用发光二极管制作一个节日彩灯总结

1 / 34 用发光二极管制作一个节日彩灯总结 节日彩灯的设计 前 言 19世纪兴起的单片机以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占有越来越 重要的地位。又有数字电路与模拟电路相比有显而易见的稳定性。近年来，数字电路又有了巨大的发展。可编程逻辑器件的发展和普及最终使 IC 的设计面向了用户，而这毫无疑问会给用户带来巨大的便捷，从而奠定它在电子电路中的对位。 随着集成技术的进一步提高，各种新技术的出现和应用，人类历史横跨数码时代向更进一步 发展已出现在各大型相关企业的宏伟蓝图中。新世纪里谁掌握了新技术谁就得到了获胜的资本，也仅仅是资本而矣。新世纪里电子行业的发展速度令人窒息，闻名的摩尔定律更把许多人威吓在门外。 2 / 34 可以展望，一个由数字构成的新世界即将出现。那将是人类文明的又一飞跃，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，不光是对各种各样的生活电器的需要，也开始 在环境的幽雅方面有了更高的要求。比如日光灯已经不能满足于我们的需要，彩灯的运用已经遍布于人们的生活中，从歌舞厅到卡拉 OK 包房，从节日的祝贺到日常生活中的点缀。这些不紧说明了我们对生活的要求有了质的飞跃，也说明科技在现实运用中有了较大的发展。 1 第一章 方案论证 设计 要求 该节日彩灯应 32个发光二极管构成； 具有十种花型； 各种花型由按键进行切换。 3 / 34 方案设计 方案一：利用单片机设计，框图如图 1所示 通过锁存器 74LS373 把数据存储于集成块中，当 LE 锁存控制端为 1,OE使能端为 0 时，其具有输入功能 ，反之其具有锁存功能，从而驱动发光二级管显示不同的花色。 方案二：利用模电原理设计，电路图如图 2所示 2 图 2 该电路电路用数字电路完成结构复杂，以 RY169电路为核心，加上发光二极管的特性以及继电器的原理构成，故障系数大，不易调试，成本可能较高。 方案论证 利用单片机设计电路，由于使用软硬件结合的方式代替了数字电路的复杂性，所以电路结构简单、调试也相对方便，经4 / 34 济实惠。与第二种方案比较优点是非常明显的。此彩灯精度较高、造价低廉、装调容 易。 经过比较考证后我选第一种方案来完成本次设计。 3 第二章 硬件电路的设计 各单元电路的分析与设计 最小应用系统 1、振荡电路 振荡电路电路图如图 3所示 图 3 在 X1和 X2引脚之间外接晶体振荡器及 2 个谐振电容，就可以够成内部时钟电路，内部时钟电路的晶体振荡频率一般选择在 4 到 12MHZ之间，谐振电容采用 20到 30PF之间的瓷片电容。 5 / 34 时钟电路产生的最小时序单位称为时钟周期，它由晶体振荡器决定的，又称振荡周期。 晶体振荡器的频率为 f=12MHZ，则 时钟周期 =1/f=1/12MHZ= 状态周期 =2X 时钟周期 = 机器周期 =12X 时钟周期 =1us 2、复位电路 复位电路电路图如图 4所示 4 单片机的复位就是对单片机的初始化操作，使单片机内部各寄存器处于一个确定的初始状态，以便进行下一步 操作。 MCS-51 系列单片机的有效复位信号为两个机器周期以上的高电平。其复位的实现通常可以采用开机上电复位和外部手动复位两种方式。如图 4 所示为开机上电复位电路，加电瞬间 RST端的电位与 Vcc相同，随着 RC电路充电电流的减小，RST端的电位逐渐下降。只要保持 10ms以上的高电平就能使单片机有效复位。 6 / 34 锁存控制电路 其锁存功能利用 74LS373来实现，其功能表如表 1 所示，引脚图如图 5所示 锁存使能控制端，如图 5 中的 LE。 只有当锁存使能信号有效时，寄存器才能锁存输入数据(d3d2d1d0)，寄存器状态得到更新。时钟信号经常作为锁存使能端的输入，以便协调时 序电路的工作。 控制输入端， 它的作用可同时影响寄存器的多个输出，如图 5中的 CR。有些控制输入端需要与锁存使能输入端配合才能生效，称这种控制为同步控制。 数据输入端，如图 5 在微控制器单元中，寄存器是十分重要的资源。寄存器的主要作用是快速寄存算术逻辑运算单元运算过程中的数据。熟悉 和了解 MCU 的寄存器是掌握 MCU 应用的关键。 MCU 内部寄存器的位数通常与 MCU 的总线宽度相同，如普通 51 系列单片机的寄存器宽度是 8位，嵌入式控制器和 DSP处理器的寄存器宽度通常是 32位或 48位。 7 / 34 5 目录 1 设 计 思 路 与 方案 . 2 2 系统硬件说明 . 3 MCS-51单片机 . 3 可 编 程 并 行 芯 片8255 . 3 可 发 光 二 极管 . 4 导线 . 4 3 硬件接线图 . 4 4 程8 / 34 序流程图 . 5 5 程序说明 . 6 6 课 程 设 计 总结 . 10 7 参考文献 . 12 1 设计思路与方案 我们小组设计的是节日彩灯，通过 8255 的控制来实现彩灯的不同方式的亮灭，我们主要有以下六种亮灭方式共有 16盏灯 L16-L1， L16-L9是 A组， L8-L1是 B组。 方式一：从两边向中间亮， L16向 L9和 L1向 L8。 方式二：从中间向两边灭亮， L9向 L16 和 L8向 L1。 方式三：左端亮四个， L16-L1 一起亮，右端亮四个， L8-L19 / 34 一起亮。 方式五：左边全亮，右边全不亮，然后右端全亮，左端全不亮。 方式六：隔一亮一， L15 L13 L11 L9 L7 L5 L3 L1亮，然后其他再同时亮。 反复循环此方式，达到节日彩灯的效果，并加入了中断程序，当手动中断时，灯全部灭掉，然后中断返回时，灯保持中断前的工作情况。 总设计原理框图： 2 系统硬件说明 MCS-51单片机 51系列是基本型，包括 8051、 8751、 8031、 8951.这四个机种区别，仅在于片内程序储存器。 8051 为 4KB ROM， 8751 为 4KB EPROM， 8031片内无程序储存器， 8951 为4KB EEPROM。其他性能结构一样，有片内 128B RAM， 2 个 16位定时器 /计数器， 5 个中断源。其中， 8031 性价比较高，又易于开发，目前应用面广泛。我们课题所 10 / 34 用的就是 8031。 可编程并行芯片 8255 8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的 3个 总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口 A、 B、 C口。由于 8255可编程 ,所以必须具有逻辑控制部分，因而 8255 内部结构分为 3 个部分：与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。一个并行输入 /输出的 LSI芯片 ,多功能的 I/O器件 ,可作为 CPU总线与外围的接口。具有 24 个可编程设置的 I/O 口 ,即 3 组 8 位的 I/O口，分别为 PA 口、 PB 口和 PC 口。它们又可分为两组 12 位的 I/O口： A组包括 A口及 C口 (高 4 位 ,PC4PC7),B 组包括B 口及 C口 (低 4位 ,PC0PC3)。 A组可设置为基本的 I/O口 ,闪控 (STROBE)的 I/O 闪控式 ,双向 I/O 三种模式 ;B 组只能设置为基本 I/O 或闪控式 I/O 两种模式 ,而这些操作模式完全由控制寄存器的控制字决定 11 / 34 . 可发光二极管 作为我们课题节日彩灯的发光体，是一种能够将电能转化为光能的半导体，方便观察设计结果。 导线 作为连接单片机与 8255，和与 LED 灯的导体。 3 硬件接线图 4 程序流程图 XX大 学 课 程 设 计 课 程 题 目 节日彩灯控制器设计 院 系 12 / 34 电气信息工程学院测控系 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2016年 3 月 19日 单片机课程设计 XX大学课程设计任务 书 课程 单片 机课 程设计 题目 节日彩灯控制器设计 专业 测控技术与仪器 姓名 一、任务 设计一款基于 AT89C51 单片机的多控制、多闪烁方式的 LED节日彩灯控 制器。 二、设计要求 1 运用 AT89C51单片机作为主控核心，并以按键控制电路、彩灯显示电路以 13 / 34 及单片机最小系统等模块组成彩灯的核心主控制电路。 2 利用软件编程烧录程序到单片机，并通过单片机电路的控制，来实现 LED 彩灯的花样变化及对彩灯花样切换的控制。 3 写出详细的设计报告。 4 给出全部电路和源程序。 三、参考资料 1 刘国钧，陈绍业，王凤翥 .图书馆目录 M.北京：高等教育出版社， 2 刘润华 ,刘立山 .模拟电子技术 J.山东 :石油大学出版社 ,XX. 3 苏成富 .彩灯控制器 J.北京 :电机电器技术 ,2000， . 14 / 34 4 祝富林 .音乐彩灯电路 CS9482J.北京 :电子世界 ,1995， . 5 彭介华 .电子技术课程设计指导 J.北京 :高等教育出版社 ,1997. 完成期限 至 指导教师 专业负责人 2016年 3月 18 日 目 录 第 1 章 绪论 . 1 LED 彩 灯 控 制 器 概述 .15 / 34 . 1 LED 彩 灯 控 制 技 术 状况 . 1 本设计任务 . 2 第 2 章 总体方案设计与论证 . 3 方案比较 . 3 方案论证 .16 / 34 . 4 方案选择 . 4 第 3 章 系 统 硬 件 设计 . 5 直流稳压电源电路设计 . 5 单 片 机 最 小 系 统 设计 . 5 LED 彩 灯 显 示 电 路 设计 .17 / 34 . 6 按 键 控 制 电 路 设计 . 7 串口电路设计 . 8 第 4 章 系 统 的 软 件 设计 . 9 按 键 扫 描 子 程 序 设计 . 9 主程序设计 . 10 18 / 34 第 5 章 系 统 调 试 与 测 试 结 果 分析 . 11 使 用 的 调 试 工 具 及 调 试 环境 . 11 系统调试 . 11 测 试 结 果 及 状 态 分析 . 11 结 论 . 12 19 / 34 参考文献 . 13 附录 1 程序 . 14 附录 2 系 统 仿 真 电 路图 . 16 第 1 章 绪论 彩灯是我国普遍流行的传统的 民间的综合性的工艺品。彩灯艺术也就是灯的综合性的装饰艺术。新中国成立后，彩灯艺术得到了更大的发展，特别是随着我国科学技术的发展，彩灯艺术更是花样翻新，奇招频出。而随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多节日的气氛里可以看到彩色霓虹灯，这种 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了广泛的应用。其将电子、建筑、机械、20 / 34 遥控、声学、光导纤维等新技术、新工艺用于彩灯的设计制作，把形、色、光、声、动相结合，思想性、知识性、趣味性、艺术性相统一。在当今的社会里，彩灯已经成为我们生活的一部分，能给 我们带来视觉上的享受还能美化我们的生活。 LED彩灯控制器概述 新型 LED 彩灯系统包括两大部分，即 LED 彩灯控制器和 LED彩灯管。彩灯控制器是主控模块，具有按键、显示等功能，并利用 89C51 的 P 口输出控制信号；彩灯管是受控模块，上面焊有三色 LED彩灯和信号驱动芯片，模块置于 LED 的透明管内。该 LED 彩灯控制器是一种基于 AT89C51单片机的彩灯控制器，实现对 LED彩灯的控制。其以 AT89C51单片机作为主控核心，与键盘、显示、驱动等模块组成核心主控制模块。如果稍微改动控制电路，就可以改变电路的不同工作状态，控制彩灯变幻出不同的闪烁效果。 LED彩灯控制技术状况 彩灯控制电路是由单元模块电路组合而成的，主要以AT89C51单片机为控制中心，并与按键控制电路、时钟电路、21 / 34 复位电路在直流稳压电路的相互作用下进而控制彩灯亮灭的顺序，从而实现多控制、多闪烁方式的 LED彩灯循环，并用快慢两种节拍实现花型交换。 本设计任务 运用 AT89C51 单片机、三端集成稳压器 7805、 MAX232 芯片等元件组成 LED节日彩灯控制电路中的直流稳压电源电路、按键控制电路、彩灯显示电路、串口电路以及单片机最小系统等模块。并用 Proteus等软件仿真，做出其电路仿真图。 山东大学 威 海 分 校 单片机课程设计 设计 (论文 )题目 基于单片机的节日彩灯设计 姓 名 : 学 号： 22 / 34 学 院： 专 业： 年 级： 指导教师： 2016年 05月 28日 目录 摘 要 . 1 一、绪论 . . 2 23 / 34 LED 彩 灯 控 制 器 概述 . 2 LED 彩 灯 控 制 技 术 状况 . 2 本设计任务 . 3 二 、 系 统 硬 件 设计 . 3 单 片 机 最 小 系 统 设计 . 3 24 / 34 LED 彩 灯 显 示 电 路 设计 . 4 按 键 控 制 电 路 设计 . 5 整体电路 . 6 三 、 系 统 的 软 件 设计 . 7 按 键 扫 描 子 程 序 设计 .25 / 34 . 8 主程序设计 . 8 四 、 系 统 调 试 与 测 试 结 果 分析 . 8 系统调试 . 8 测 试 结 果 及 状 态 分析 . 9 五、实物图 .26 / 34 . 9 结 论 . 10 参 考 文献 . 11 附录 1 程序 . 12 附录 2 系 统 仿 真 电 路图 . 16 本设计用单片机 89C52结合 LED制作一个节日彩灯，它由一块 89C52 组成，通过逐次扫描其中一块的 口，从而依次实现彩灯轮流顺序点亮、倒序点亮的功能。 关 键 词 LED灯 AT-89C52 单片机 27 / 34 ABSTRACT The design with AT-89C52 combined with LEDs to make a holiday lantern, it consists of an AT-89C52. Through successive scan one piece port, which in turn lantern rotation order light, reverse light function. KEY WORDS LED lights AT-89C52 彩灯是我国普遍流行的传统的民间的综合性的工艺品。彩灯艺术也就是灯的综合性的装饰艺术。新中国成立后 ，彩灯艺术得到了更大的发展，特别是随着我国科学技术的发展，彩灯艺术更是花样翻新，奇招频出。而随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多节日的气氛里可以看到彩色霓虹灯，这种 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了广泛的应用。其将电子、建筑、机械、遥控、声学、光导纤维等新技术、新工艺用于彩灯的设计制作，把形、色、光、声、动相结合，思想性、知识性、趣味性、艺术性相统一。在当今的社会里，彩灯已经成为我们生活的一部分，能给我们带来视觉上的享受还能美化我们的生28 / 34 活。 LED彩灯控制器概述 新型 LED 彩灯系统包括两大部分，即 LED 彩灯控制器和 LED彩灯管。彩灯控制器是主控模块，具有按键、显示等功能，并利用 89C51 的 P 口输出控制信号；彩灯管是受控模块，上面焊有三色 LED彩灯和信号驱动芯片，模块置于 LED 的透明管内。该 LED 彩灯控制器是一种基于 AT89C51单片机的彩灯控制 器，实现对 LED彩灯的控制。其以 AT89C51单片机作为主控核心，与键盘、显示、驱动等模块组成核心主控制模块。如果稍微改动控制电路，就可以改变电路的不同工作状态，控制彩灯变幻出不同的闪烁效果。 LED彩灯控制技术状况 彩灯控制电路是由单元模块电路组合而成的，主要以AT89C52单片机为控制中心，并与按键控制电路、时钟电路、复位电路在直流稳压电路的相互作用下进而控制彩灯亮灭的顺序，从而实现多控制、多闪烁方式的 LED彩灯循环。 本设计任务 29 / 34 运用 AT89C52单片机等元件组成 LED节日彩灯控制电路：按键控制电路、彩灯显示电路、以及单片机最小系统等模块。并用 Proteus等软件仿真，做出其电路仿真图。 二、系统硬件设计 为使该 LED 节 日彩灯控制系统具有更加好的方便性和灵活性，我们对系统的硬件做了精心设计。硬件电路包括单片机最小系统、 LED彩灯显示电路、按键控制电路四大模块。 单片机最小系统设计 要使单片机工作起来，最基本的电路的构成由单片机、时钟电路、复位电路等组成。单片机最小系统如图 1-1 所示。 时钟电路：本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个 12MHz 石英晶体振荡器和 2 个 30pF 微调电容，构成稳定的的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。 节日彩灯的设计与制作 30 / 34 【摘要】：本文介绍的是 89C51 单片机为核心，结合寄存器74LS373、或非门 74LS02、发光二极管及限流电阻做成节日彩灯。该彩灯可以变换 10种不同的花型，为节日增加气氛。具有精度较高、成本低、装调容易，有一定的市场价值的特点，实现了对彩灯的控制。 【关键词】：单 片机 寄存器 74LS373 发光二极管 1 前 言 19世纪兴起的单片机以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占有越来越 重要的地位。又有数字电路与模拟电路相比有显而易见的稳定性。近年来，数字电路又有了巨大的发展。可编程逻辑器件的发展和普及最终 使 IC 的设计面向了用户，而这毫无疑问会给用户带来巨大的便捷，从而奠定它在电子电路中的对位。 31 / 34 随着集成技术的进一步提高，各种新技术的出现和应用，人类历史横跨数码时代向更进一步发展已出现在各大型相关企业的宏伟蓝图中。新世纪里谁掌握了新技术谁就得到了获胜的资本，也仅仅是资本而矣。新世纪里电子行业的发展速度令人窒息，闻名的摩尔定律更把许多人威吓在门外。 可以展望，一个由数字构成的新世界即将出现。那将是人类文明的又一飞跃，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，不光是对各种各样的