定由于不同的人群，對彩燈的需求不同，為了保證可變色彩燈的實用性，本設(shè)計提供幾種模式，以確保不同類型的人在不同模式的基礎(chǔ)上做少量改變就可以基本實現(xiàn)想要的功能。不同人需要的燈泡閃爍的間隔以與亮的時間也不同，根據(jù)不同人群的需求可以提供幾種預(yù)先設(shè)置的方案。至于閃爍定時，也可以根據(jù)不同人的需求來提供。2

17、.3按鍵部分按鍵部分需要能夠控制單片機(jī)，按下相應(yīng)的按鍵，就會有相應(yīng)的動作，設(shè)計獎采用6個按鍵開關(guān)。按鍵可實現(xiàn)5個模式選擇，一個暫停按鈕。也可以根據(jù)不同人群的需要增加按鍵，增加程序模塊，以達(dá)到增加模式的效果。為了充分利用端口，本設(shè)計不提供開關(guān)按鈕，每一個模式按鍵均可以當(dāng)做開始按鈕，暫停開關(guān)可作為關(guān)閉按鍵。按鍵模塊設(shè)計圖。圖 2-2 按鍵模塊設(shè)計圖按鍵控制方法和原理：模式一、模式二、模式三、模式四、模式五：分別以第一種、第二種、第三種、第四種、第五種模式運(yùn)行彩燈系統(tǒng)開/關(guān)：暫停彩燈、重新打開彩燈通過以上的設(shè)計，使按鍵模塊實現(xiàn)對單片機(jī)的操作，當(dāng)然，這些操作按鍵是由軟件輸入單片機(jī)中，通過軟件的形式對單

18、片機(jī)加以操作和控制，每個按鍵的原理基本一樣，分別給輸出口以不同的高低電平組合，來實現(xiàn)各種模式。2.4顯示模塊顯示模塊本設(shè)計對彩燈的實際運(yùn)行做了模擬性仿真，基于條件限制，本設(shè)計采用了四個燈泡組成的簡單的彩燈系統(tǒng)。四個燈每個均由紅、藍(lán)、綠三個led燈組成，以達(dá)到變色的目的。由于本模擬設(shè)計對于彩燈的顏色沒有特殊的要求，光的三原色組合能夠滿足需求，所以每個燈泡由三個、顏色的led燈構(gòu)成即可。即本模擬設(shè)計通過十二個led燈組成四個可變色彩燈的系統(tǒng)。3. 硬件電路的設(shè)計3. 1 單片機(jī)的選用（1）AT89C51單片機(jī)的簡單介紹 對于這次的設(shè)計，我將選用AT89C51單片機(jī)。該類型的芯片采用了ATMEL公司

19、生產(chǎn)的高密度非易失性存儲器技術(shù)，具有MCS51系列單片機(jī)的所有功能，片上還放置了閃存存儲器單元和通用8核心處理器，從而可以實現(xiàn)非常強(qiáng)功能大。圖3-1是單片機(jī)AT89C51的引腳圖。圖 3-1 AT89C51雙列直插式引腳圖AT89C51各個引腳的作用：VCC：供電電壓+5V。GND：接地。P0口：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。本系統(tǒng)中P0口接LED

20、數(shù)碼管的段選段。 P1口：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4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被部上拉為高，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7。P2口：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

21、”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。本系統(tǒng)中語音芯片ISD1420的地址端接P2口。P3口：P3口是8個帶部上拉電阻的雙向I/O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，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流，這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表2.5所示。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。表2.5P3口的第二功能口管腳備選功能信號名稱P3.0RXD串行輸入口P3.1TXD串

22、行輸出口P3.2/INT0外部中斷0P3.3/INT1外部中斷1P3.4T0記時器0外部輸入P3.5T1記時器1外部輸入P3.6/WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.7/RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：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

23、在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。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。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)/EA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，EA將部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時，此間部程序存儲器。在本設(shè)計中，對ROM的讀操作只在部程序存儲器中，所以EA置應(yīng)高電平。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入與部時鐘工作電路的輸入。XTAL

24、2：來自反向振蕩器的輸出8。（2）AT89C51單片機(jī)的主要性能：與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)兼容 、4k字節(jié)可重新擦寫Flash閃速存儲器、1000次可擦寫周期、全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz、1288字節(jié)部RAM、三級加密程序存儲器、32個可編程I/O口線、2個16位定時/計數(shù)器、6個中斷源 、可編程串行UART通道、低功耗空閑和掉電模32 仿真軟件的選用本次設(shè)計采用protues仿真軟件，該軟件的ISIS是一款可以通過自己動手畫電路圖來對實物進(jìn)行仿真的軟件。這個軟件不僅支持各種型號的單片機(jī)，元件庫齊全，而且使用非常方便，仿真效果非常好，是一款非常值得向大家推薦的能使用單片機(jī)進(jìn)行實物仿真的軟

25、件。proteus 可以很好對單片機(jī)電路進(jìn)行實物模擬實驗，模擬效果相較于其他的實物實驗要好的多。使用者在使用本軟件的過程中，可以根據(jù)自身需求，隨心所欲的來畫電路圖、補(bǔ)充電路圖以與修改電路圖。在適當(dāng)?shù)牟僮骱罂闪⒓催M(jìn)行仿真以檢查該電路的實際運(yùn)行效果，充分彌補(bǔ)了我們在實際應(yīng)用時無法一次次的修改硬件電路的弊端。采用軟件修改硬件電路的方式，更加方便快捷。在使用軟件繪制電路圖的時候我們還可以根據(jù)自己的實際需求選擇使用或者不使用軟件提供的電路元器件，也可以通過自己改變元器件的參數(shù)，來得到不同的實驗數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果若符合預(yù)期的要求，便可進(jìn)行下一步，根據(jù)軟件繪圖來進(jìn)行實物的制作，這種方法的經(jīng)濟(jì)快捷使得其本身具有很

26、大的實用價值。3.3單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)要工作起來就需要為其提供外部硬件電路，最基本的外部電路擴(kuò)單片機(jī)、時鐘電路、復(fù)位電路等幾部分，而單片機(jī)的最小電路則只是由復(fù)位電路和時鐘信號電路組成（如圖3-2）。圖3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖復(fù)位電路：為了確定單片機(jī)的起始工作狀態(tài)并且完成單片機(jī)的啟動過程，單片機(jī)的復(fù)位方式有手動復(fù)位和上電自動復(fù)位兩種。本設(shè)計采用后者，上電自動復(fù)位。時鐘電路：單品機(jī)最小系統(tǒng)中另一個模塊叫做時鐘電路。時鐘電路的存在是為了產(chǎn)生時鐘頻率，由一個晶振和兩個小電容組成。由于AT89C51單片機(jī)的部的一個振蕩器由一個反向放大器構(gòu)成，當(dāng)XTAL1和XTAL2分別作為振蕩電路的輸出和輸入端時，時

27、鐘可有部和外部產(chǎn)生。當(dāng)在XTAL1和XTAL2的引腳上接定時元件，部振蕩電路就會產(chǎn)生自激震蕩。單片機(jī)系統(tǒng)采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振會路作為定時元件。選擇晶振頻率為12MHz，電容為30Pf。電容的大小對系統(tǒng)頻率起微調(diào)的作用。 3.4按鍵控制電路本設(shè)計的按鍵控制電路由五個按鍵開關(guān)構(gòu)成。這五個按鍵開關(guān)分別接在AT89C51單片機(jī)的p1.0-p1.4引腳上，是為了實現(xiàn)一對一的控制彩燈的不同顏色變換與閃爍形式。當(dāng)按下key1時，12個led發(fā)光二極管以第一種閃爍發(fā)光方式運(yùn)行，從而實現(xiàn)三個一組的燈泡不同顏色的變換和閃爍。當(dāng)按下按鍵key2的時候，十二個led發(fā)光二極管以第二種方式閃爍，從而實現(xiàn)四個

28、燈泡不斷變換顏色閃爍的第二種模式。同理，當(dāng)按下開關(guān)可以3時十二個led二極管以第三種方式閃爍，實現(xiàn)四個可變色燈泡的第三種按鍵控制電路（如圖3-3）是由4個按鍵開關(guān)構(gòu)成的。他們分別接在單片機(jī)AT89C51的P1.0P1.3引腳上，為了一對一方式控制16個LED彩燈的不同閃爍形式。當(dāng)按下開關(guān)key1時，16個LED發(fā)光二極管閃爍第一種彩燈方式；當(dāng)按下開關(guān)key2時，16個LED發(fā)光二極管閃爍第二種彩燈方式；同理，當(dāng)按下開關(guān)key3時，16個LED發(fā)光二極管閃爍第三種彩燈方式；當(dāng)按下開關(guān)key4時，16個LED發(fā)光二極管閃爍第四種彩燈方式。圖3-3按鍵控制電路圖3.5中斷電路中斷電路的作用是，無論彩

29、燈正在以哪種方式運(yùn)行，按下中斷按鈕以后，該過程一定終止，十二支led不同色的發(fā)光二極管均處在熄滅狀態(tài)，停止當(dāng)前工作。當(dāng)在按下一次中斷按鈕的時候，彩燈繼續(xù)第一次按下中斷按鈕前的方式，從頭開始工作。為此我們通過單片機(jī)的p3.3引腳來接上中斷按鈕，來實現(xiàn)對彩燈的中斷控制。中斷控制按鈕接法如圖3-4如圖3-4中斷控制電路圖3.6 LED顯示電路四個可變色燈泡，由十二個發(fā)光二極管組成。發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode），簡稱LED，led 常被用作微型計算機(jī)與數(shù)字電路的輸出裝置，是一種具有體積小、耗電低等優(yōu)點的能講點能轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體器件。Led的兩端可以加上正向電壓，當(dāng)由電流流過

30、led時，他便會發(fā)光，將電能轉(zhuǎn)化為光能。并且led的亮度會隨著通過它自身電流的大小而改變，但是過大的電流也會燒毀led，大的電流會使led的使用壽命縮短。普通的led正向電流一般不會低于5mA，同時也不會高于20mA.本設(shè)計的led采用灌電流的方式，即電流從電流源出發(fā)，流經(jīng)led而后進(jìn)入單片機(jī)的I/O口。這是由于51單片機(jī)的I/O口是弱上拉的方式，高電平時只能輸出幾十微安的電流，但是其輸出低電平時又可以輸入幾十微安的電流，故而，為了保證led的正常發(fā)光采取了這種管電流的方式。為了避免流過led的電流過大，從而燒壞led，本設(shè)計在led和電源之間串聯(lián)上了一個電阻，以降低電流。當(dāng)p0口和p2口輸出

31、高電平時（即p0/p2=1），led兩端沒有壓降，一次，所有的led都是熄滅不亮的。當(dāng)p0口和p2口輸出低電平時（即p0/p2=0），led正向?qū)òl(fā)光。由于led兩端串聯(lián)的電阻起分壓作用，導(dǎo)致led兩端電壓約為1.7V，而串聯(lián)的限流電阻兩端的電壓約為3.3V。通過查閱AT89C51單片機(jī)的技術(shù)手冊，我們發(fā)現(xiàn)，單個I/O口的輸入電流最大值不能超過10mA；p0口的輸入電流總和最大值不能超過26mA；p1口、p2口、p3口的輸入電流總和最大值不能超過15mA；所有I/O口的輸入電流總和最大值不得超過71mA。Led顯示電路接法，如圖3-5。圖3-5 led顯示電路圖37 仿真部分總結(jié)如圖3-6所

32、示，本設(shè)計的主要控制部件為AT89C51單片機(jī)。共四十個引腳，本次設(shè)計選用p2口和p0口進(jìn)行l(wèi)ed變色燈泡的發(fā)光部分，p1口進(jìn)行主要控制按鍵模塊的傳送，p3口用作中斷按鈕的傳送，此外還有重置電路和振蕩電路部分。本設(shè)計選用AT89C51單片機(jī)的p0口的六個引腳（p0.0p0.5）以與p2口德六個引腳（p2.0p2.5）作為顯示數(shù)據(jù)的傳送端口。因為這個設(shè)計的四個可變色的燈泡均由三個三原色led燈組成，所以只需要使用p0口和p2口的十二個引腳，足夠數(shù)據(jù)可以傳輸顯示，根據(jù)設(shè)計原理圖，本設(shè)計將數(shù)碼管的引腳通過p0口和p2口的12個引腳（p0.0p0.5、p2.0p2.5）接上那個led燈以后再接上限電電

33、阻就可以實現(xiàn)顯示模塊的功能了。本次可變色燈泡的設(shè)計，選用p1口的5個引腳（p1.0p1.4）分別用作按鍵模塊的第一種模式、第二種模式、第三種模式、第四種模式、第五種模式這五個按鍵的輸入端口首先把這5個引腳通過按鍵與地相接，這樣，如果按下相應(yīng)的按鈕，那這個按鍵與單片相連的引腳就會變成低電平，從而給單片機(jī)輸入一個低電平的脈沖，再根據(jù)單片機(jī)的部軟件功能，分別實現(xiàn)每個按鍵的功能。中斷按鈕接在p3.3上，其原理與以上五個模式按鍵的原理一樣，再次不在重復(fù)說明。圖 3-6 硬件設(shè)計原理圖4. 軟件編程設(shè)計41 編程軟件本次設(shè)計選用keil為編程軟件。單片機(jī)的使用有兩種設(shè)計，一種為硬件電路設(shè)計，一種為軟件設(shè)計

34、。單片機(jī)的軟件匯編分為手工匯編和機(jī)器匯編兩種匯編方式。隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)日新月異的不斷發(fā)展進(jìn)步，設(shè)計人員對單片機(jī)的使用更是越來越熟練。而普通的匯編語言夜早已由于更加高級的并且更加實用的語言的誕生而不復(fù)存在。Keil軟件是用來開發(fā)51系列的單片機(jī)的常用軟件之一。 Keil可以進(jìn)行 c51的匯編語言，PLM語言和C語言的程序設(shè)計，而且它的界面十分友好，并且人性化，對于我們初次接觸的使用者來說，也是非常好學(xué)習(xí)的。42 延時部分在軟件設(shè)計中會經(jīng)常用到延時部分，因此對延時程序進(jìn)行統(tǒng)一編程，以便以后進(jìn)行程序調(diào)用，方便省時。設(shè)計編寫延時程序時，需要定義延時頭文件DELAY_h，編寫時為了滿足設(shè)計需要，在此文

35、件中定義了四個延時函數(shù)，分別是1ms延時函數(shù)、2s延時函數(shù)、0.2s延時函數(shù)和5ms延時函數(shù)。定義時，必須將每個函數(shù)都起好名稱區(qū)分清楚，防止用錯。在函數(shù)調(diào)用時，直接就可以調(diào)用函數(shù)名來使用。43 按鍵部分根據(jù)硬件要求，本設(shè)計一共需要定義六個按鍵，分別是第一個變換模式、第二個變換模式、第三個變換模式、第四個變換模式、第五個變換模式和一個中斷模式，為了滿足設(shè)計需求，每一個按鍵按下后都必須實現(xiàn)其目的并且通過led燈的變換顯示出來。根據(jù)原理，繪制了圖4-1的原理框圖如下：圖4-1 按鍵設(shè)計原理圖44 綜合仿真仿真部分總結(jié)：在仿真之前，首先需要將keil與protues進(jìn)行聯(lián)調(diào)，然后在keil中用源程序的

36、項目生成HEX文件后，在protues中導(dǎo)入單片機(jī)，即可在protues中進(jìn)行仿真。如圖4-2所示，利用仿真圖左側(cè)的按鍵部分，分別按動由上到下的五個按鈕按鈕，系統(tǒng)開始以各個模式運(yùn)行，四個可變色燈泡以不同的顏色來回變換跳躍閃爍。按動最下方的按鈕來實現(xiàn)中斷的作用。從而實現(xiàn)了本設(shè)計可變色燈泡的全部功能。圖 4-2 仿真原理圖參考文獻(xiàn)1 天漢，模擬電子技術(shù)，師大學(xué) 2005年 8月2 侯玉寶、忠平、成群，基于Proteus的51系列單片機(jī)設(shè)計與仿真電子工業(yè) 2008年9月3 天漢、錢衛(wèi)星、雪娟，單片機(jī)原理與接口技術(shù)（第3版），電子工業(yè)2009年3月4 , 弛, 吳冬芳等. 基于單片機(jī)的學(xué)習(xí)式倒計時器 J. 煤炭技術(shù), 2011,30(5):47-495 全利 ，單片機(jī)原理與接口技術(shù)M，高等教育 2006年12月6 忠國、剛 ，單片機(jī)應(yīng)用技能實訓(xùn)，人民郵電 2006年7 丹. Protues與Keil聯(lián)合仿真在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用 J. 科教導(dǎo)刊, 2013,(23):120-1218 生明, 紅. PROTUES軟件在學(xué)習(xí)單片機(jī)中的應(yīng)用