毕业设计（论文）-基于单片机的彩灯循环控制器__毕业设计.doc.doc

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)目 录摘 要1第1章 绪 论2第2章 系统设计方案32.1 方案介绍32.2 方案组成部分功能3第3章 单元电路设计43.1 电源电路43.2 主控器43.2.1 单片机的引脚及相关功能43.2.2 8051单片机内部结构63.3 单片机最小系统电路73.3.1 单片机最小系统组成73.3.2 复位电路83.3.3 时钟电路93.4 彩灯显示电路103.5 模式控制电路11第4章 整机电路124.1整机工作原理图124.2 工作原理12第5章 系统软件设计135.1 软件流程图135.2 主程序设计14第6章 调试与仿真186.1 用proteus 绘制原理图186.2 单片机proteus内核的仿真19结 论22致 谢23参考文献24附录一 元器件清单25ii摘 要 现实生活中，彩灯越来越成为人们的装饰品，它不仅能美化环境,渲染气氛，还可以用于娱乐场所和电子玩具中,它们都各具有自己的特色。由于彩灯的快速发展使其应用也越来越广泛,逐渐深入到了人们生产、生活的各个领域。随着彩灯应用的深入发展,对其安全要求也就越来越高。近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时也带动着传统控制的日新月异更新。在自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。本文提出了一种基于at89c51单片机的彩灯控制方案，实现对led彩灯的控制。以at89c51单片机作为主控核心，与按键、显示、驱动等模块组成核心主控制模块。根据用户需要可以编写各种亮灯模式，用户可以根据不同场合选用不同的彩灯闪法。与普通led彩灯相比，具有体积小、价格低、低能耗等优点。关键词 at89c51；控制；led发光二极管第1章 绪 论随着社会不断的发展，电子产品的质量也不断提高。彩灯循环电路也由以前的简单、功能单一的电路，变为现在复杂、实现功能多的电子产品。本次我进行了彩灯循环控制电路的设计。彩灯是我们日常经常使用的产品，它制作简单，过程易学，还可以提高我们的动手能力，增强我们处理问题，解决问题的能力。利用控制电路可使彩灯按一定的规律不断的改变状态，不仅可以获得良好的观赏效果，而且可以省电。近年来，随着人们生活水平的较大提高，人们对于物质生活的要求也在逐渐提高，不仅需要各种各样的生活电器，也开始对环境提出了更高的要求。彩灯的运用已经遍布于人们的生活中，从歌舞厅到卡拉ok，从庆祝节日到日常生活中的点缀。这些都说明了人们的生活水平有了很大的飞跃，也说明科技在现实运用中有了较大的发展，随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。led彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到广泛运用。本次毕业设计全面运用了我们以前所学的知识，在加强我们直接应用综合能力的同时，力求让我们在短时间里得以掌握先进科学技术：如本设计中所使用到的keil、protel99等技术手段。也培养了自己理论联系实际、设计电路的能力。第2章 系统设计方案2.1 方案介绍 本次设计的彩灯循环控制电路采用的方案如图2-1所示。图2-1方案图系统电路主要由主控器、电源电路、单片机复位电路、单片机时钟电路、彩灯显示电路、模式控制电路等部分组成。2.2 方案组成部分功能1. 主控器：是at89c51烧入程序后控制整个电路。2.电源电路：采用变压电路把市电变为+5v的直流供单片机电源。3.单片机复位电路：使cpu和系统恢复到一个确定的状态。4.单片机时钟电路：电路在唯一利用振荡电路产生时钟信号控制下严格按时序进行工作。5.彩灯显示部分：由led发光二极管组成，也是本次设计的主体，就是要用单片机编写程序实现led灯的循环点亮。6.模式控制部分：模式部分是单片机的一个中断系统，中断后选择彩灯循环的不同模式。第3章 单元电路设计3.1 电源电路 采用经市电变压，稳压的稳压电源电路图如图3-1所示：图3-1电源电路 220v市电经过降压后得到12v交流电，经二极管整流成脉动直流电，经过电容滤波后再又经过lm7805稳压得到5v的直流电供系统工作，后面的发光二极管是起一个电源指示的作用，470uf的电容是起一个再次滤波的作用。3.2 主控器主控器就是at89c51单片机,整个电路一单片机为中心组成。在单片机中烧入程序，单片机运行程序输出信号控制彩灯的循环闪亮。以下对单片机的引脚及相关功能和内部结构加以介绍。3.2.1 单片机的引脚及相关功能 单片机引脚图如图3-2所示：图 3-2 单片机引脚图40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和i/o引脚。主要引脚引脚功能：1、电源: （1）vcc - 芯片电源，接+5v；（2）vss - 接地端；注：用万用表测试单片机引脚电压一般为0v或者5v，这是标准的ttl电平。但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间，其实这是万用表响应速度没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电压仍保持在0v或者5v。2、xtal1、xtal2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 3、控制线:控制线共有4根：（1）ale/prog:地址锁存允许/片内eprom编程脉冲 ale功能：用来锁存p0口送出的低8位地址；prog功能：片内有eprom的芯片，在eprom编程期间，此引脚输入编程脉冲。（2）psen:外rom读选通信号。（3）rst/vpd:复位/备用电源。rst（reset）功能：复位信号输入端。 vpd功能：在vcc掉电情况下，接备用电源。（4）ea/vpp:内外rom选择/片内eprom编程电源。 ea功能：内外rom选择端。vpp功能：片内有eprom的芯片，在eprom编程期间，施加编程电源vpp。4、i/o线80c51共有4个8位并行i/o端口：p0、p1、p2、p3口，共32个引脚。p3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。 5、p3口第二功能p30 rxd 串行输入口；p31 txd 串行输出口；p32 int0 外部中断0；p33 int1 外部中断1；p34 t0 定时计数器0；p35 t1 定时计数器1；p36 wr 外部数据存储器写选通（低电平有效）；p37 rd 外部数据存储器读选通（低电平有效）。3.2.2 8051单片机内部结构 单片机内部结构如图3-3所示图3-3 8051单片机内部结构8051单片机包含中央处理器、程序存储器(rom)、数据存储器(ram)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明：中央处理器：中央处理器(cpu)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，cpu负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。数据存储器(ram)：8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的ram只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。程序存储器(rom)：8051共有4096个8位掩膜rom，用于存放用户程序，原始数据或表格。定时/计数器(rom)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。并行输入输出(i/o)口：8051共有4组8位i/o口(p0、 p1、p2或p3)，用于对外部数据的传输。3.3 单片机最小系统电路3.3.1 单片机最小系统组成 单片机最小系统以89c51为核心,外加时钟和复位电路,电路结构简单,抗干扰能力强,成本相对较低,非常符合本设计的所有要求.89c51单片机系列是在mcs-51系列的基础上发展起来的,是当前8位单片机的典型代表,采用chmos工艺,即互补金属氧化物的hmos工艺, chmos是cmos和hmos的结合,具有hmos高速度和高密度的特点,还具有cmos低功耗的特点。单片机最小系统如图3-4所示图3-4单片机最小系统3.3.2 复位电路无论用户使用哪种类型的单片机,总要涉及到单片机复位电路的设计。单片机的复位操作使单片机进入初始化状态。而单片机复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统,并在实验室调试成功后,在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象,这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位 。1、手动按钮复位手动按钮复位需要人为在复位输入端rst上加入高电平（图3-5手动按钮复位）。一般采用的办法是在rst端和正电源vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则vcc的+5v电平就会直接加到rst端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。图3-5 手动按钮复位2、上电复位at89c51的上电复位电路如图3-6所示，只要在rst复位输入引脚上接一电容至vcc端，下接一个电阻到地即可。图3-6上电复位复位电路采用简易的手动按钮复位电路，主要由电阻r ，电容c ，开关k 组成，分别接至at89c51的rst复位输人端。当按下复位电路的复位开关reset按钮时，瞬间短接复位开关，由于此reset复位开关一端接地为低电平，另一端有电源5v供电端和pg信号端，间接供给为高电平，通常为3.3v，而此复位开关的某一段也会直接或者间接的作用于南桥内的复位系统控制模块，所以瞬间短接复位开关会在开关的高电平端会产生一个低电平信号，此信号会直接或间接作用于南桥内的复位系统控制器，使南桥强行复位之后，南桥也会强行去复位其他的设备和模块，南桥给主板其他硬件设备复位后，整个主板复位完成，这就是主板复位电路的原理。本设计采用手动按钮复位，以满足复位的时间要求及设计质量。3.3.3 时钟电路 时钟电路如图3-7所示图3-7时钟电路时钟电路可以简单定义如下：1、就是产生象时钟一样准确的振荡电路。2、任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的电路就是时钟电路。现在流行的串行时钟电路很多，如ds1302、ds1307、pcf8485等。这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。本设计中时钟电路由at89c51的18，19脚的时钟端(xtal1及xtal2)以及12 mhz晶振x、电容c2、c3组成，采用片内振荡方式。3.4 彩灯和数码管显示电路 单片机p1.p2经过4块芯片74ls20（四路反向控制器） 分别接16个发光二极管的阳极，16个二极管的阴极接地（如图3-8所示）。当p1.p2口输入低电平“0”时经过74ls240反向后输出高电平，相应的发光二极管被点亮;当p1.p2口输高电平“1”时经过74ls240反向后输出低电平，相应的发光二极管熄灭。图3-8显示电路 74ls240（如图3-9）它是一块具有驱动功能的四路反向器，除反向功能外，还可以起到隔离作用，保护单片机机芯的内部电路，增加输出口的扇出电流，提高负载能力。图3-9 74ls240数码管显示的是菜灯循环闪亮的方式，接在p0口，由于p0单片机内不具有上拉电阻就在数码管之间接了一排上拉电阻。数码管显示如图3-10所示：图3-10 数码管显示电路3.6 模式控制电路模式控制部分为一个电阻接高电平和一个按键接低电平连接构成。按一下按键彩灯的闪法模式就换一种。模式控制电路如图3-11所示：图3-11模式控制电路 第4章 整机电路4.1整机工作原理图根据彩灯循环控制电路设计的原理框图，可得出如图4-1所示的整机工作原理图。图4-1整机原理图4.2 工作原理控制程序存储在89c51单片机，运行单片机由p1.0p1.7,p2.0p2.7十六个引脚输出低电平，经过74l240反相器反向后输入高电平，输入彩灯就能使彩灯点亮。由p1.0p1.7,p2.0p2.7循环输入低电平就能控制彩灯的循环点亮。p3.3口为中断口，一旦输入信号就向cpu申请中断，单片机就执行另一程序由 p1.0p1.7,p2.0p.2输出另 一种信号，彩灯的闪亮的模式就换一种。第5章 系统软件设计5.1 软件流程图系统软件程序流程图如图5-1所示：开始case 3彩双向对流循环闪亮case 4彩灯奇偶循环闪亮case 2下到上循环闪亮系统初始化case 1彩灯上到下循环点亮 按键按下 ? 按键按下 ? 按键按下 ? 按键按下 ? nnnnyyyy图5-1 系统程序流程图5.2 主程序设计 程系主要内容：#include #define uchar unsigned charuchar flag;uchar light,assum,dw;void delay0_5s( ) unsigned char i,j,k; for(i=10;i0;i-) for(j=100;j0;j-) for(k=250;k0;k-);void delay10ms(void)unsigned char i,k; for(i=20;i0;i-) for(k=250;k0;k-);void zg( )p1=0xaa;p2=0xaa;delay0_5s( );p1=0x55;p2=0x55;void left ( )uchar code xun16=0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;uchar code yun16=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01; if(dw=15) dw=0; else dw+; p1=xundw; p2=yundw;void right( )uchar code gj16=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;uchar code zf16=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80; if(dw=15) dw=0; else dw+; p2=gjdw; p1=zfdw;void assume( ) uchar code dispcode8=0x7e,0xbd,0xdb,0xe7,0xdb,0xbd,0x7e,0xff; if(assum=7) assum=0; else assum+; p2=dispcodeassum; p1=dispcodeassum;void main( )uchar code dispcode5=0x06,0x06,0x5b,0x4f,0x66; it0=1; ex0=1; ea=1; flag=1; light=0x01; assum=0; dw=0; while(1) switch(flag) case 1:left( );break; case 2:right( );break; case 3:assume( );break;case 4:zg( );break; p0=dispcodeflag; delay0_5s( ); void int_()interrupt 0 delay10ms( ); if(int0=0); flag+; if(flag4)flag=1; 第6章 调试与仿真6.1 用proteus 绘制原理图本设计利用keil vision2， 在新建keil项目时选择at89c51单片机作为cpu，将c语言源程序导入，在keil软件中完成程序编写、调试和编译之后，加载程序为.hex文件，生成能让单片机运行的hex文件，如图6-1所示。图6-1 在keil软件中编程和调试运行 proteus 的 isis 程序后，进入该仿真软件的主界面。主界面由菜单栏、工具栏、预览窗口、元件选择按钮、元件列表窗口、原理图绘制窗口和仿真进程控制按钮组成（如图6-2所示）。通过元件选择按钮 p (从库中选择元件命令) 命令，在弹出的 pick devices 窗口中选择电路所需的元件，放置元件并调整其相对位置，对元件参数设置及元器件间连线，完成单片机系统的硬件原理图绘制。图6-3所示是绘制完成的电路图。图6-2 运行 proteus isis的主界面图6-3 彩灯循环控制器完整电路图6.2 单片机proteus内核的仿真在source 菜单的define code generation tools 菜单命令下，选择程序编译的工具、路径、扩展名等项目;在source菜单的add/remove source files 命令下，加入单片机硬件电路的对应程序（主要采用 keil 进行程序编译）。打开如图6-4所示的对话框。在 program file 栏添加编译好的十六进制格式的程序文件彩灯循环控制器.hex,给at89c51输入晶振频率，此处默认为12mhz， 单击ok 按钮完成程序添加工作, 下面就可以进行系统仿真了。proteus 与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况，也能仿真单片机cpu的工作情况。因此在仿真和程序调试时，是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。从某种意义上讲proteus仿真，基本接近与工程应用。图6-4 添加程序文件8*8.hex仿真过程中如有硬件问题可在proteus isis中直接修改，如有软件问题可在keil vision2中直接修改，通过keil与proteus的联合调试就可以得到满意的结果。本设计的仿真结果如图6-5所示。图6-5彩灯循环控制仿真图结 论 本系统就是充分利用了at89s51芯片的i/o引角。系统统采用msc-51系列单片机为中心器件来设计彩灯循环控制器，实现了能根据实际需要时彩灯循环闪亮的功能；p2口和p1口外接彩灯。系统设计简便、实用性强、操作简单、程序设计简便。在本循环控制中出现的优缺点归纳为以下几点：1本循环控制电路具有及时、可靠性高、效率高、寿命长、成本低等优点。2出现故障时，本系统维护简单。3此彩灯循环电路只能用于小型场合，不适于大型场合。4. 控制彩灯的数量也会受到限制。通过这次设计，使我在单片机的基本原