單片機課程設計-節(jié)日彩燈控制器設計

邯鄲學院課程設計報告課程名稱 單片機題 目 節(jié)日彩燈控制器的設計學 生學 生學 生學 生指導教師年 級專 業(yè)二級學院邯鄲學院2015年 1 月 5 日1邯鄲學院《單片機》課程設計任務書院別專業(yè)班級課程設計題目節(jié)日彩燈控制器的設計課一、基本內(nèi)容以單片機為核心，設計一個節(jié)日彩燈控制器：程P1.2—開始，按此鍵則燈開始流動（由上而下） 。設P1.3—停止，按此鍵則停止流動，所有燈為暗。計P1.4—上，按此鍵則燈由上向下流動?；鵓1.5—下，按此鍵則燈由下向上流動。二、功能要求本1、根據(jù)課題，查閱相關(guān)資料內(nèi)2、畫出系統(tǒng)原理框圖；容3、畫出單元電路圖；4、編寫相應部分程序；與5、撰寫說明書要 三、設計成果要求求1、課程設計報告（2000字）2、設計能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的 protues電路圖和 keilc程序。主1、靳達.單片機應用系統(tǒng)開發(fā)實例導航北京：人民郵電出版社，2003.102、張俊謨.單片機中級教程原理與應用北京：北京航空航天大學出版社，2000.6要系列單片機應用系統(tǒng)設計（系統(tǒng)配置與接口技術(shù)）3、何立民.MCS-51參考文獻進程安排系意見

起止時間完成內(nèi)容2015.12.16-2015.12.23據(jù)任務書搜集相關(guān)的資料2015.12.24-2015.12.30設計并實現(xiàn)2016.01.01-2016.01.01撰寫課程設計說明書2016.01.08-2016.01.15準備答辯階段系主任簽字： 年 月 日2摘要節(jié)日彩燈是生活中常常的裝飾物品，是我國普遍流行的傳統(tǒng)的民間的綜合工藝品。彩燈藝術(shù)也是燈的綜合性的裝飾藝術(shù)。在當今社會里，彩燈已經(jīng)成為我們生活當中的一部分，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產(chǎn)生有規(guī)律變化的脈沖信號來實現(xiàn)彩燈的各種變化，他集中的應用了單片機、LED、自動控制等技術(shù)，是典型的基于單片機的電子產(chǎn)品。本文以AT89C51單片機為控制核心，采用模塊化的設計方案，運用LED彩燈、按鍵等組成電路，實現(xiàn)才在開啟時滿足不一樣的閃亮方法及方式。按K1—開始，按此鍵則燈開始流動（由上而下）。K2—停止，按此鍵則停止流動，所有燈為暗。K3—上，按此鍵則燈由上向下流動。K4—下，按此鍵則燈由下向上流動。按K5—從亮到暗到亮循環(huán)。通過按鍵能方便使用者選擇不一樣的亮法。并用仿真軟件進行仿真按不同的方式點亮LED。還有就是這節(jié)日彩燈的制作成本低、精確度高、裝調(diào)容易，為節(jié)日增添氣氛，具一定的市場價值，因此制作了此節(jié)日彩燈。關(guān)鍵詞：節(jié)日彩燈；單片機； LED；設計；仿真3目錄摘要 3一、概述 5二、任務要求 5三、硬件電路設計與分析...........................................................................................51.AT89C51單片機.............................................................................................................51.1AT89C51結(jié)構(gòu).............................................................................................................51．2AT89S51引腳描述..................................................................................................72.鍵盤設計.........................................................................................................................83.定時器與復位模塊........................................................................................................83.1時鐘電路.....................................................................................................................83.2復位電路.............................................................9四、軟件設計與論證...................................................................................................10五、功能仿真實現(xiàn) 12七、心得體會 14八、參考文獻 15附錄 154一、概述世紀興起的單片機以其先天的便捷、穩(wěn)定的優(yōu)點在現(xiàn)代電子技術(shù)電路中占有越來越重要的地位。又有數(shù)字電路與模擬電路相比有顯而易見的穩(wěn)定性。近年來，數(shù)字電路又有了巨大的發(fā)展。可編程邏輯器件（PAL、GAL等）的發(fā)展和普及最終使IC的設計面向了用戶（這是模擬電路無法做到的），而這毫無疑問會給用戶帶來巨大的便捷，從而奠定它在電子電路中的對位。隨著集成技術(shù)的進一步提高，各種新技術(shù)的出現(xiàn)和應用，人類歷史橫跨數(shù)碼時代向更進一步發(fā)展已出現(xiàn)在各大型相關(guān)企業(yè)的宏偉藍圖中。新世紀里誰掌握了新技術(shù)誰就得到了獲勝的資本，也僅僅是資本而矣。新世紀里電子行業(yè)的發(fā)展速度令人窒息，聞名的摩爾定律更把許多人威嚇在門外。 可以展望，一個由數(shù)字構(gòu)成的新世界即將出現(xiàn)。那將是人類文明的又一飛躍，不僅可以獲得良好的觀賞效果，而且可以省電（與全部彩燈始終全亮相比）。近年來，隨著人們生活水平的較大提高，人們對于物質(zhì)生活的要求也在逐漸提高，不光是對各種各樣的生活電器的需要，也開始在環(huán)境的幽雅方面有了更高的要求。比如日光燈已經(jīng)不能滿足于我們的需要，彩燈的運用已經(jīng)遍布于人們的生活中，從歌舞廳到卡拉OK包房，從節(jié)日的祝賀到日常生活中的點綴。這些不緊說明了我們對生活的要求有了質(zhì)的飛躍，也說明科技在現(xiàn)實運用中有了較大的發(fā)展。彩燈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)。新中國成立后，彩燈藝術(shù)得到了更大的發(fā)展，特別是隨著我國科學技術(shù)的發(fā)展，彩燈藝術(shù)更是花樣翻新，奇招頻出，傳統(tǒng)的制燈工藝。二、任務要求(1)PD0: 開始,按此鍵則燈開始流動（由上而下）；(2)PD1: 停止,按此鍵則停止流動,所有燈為暗；(3)PD2: 上,按此鍵則燈由上向下流動；(4)PD3: 下,按此鍵則燈由下向上流動。三、硬件電路設計與分析1.AT89C51單片機1.1AT89C51結(jié)構(gòu)AT89C51是一種低功耗/低電壓、高性能的八位CMOS單片機，片內(nèi)有一個4KB的FLASH可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory），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MSC—51兼容。片內(nèi)置通用8位中央處理5器（CPU）和FLASH存儲單元，片內(nèi)的存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)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、靈活性高且價格合理的單片機，可方便的應用于各種控制領域。AT89C51系列單片機對于一般用戶來說，存在 3個明顯的特點：內(nèi)含F(xiàn)lash存儲器。因此在應用[2]系統(tǒng)的開發(fā)過程中可以十分容易的進行程序的修改，這就大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期；同時，在系統(tǒng)工作過程中，能有效的保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外接電源損壞也不影響信息的保存。與80C51插座兼容。AT89C51系列單片機的引腳與80C51是一樣的，當用AT89C51單片機取代80C51時，可以直接進行取代。這時，不管采用40引腳還是44引腳的產(chǎn)品，只要用相同引腳的AT89C51單片機取代80C51的單片機即可。靜態(tài)時鐘方式。AT89C51單片機采用靜態(tài)時鐘方式，所以可以節(jié)省電能。這對于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。圖1AT89S51單片機結(jié)構(gòu)圖61．2AT89S51引腳描述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FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1端口（P1.0-P1.7）：P1口是一個內(nèi)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，被內(nèi)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，這是由于內(nèi)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口為一個內(nèi)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P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)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。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)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口管腳是一個帶有內(nèi)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P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)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。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。復位RST(9)：復位輸入。在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復位。復位后P3.0-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。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開始運行程序。復位操作不會對內(nèi)部RAM有所影響。ALE/PROG(30)：當訪問外部存儲器時，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才起作用。另外，該引腳被略微拉高。7PSEN(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，每個機器周期兩次 PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP(31)：當__EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1時，__EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當__EA端保持高電平時，此間內(nèi)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及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2(18)：來自反向振蕩器的輸出。鍵盤設計獨立式鍵盤是各按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響到其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷那個鍵被按下了。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單，但每個按鍵需要占用一根輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。按鍵直接與單片機的I/O口線相接，通過讀I/O口，判定I/O口線的電平狀態(tài)，即可識別出按下的按鍵。如圖2圖2獨立式按鍵仿真圖定時器與復位模塊3.1時鐘電路單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種微操作的時間基準，復位操作則使單片機的片內(nèi)電路初始化，使單片機從一種確定的初態(tài)開始運行。8時鐘電路89C51單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖，如圖 2所示。圖3時鐘與復位電路仿真圖圖2中，電容器C2，C3起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在5-30pF。晶振頻率的典型值為12MHz，采用6MHz的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實用電路中使用較多。3.2復位電路當AT89C51單片機的復位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。根據(jù)應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關(guān)復位。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。常用的上電復位電路電容C1和電阻R19對電源+5V來說[20]構(gòu)成微分電路。上電后，保持RST一段高電平時間，由于單片機內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1，也能達到上電復位的操作功能，如圖2所示。開關(guān)復位要求電源接通后，單片機自動復位，并且在單片機運行期間，用開關(guān)操作也能使單片機復位常用的上電或開關(guān)復位電路如圖 2所示。上電后，由于9電容C3的充電和反相門的作用，使RESET持續(xù)一段時間的高電平。當單片機已在運行當中時，按下復位鍵K后松開，也能使RESET為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關(guān)復位的操作。四、軟件設計與論證本方案主要是通過對基于單片機的多控制、 多閃爍方式的LED彩燈系統(tǒng)的設計,來達到本設計的要求。其硬件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、發(fā)光二極管和獨立按鍵組成。此設計方案中單片機的P1口接4路按鍵控制電路,實現(xiàn)彩燈花型的切換功能,單片機上的P0口接8路LED發(fā)光二極管組成彩燈電路,顯示彩燈循環(huán)情況。1、總體流程圖設計開始否開始鍵按下？是正向循環(huán)停止鍵按下？是燈全滅否是正向鍵按下？否反向鍵按下？是反向循環(huán)否是停止鍵按下？否正向鍵按下？是圖4程序流程圖

否10總原理圖圖5：總原理圖功能說明：S1-開始，按此鍵，燈開始流動（從上到下）S2-停止，按此鍵，燈停止流動（滅燈）S3-上，按此鍵，燈從上而下流動S4-下，按此鍵，燈從下而上流動2．元件清單元件序號元件說明數(shù)量備注AT89C51單片機芯片1R1—R9限流電阻9220LED發(fā)光二極管8KEY按鍵開關(guān)4表1：元器件清單11五、功能仿真實現(xiàn)1、開始：從上到下流動點亮122、反向：從下向上流動點亮133、停止：滅燈七、心得體會本次課程設計既要求我們對知識掌握的牢固，又要求我們對知識能夠靈活運用。從所涉及的知識面來說，它不僅要求我們運用所學過的知識還要求我們?nèi)ゲ檎?，學習，借鑒其他科目或門類的知識。從時間上來說，這次設計的時間是最長的，因此我們有足夠的時間去重新溫習學過的知識，更有充足的時間去搜集學習一些我們沒有涉獵過的知識。這樣不僅鍛煉了我們學習新知識的能力，同時也拓寬了我們的知識面。并且我們還有足夠時間去修改我們的設計中的缺陷，這也是對我們將來走入社會獨立完成一項課題的考驗。我們經(jīng)過將近兩周的努力，終于完成本次創(chuàng)新課程設計，過程雖是辛苦的，但從中我們卻學到了很多東西。 首先鞏固了課上學習的理論知識， 對于計算機C14語言的系統(tǒng)化整體化有了更深的認識。整個設計過程最大的收獲就是意識到理論知識扎實的重要性，實踐是建立在理論之上的，平時的基礎知識很重要。另外就是合作的重要性，每個人都有他的特長一個人難免有疏漏，只有大家共同努力才能順利的完成任務。通過本次課程設計，提高了我們的自學能力，提高了理論聯(lián)系實際的能力，把自己所學應用到實驗中，對所用到的硬件有了更加深刻的理解；同時我們更加明白團結(jié)合作、分工合作的重要性，提高了團結(jié)合作的能力與做事效率。提高了我們克服困難的信心與決心。八、參考文獻1．馬潮編著.AVR單片機嵌入式系統(tǒng)原理與應用實踐（第二版） 北京航空航天大學出版社2011年8月。2．周興華編著.手把手教你學單片機 C程序設計 北京航空航天大學出版社 2008年6月。3、童詩白、華成英主編 .模擬電子技術(shù)基礎 高等教育出版社。附錄#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintvoiddelay(uint);voidsan();voidwu();sbitK1=P1^2;sbitK2=P1^3;sbitK3=P1^4;sbitK4=P1^5;inta;intc;voidmain(){15while(1){if(K1==0){san();}if(K2==0){P0=0xff;}if(K3==0){san();}if(K4==0){wu();}}}voidsan(){uchartable[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};for(a=0;a<8;a++){P0=table[a];delay(300);}}voiddelay(unsignedintxms){unsignedinti,j;for(i=xms;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);}voidwu(){uchartable1[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};for(c=7;c>-1;c--){16P0=table1[c];delay(300);}}基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC