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花样彩灯系统设计【毕业论文说明书】,花样,名堂,花腔,彩灯,系统,设计,毕业论文,说明书,仿单
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目 录摘 要 .IIAbstract.III第一章 绪论 .11.1 课题研究的背景 .11.2 课题研究的意义 .1第二章 花样彩灯系统的总体设计 .22.1 设计任务与要求 .22.2 设计方案论证与设计 .22.3 系统设计的框图 .3第三章 系统的硬件电路设计 .43.1 电源电路 .43.2 控制器模块 .43.3 按键模块 .83.4 LED 显示电路 .83.5 LED 控制电路 .103.6 SP200SE 编程器的说明与使用 .13第四章 系统软件设计 .154.1 系统开发环境（平台）的介绍 .164.2 系统的程序设计流程 .16第五章 系统功能的测试 .185.1 电路仿真 .195.2 PCB 电路板的原理图 .22第六章 结论 .24参考文献 .26附录 .26I花样彩灯系统设计摘 要本文介绍的设计方法是使用单片机来控制 LED 系统。此系统的控制器使用的是AT89S51 芯片。硬件电路包括单片机的最小系统电路、按键电路以及显示电路。其中最小系统电路里面包含晶振和复位电路，按键电路能够实现彩灯显示方式的选择，显示电路为 40 只 LED 组成的奥运五环。软件部分采用 C 语言编写程序，通过 keil 软件进行编译，用 ISP 下载程序到单片机，从而实现单片机控制奥运五环的循环显示、逐点点亮、逐点熄灭等 6 种显示方式，以及相应的按扭进行选择、切换。本系统具有简单的电路结构,使用的硬件少,占用的体积小，所以成本低,且操作方便，具有一定的实用性。关键词：LED 彩灯；彩灯控制系统；闪烁方式IIThe design for the multiple pattern of colourful lightAbstractA design method of control LED lights system is introduced in the article.This system takes AT89S51 single chip microcomputer as the controller.The hardware circuitand was made of SCM smallest system ,the button circuit module and LED display circuit .The minimum system circuit consists of the crystal oscillator and reset circuit ,Button circuit achieved the choice of display.The displayed circuit is the Olympic rings founded of forty LED .In respect of software, the program is written in C language .The software is compiled and debugged by keil soft. Download program to the MCU with ISP ,this program will realize the software of controlling the displayed circuit of LED lights .And also have the corresponding button to choose and switch.This system has simple circuit structure,and use little hardware and small volume, so its cost is very low and its operation is convenient From what has been discussed above,the system has a certain practical and reference value.operation.Key words ：LED lights;Lantern control system;Flashing way0第一章 绪论1.1 课题研究的背景随着我国社会市场经济的繁荣和电子技术的发展，各种装饰彩灯、广告彩灯开始频繁出现在生活中。各色的彩灯在大型的晚会上已经成为一道不可或缺的风景。霓虹灯管就是用小的彩灯做成的色彩纷呈的灯管，日常生活中的光源，就是用 LED 作成的日光灯和白炽灯，来达到效果。 用 LED 彩灯另配广告语和宣传画来装饰街道以及城市建筑已经成为一种主流趋势。然而现在绝大多数的 LED 彩灯控制器还只能使用全硬件电路来实现。这种电路的结构设计复杂，拥有的功能单一，只能以固定的模式就行闪烁，不能根据不同场合以及不同情况的需求来调节灯光闪烁样式、亮度、闪烁频率以及它的亮灭等参数。而且这种彩灯控制器使用的芯片多，功率损耗大，用户的可操作性和可移植性都不够强。但是51 单片机的问世，这些情况都随之改善，通过使用 51 单片机来控制 LED 彩灯，更加容易操控，花样更多，更能够达到现代人们的需求。1.2 课题研究的意义单片机是从 20 世纪 70 年代初开始出现的，第一款单片机 4004 就是美国的 Intel公司在 1971 年推行的 1。后来单片机技术就开始蓬勃发展，现在已经渗透到国防，商业，工业，日常生活等人类活动的各个领域。例如导弹的导航装置，智能仪表的控制，计算机的网络通信与数据传输，商业营销系统使用的收款机，工业自动化控制系统，各种智能 IC 卡，现代办公使用的办公设备， 汽车的集中显示系统，全自动洗衣机的控制，医疗器械，以及电子宠物，手机等等。单片机的特点是它占用的体积小，质地轻便，性价比与开发性同等，可靠性好，而且使用灵活。目前，单片机的发展开始向着微型化，功耗低，性能高，集成度高，速度快的趋势 1。就现在国内外对于单片机控制彩灯的研究，大多数是利用 51 单片机，软硬件相结合，构造出最简单的彩灯控制系统。在此基础上，用户又开发出更为复杂的流水灯控制，像是利用键盘来控制彩灯的花样，用软件控制 LED 彩灯显示出数字图案等等。本文进行的是用彩灯组成奥运五环，并控制五环彩灯实现旋转闪烁显示的电路的设计制作。奥林匹克五环标志(Olympic Logo /Symbole Olympique/Olympic Rings）是由奥林匹克宪章确定的奥林匹克运动会的标志 2，它是由皮埃尔德顾拜旦先生想象设计出来的，也被叫做奥运五环标志。这个图案共有 5 个相圆环，每个圆环大小形状相同，从左到右互相套接，分布为上面三个，下面两个，上面三环的颜色是是蓝、黑、红，下面的两环则是黄、绿两色。五个不同颜色的圆环分别代表了欧洲、亚洲、非洲、澳洲和美洲，这是参加现代奥林匹克运动会的五大洲。所以本系统设计具有非常重要实际应用意义。1第二章 花样彩灯系统的总体设计2.1 设计任务与要求2.1.1 设计任务1）基于 AT98S51单片机开发出花样彩灯系统。2）使用 C 语言编写程序，实现软件的开发。3）使用 Keil 开发软件和 Proteus 仿真软件进行硬件和软件方面的设计，最终实现软硬件的调试，4）利用 protel 画出电路，做成 PCB 板，做出本系统的实体电路板。2.1.2 设计要求（1）设计一个花样彩灯。（2）彩灯具有流水闪烁、特定闪烁等基本工作方式。（3）当按下按键后，模式可以切换。（4）按下复位键时，自动调回初始状态模式 1。2.2 设计方案论证与设计2.2.1 总体方案思路分析本系统采用的方案是一种基于 AT89S51 芯片控制， 74LS164 级联驱动 LED 彩灯显示的设计方法。本方案以 AT89S51 芯片作为主控模块，键盘、显示、驱动等外围模块组成的花样彩灯系统 3。本设计使用 SP200SE 编程器在线下载编程到 AT89S51 单片机，程序使用 C 语言来编写，程序内容包括实现基本单位时间 100ms 300ms 500ms 的定时中断，在不同时刻输出信号控制彩灯的点亮和熄灭以及彩灯的 6 种显示模式，根据模式的选择来驱动各种颜色的灯的亮或灭，以完成奥运五环的显示。2.2.2 总体方案设计方案一：运用数字逻辑电路的知识，由时钟振荡电路、数据选择输出电路、键盘开关电路和彩灯显示电路组成彩灯控制器，进行信号处理。本方案电路较为复杂，亮灯的模式难以调节与编辑，所以会造成五环彩灯的显示样式单调。此彩灯控制器的效率不高且难以改变，不好对信号进行相关的处理。方案二：核心使用单片机 AT89S51，通过按键输入模块来改变模式同时利用移位寄存器 74LS164 串行输出控制 LED 的闪烁。本方案的电路是使用单片机控制的，集成度较高，可以用 keil 软件自定义编程，使得显示电路彩灯图案花样选择性多并且任意添加或减少显示的样式，所以它的可移植性好。方案二简单，易于设计和控制，并且比较经济实用，所以选方案二。22.3 系统设计的框图本系统的硬件电路结构如图 2.1 所示，AT89S51 单片机置于电路正中作为控制核心，时钟以及复位电路在侧组成最小系统。接着用按键控制电路连接 AT89S51，移位寄存器级联驱动 LED 显示电路。AT89S51单片机时钟电路复位电路按键控制电路电源电路供电 信号LED 彩灯奥运五环移位寄存器图 2.1 系统硬件电路框图3第三章 系统的硬件电路设计3.1 电源电路电源供电模块是整个系统的最先要解决的问题，也是完成一个电子设计的前提。系统能够平稳运行基于电源电路的稳定可靠。制作直流稳压电源有 3 种形式，一是使用分立元件、二是利用线性集成、三是采用开关。本系统使用的 AT89S51 芯片的工作电压在 4.0V5.5V 之间。本系统采用的是第三种方式，使用 9V 电池供电，利用自锁开关连接 78L05 三端集成稳压器而得到稳定的 5V 直流电。电源电路如图 3.1 所示：图 3.1 三端固定式集成稳压电源电路图3.2 控制器模块3.2.1 51 单片机的介绍ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 8 位 89C51 单片机 ,与 80C51 兼容.相比于80C51,89C51 单片机具有更丰富的硬件资源，特别是其内部增加的闪电可电改写的存储器 4。故而 89C51=80C31+373+2732。其中 80C31 是标准的 MCS-51 的 HCMOS 的 8位单片机，373 是三态输出的八位锁存器，2732 是 32K 的存储器，所以其应用广泛。但 AT89C 系列单片机属于常规单片机，只能通过编程器进行编辑，不能进行下载编程。而采用 AT89S 单片机则不同，它可以使用编程器编辑，灵活性高，其内部功能还有看门狗功能，使用方便。因此本系统的采用的控制器芯片是 AT89S51 单片机，AT89S51是一种带 4K 字节 FLASH 存储器的低电压、高性能 CMOS 的 8 位微处理器 5。89S51 其基本结构框图如图 3.2 所示：89S51 芯片各部分由 8 位的 DBUS 相连接，包括：程序存储器 ROM,其内部 4KB 存储，可用来存放程序，表格等，外部最多扩展至64KB。数据存储器 RAM，其内部 256B 存储，可用来存放数据，外部最多扩展至64KB。4 个可位寻址的 8 位并行的输入/输出端口 P0,P1,P2,P3。全双工串行输入/输出端口一个，即 UART。48 位 80C51CPU 一个。5 个中断源（T0,T1,INT0,INT1,TXD/RXD）。两个中断优先级。时钟产生电路以及片内振荡器，24MHz 为最高振荡频率。图 3.2 89S51 单片机结构框图 689S51 引脚结构图如图 3.3 所示图 3.3 AT89S51 引脚图电源引脚：右上角 40 脚为 VCC,左下角 20 脚为 GNDI/O 引脚： 39，1，21，10 脚分别为 P0,P1,P2,P3 端口， P1，P2,P3 口都是 8 位的双向 I/O 端口且内部有上拉电阻，P0 口是一个 8 位的漏级开路准双向 I/O 端口。复位引脚：9 脚 RST频率引脚：时钟脉冲引脚 XTAL1,XTAL2，即 19，18 脚。片内时 19 为反相放大器输入，18 为输出，外部时钟 19 为输入。5外部存储器控制引脚：30 脚 ALE，其值为 0，则 P0 为地址总线，反之则为数据总线；29 脚 PSEN 为程序存储使能，其值为 0 时，说明在读取程序存储器引脚：31 脚 EA，内部存储其值为 1，反之则为 0。3.2.2 单片机最小系统单片机的时序与复位是其单片机运行的根本。单片机最小系统是由时钟电路和复位电路接入单片机而组成的基本电路，其结构如下图 3.4 所示。图 3.4 单片机最小系统时钟电路：时钟脉冲是微机的基本信号，本系统采用的是单片机内部的振荡电路产生时钟信号，外接一个 12MHz 石英晶体振荡器以及 2 个 30pF 微调电容，组成一个稳定的的自激振荡器。内部的时钟电路的振荡信号就是由此振荡器产生的。如图 3.5 所示图 3.5 时钟电路复位电路：复位是归零的标志，是确定单片机工作的初始状态。当系统复位时，6单片机内部 CPU 寄存器将立即回复为起始状态。复位方式一般有两种：（1）上电自动复位，（2）手动按键复位。前者是在接通电源时就直接复位，后者则是通过一个按
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