毕业设计论文基于单片机的节日彩灯控制器的设计.doc

毕 业 设 计 题 目 基于单片机的节日彩灯控制器的设计 完成时间 2014年5月9日 摘 要单片机又称单片微控制器，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机是把主要计算机功能部件都集成在一块芯片上的微型计算机。单片机即单片微型计算机，是集CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。本文介绍一种新型的彩灯控制系统的设计方法，以AT89C52单片机作为主控核心，与按键，LED等较少的辅助硬件电路相结合，利用软件实现对彩灯进行控制。单片机具有体积小、硬件少、质量轻、价格便宜、为学习、应用和电路结构简单及容易操作等优点，为学习开发提供了便利条件。本文首先描述系统硬件工作原理，并附以系统结构框图加以说明，着重介绍了本系统所应用的各硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程,其次，详细阐述了程序的各个模块和实现过程。本设计以数字集成电路技术为基础，单片机技术为核心。本文编写的主导思想是软硬件相结合，以硬件为基础，来进行各功能模块的编写。关键词:AT89C52单片机；彩灯控制器；LED共阳极；AbstractAlso called the single chip micro controller, usually abbreviated as MCU English letters of SCM, SCM is the main computer components are integrated in a chip micro-computer. Single chip microcomputer, is set to CPU, RAM, ROM, timing, counting and variety of interface integrated micro controller. This paper introduces a new type of lantern design method of control system, MCU AT89C52 as the control core, with the push of a button, hardware assisted LED less combination, realization of software used to control the lantern. SCM has a small size, less hardware, light weight, cheap, for the study, application and the circuit structure is simple and easy to operate, provides convenient conditions for the development of learning.This paper first describes the system hardware work principle, and attached to the system block diagram to illustrate, emphatically introduces the function and working process of this system, the application of the hardware interface technology and the interface module secondly, expounded the program modules and the realization process. The design is based on digital integrated circuit technology, single-chip technology as the core. In this paper the compiling principle is the combination of software and hardware, hardware based, prepared to carry out every function module.KEY WORDS：AT89C52 MCU; LED; common anode;毕业设计(论文)任务书学院：长沙职业技术学院 系级教学单位：机械工程系系别机械工程系专业机电一体化学生姓名向刚班级机1101毕业论文（设计）题目由于单片机的节日彩灯控制器的设计选题背景和意义 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了广泛的应用,用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。依所学专业知识，通过毕业设计着重培养和训练同学们提高分析和解决问题的能力，受到初步的工程技术训练，树立起正确的工作态度和理论联系实际工作作风。必须以严肃认真的态度，独立完成毕业设计任务。任务及技术要求以AT89C52单片机为核心，设计一节日彩灯控制器，课题内容如下：1按键P1.2开始，按下此键则灯开始流动，即依次点亮（由上至下）；2按键P1.3停止，按下此键则灯停止流动，所有灯灭；3按键P1.4上，按下此键则灯开始由上向下流动，即循环点亮；4按键P1.5下，按下此键则灯开始由下向上流动，即循环点亮；工作原理：本质上是按键控制的流水灯，其中的LED采用共阳极接法，通过依次向连接LED的I/O口送出低电平，达到设计要求，画出设计电路图，写出设计程序。研究方法资料查阅、整理、绘图及编制主要参考文献1.实用电子线路相关书籍。2.节日彩灯控制电路相关文献与相关元器件的说明书。3周兴华编著.手把手教你学单片机程序设计 北京航空航天大学出版社 2012 年6月。进度安排2013年12月1日元月1日：选题、定题,收集资料;2014年2月1日4月15日：完成毕业设计初稿（含电路图、程序编写）；2014年4月16日4月30日：毕业设计初稿评阅；2014年5月1日5月15日：毕业设计再审评阅；2014年5月26日：打印整理所有资料、答辩、评定成绩。指导教师签名：年 月 日系主任签名：年 月 日说明：如计算机输入，表题黑体小三号字，内容五号字。本任务书一式二份，教师、学生各执一份。目 录摘 要IAbstractII毕业设计(论文)任务书III目 录IV第一章 绪论11.1 课题背景11.1.1课题的国内外现状11.1.2课题的发展趋势11.1.3本文研究的主要内容2第2章 芯片及元件原理52.1 AT89C52单片机52.1.1 单片机的发展52.1.2 AT89C52的结构62.1.3 AT89C52的引脚及其特性72.2 74LS373地址锁存器122.2.1 74LS373的引脚介绍122.2.2 74LS373的功能122.3 本章小结133.1 定时与复位模块143.1.1时钟电路143.1.2复位电路143.2 按键模块和输出模块153.3 本章小结184.1 程序框图194.1.1软件系统中的主程序流程图194.2 程序204.3 本章小结22结 论23附 件24毕业设计诚信声明25第一章 绪论1.1 课题背景1.1.1课题的国内外现状由于国内生活水平不断提高，人民向往较佳的生活质素，对灯具灯饰也不断提出了新要求，经有关调查，近年内地灯饰市场有以下情况： 功能细分：人们要求灯具能符合不同场合，不同照光功能的需求日益增高，因此适用于各种使用要求的灯具逐应运而生，如学生灯、书写灯、应急灯、日光灯、霞光灯、晚餐灯以及不同照度的强光灯、不同高度的落地灯等新品层出不穷。 高技术化：由于电子技术被广泛用于灯具的制造，适应不同的电压，使可调节亮度的第三代照光灯具多起来，如无频闪灯、3种波长色谱可调灯，放射远红外光灯等具备保护视力功能的灯具也开始推出市场。 多功能化：符合当前的消费时尚，集多种功能于一体的灯，如床头兼作光敏电话自控灯、带八音盒台灯等，是近年另一需求特点。 节能环保：新推出的高科技无频闪书写灯，光线平稳并可节能源50%，这种灯具很受消费者的欢迎。环保是灯具生产技术的崭新主题，显示人们对居室生态环境的重视，这亦是未来家居照明的主要发展方向。 国际灯具行业现代化产品设计的潮流是：减小产品的尺寸，以减少材料的投入；现代社会对产品的开以制造最重要的着眼点是“经济”和“环境保护”。照明产品最好能体现这一潮流的是紧凑荧光灯，细管径，超细管径直管荧光灯和无汞的射频(RF)或微波(MW)激发的硫灯。紧凑型荧光灯直径和尺寸，它们的形式多种多样用途也十分广泛。一般来说，它们有5倍于白炽灯的光效和8倍于白炽灯的寿命。因此，它们是绿色照明工程的推荐产品，使用紧凑型荧光灯的灯具也日益多见。 1.1.2课题的发展趋势彩灯的发展趋势有：(1)向高效节能方向发展；首先是采用节能光源，然后是按照节能光的尺寸、形状，精心设计灯具的光学系统，真正提高灯光的有效利用率。如在射灯中，选用光色好的高强度气体放电灯，可造成一个光线弥散、均匀柔和的照明环境，且灯具的保护角小、效率高，能较好地显示建筑物结构。(2)向集成可调化方向发展技术的迅速发展；各种集成化装置和电子算机控制系统对灯具和照明系统的应用取得了显著的进步，如应用电子镇流器对灯具及照明系统进行调光、遥控、控制光色。(3)向多功能小型化发展随着紧凑型光源的发展；镇流器等灯用电器配件的超小、超薄、各种新技术、新工艺的不断采用，现代灯具正在向小型、实用和多功能方向发展。(4)向装配系列化转现代灯具的选型追求简洁明快；淘汰了过去一味追求表面华美的造型及过分装饰的风格。既强调个性，又强调与背景环境的协调，还注重表现灯具材料的质感。为了保证照明条件和视觉的舒适感，灯具大都配有各种系列成套的配件选择，以使用户根据需要自我调整。1.1.3本文研究的主要内容彩灯控制是以彩灯为主，从调光灯、触摸灯和延迟灯电子控制器到节能灯、遥控灯和自控方便灯电子控制器的专用设备，种类繁多。这是一种传统的灯具方式，虽然彩灯成本较低，但由于采用接触式控制彩灯方式显示花样信息，因此，受干扰较大，甚至不会显示信息，目前灯具的设计观念未能与时俱进，零配件质量很差。工业照明、公共照明等大型高附加值、高档次或新型灯具产品很少。灯具产品科技含量低、档次不高将在一定程度上削弱了未来我灯具产品的竞争力。灯具样式缺乏特色，存在安全隐患。设计中主要依据彩灯控制电路，电路最大的特点是稳压和整流装置，只顾按键、二极管、按钮及很少的阻容器件便能实现各种花样等自然的变换，并能即按即变，永久保存。在国外已经得到了广泛地应用，国内的应用正在渗透到传统的家电领域、通信领域、装饰领域及待开发的领域。在装饰领域方面，采用彩灯控制电路，加强了人机联系，如会显示数字和汉字的大型彩灯组，从而有效的提高审美观念，方便了使用者；更为人们所熟悉。大至工业领域，小到玩具、彩灯据此本文介绍了用新偏控制的方式，通过单片机AT89C52和地址锁存器做成得彩灯控制器。因为AT89C52在片内含有Flash存储器，而地址锁存器可将片内信息存于闪烁存储器中，而且有自动变换花样高质量、自然的还原技术。另外，它内置微控制器串行通信接口，可通过单片机AT89C52实现其所有功能。要制作彩灯控制器，需要将单片机与彩灯芯片的控制端口进行连接，并对单片机进行编程，使其实现相应的功能；还要将单片机的输出口连接键盘和显示器，使其控制相应的功能并得到显示。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。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，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。本文由按键控制功能的流水灯，LED工作的方式通过键盘的扫描实现。其中的LED采取共阳极接法，通过依次向连接LED的/口送出低电平，可实现题目要求的功能。根据设计任务要求介绍的彩灯控制电路的基本组成，可以确定彩灯控制器应由振荡电路、计数/时序分配电路、移位位寄存器和彩灯显示五部分组成。第2章 芯片及元件原理2.1 AT89C52单片机 2.1.1 单片机的发展Intel公司单片机是目前应用最广、品种最多的单片机。Intel公司于1976年推出MCS-48系列单片机，该系列最典型的产品为8048，它是在一个40只引脚的大规模集成电路内，包含有8位CPU，1K字节ROM的程序存储器，64个字节RAM的数据存储器，一个8位定时器，27根输入/输出线Intel公司在MCS-48的基础上，在80年代初又推出了MCS-51系列的高性能的8位单片机。它与MCS-48系列相比，在片内存储器容量、I/O口的功能以及指令系统功能等方面，都大大地得到加强，MCS-51系列单片机特别适于实时控制、智能仪表、主从结构的多机系统等领域，是工业检测、控制领域中最理想的8位单片机。从应用的角度看，MCS-51单片机具有如下的一些特点：集成度高、系统结构简单、系统扩展方便、可靠性高、处理功能强、速度高、容易产品化等特点。MCS-51系列单片机的三个基本产品为8031、8751、8051。他们的引脚与指令完全兼容，但在应用结构及应用特性方面存在一些差异。8031内部包括一个8位的CPU、128个字节的RAM，21个特殊功能寄存器、4个8位并行I/O口、1个全双工的串行口，2个16位的定时器/计数器，但程序存储器需外扩EPROM芯片。8051是在8031的基础上，片内又集成有4KROM，作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。ROM内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，出厂的8051都是含有特殊用途的单片机。所以8051应用程序已定，批量大的单片机产品中，由于以上限制，目前在国内很少采用。8751是在8031的基础上，增加了4K字节的EPROM，它构成了一个程序小于4K的小系统。用户可以将程序固化在EPROM中，可以反复修改程序。但其价格相对于8031较贵。8031外扩一片4K EPROM的就相当于8751，它的最大优点是价格低，目前在我国得到了广泛的应用。随着大规模集成技术的不断发展，能装入片内的外围接口电路也可是大规模的。Intel公司在MCS-51系列三种基本型产品(8031，8051，8751)的基础上又推出各类增强型系列产品，即所谓的高档单片机，其主要的增强型产品如下：(1)8032/8052/8752 将原来的8031/8051/8751进行扩展，内部RAM增到256字节，8752/8052片内的程序存储器容量增到8K字节，定时器/计数器增至3个16位计数器，有6个中断源。(2)低功耗的CHMOS工艺芯片80C31BH/87C51/80C51BH 这种芯片允许电流波动范围较大,并有两种掉点工作方式： 一种工作方式是CPU停止工作，其它部分仍继续工作；另一种掉电工作方式是，除片内RAM继续保持数据外，其它部分都停止工作。此类单片机的功耗低，非常适用于电池供电或其它要求低功耗的场合。(3)具有高级语言编程的芯片8052H-BASIC 芯片内固化有MCSBASIC52解释程序，软件开发比较方便。此外还有实现BCD码的浮点运算以及十六进制数和十进制数的转换。BASIC52语言能和MCS-51汇编语言混合使用，(4)高性能的8XCX52系列 在8052的基础上，采用CHMOS工艺，并将MCS-96系列中的一些I/O部件如：高速输入/输出(HIS/HSO)。A/D转换器、脉冲宽度调制、看门狗定时器等移植进来构成新一代MCS-51产品，80C252/87C252/83C252是MCS-51目前系列中的最新产品。PHILIPS公司生产的8XC552系列即为此类产品。目前此类单片机在我国已得到了较为广泛的应用。(5)低功耗高性能的89C51 北京集成电路设计中心推出的BI/Atu89C51单片机，是一个低功耗、高性能含有4K字节快擦写可编程/擦除只读存储器的8位CMOS单片机，时钟频率高达20MHz，与8031的引脚和指令系统完全兼容。芯片上的EPROM允许在线(+5V)电擦除、电写入或采用通用的非易失存储编程器对程序存储器重复编程。此外，BI/Atu89C51还支持由软件选择的两种掉电工作方式，非常适用于电池供电或其他要求功耗低的场合。由于芯片内的4K程序存储器可在线或用编程器重复编程，受到设计者的欢迎，并得到较为广泛的应用。2.1.2 AT89C52的结构ATMEL公司的89系列单片机是ATMEL公司的8位Flash单片机。这个系列单片机最吸引人的特点就是在片内含有Flash存储器，因此，它有十分广泛的用途，特别是在便携式和需要特殊信息保存的仪器和系统中显得更加有用。这里主要介绍主流AT89系列中的AT89C52，而本次使用的AT89C52与AT89C52相互兼容可替换，芯片引脚相同，只是多一个个定时计数器，RAM间接寻址中多出256个字节。AT89C52系列单片机对于一般用户来说，存在3个明显的特点：(1)内含Flash存储器 因此在应用系统的开发过程中可以十分容易的进行程序的修改，这就大大缩短了系统的开发周期；同时，在系统工作过程中，能有效的保存一些数据信息，即使外接电源损坏也不影响信息的保存。(2)与80C51插座兼容 AT89C52系列单片机的引脚与80C51是一样的，当用AT89C52单片机取代80C51时，可以直接进行取代。这时，不管采用40引脚还是44引脚的产品，只要用相同引脚的AT89C52单片机取代80C51的单片机即可。(3)静态时钟方式 AT89C52单片机采用静态时钟方式，所以可以节省电能。这对于降低便携式产品的功耗十分有用。AT89C52单片机的内部结构与一般单片机相似，有CPU、存储器和I/O接口等部件。AT89C52是ATMEL公司的8位Flash单片机系列，这个系列单片机的最大特点是在片内含有Flash存储器，因此，在应用中有广泛的前景和用途，特别是在便携式，省电及特殊信息保存的仪器和系统中显得更为有用。89系列单片机若干优点：内部含Flash存储器，在系统的开发过程中可以十分容易进行程序修改，大大缩短了系统的开发周期，同时，在系统工作过程中能有效保存一些数据信息，即使外界电源损坏也不会影响到信息的保存；与80c51插座兼容，用相同引脚的89系列单片机可直接取代80c51的单片机；静态时钟方式，89系列单片机采用静态的时钟方式所以可以节省电能，这对于降低便携式产品的功耗十分有用；错误编程亦无废品产生，一般的OTP产品，一旦编程编误即成废品，而89系列的单片机内部采用了Flash memory，所以错误编程之后仍可重新编程，直到正确为止，故不存在废品；可进行反复系统试验，用89系列单片机设计的系统，可以反复进行系统试验，每次试验可以编入不同的程序，这样保证用户的系统设计达到最优，而且，随用户的需要和发展，还可以修改，使系统不断能追随用户的最新要求。89C51在89系列单片机中属标准型单片机，它和MCS-51系列单片机兼容。内部有4K可重复编程的Flash memory，可进行1000次擦写操作，全静态工作为小33MHz，有三级程序存储器加密锁定，有内部含128-56字节的RAM，32条可编程的FO端口，有2个16位定时器/计数器，有通用串行接口，有低电压空闲及电源下降方式；中断有6级。2.1.3 AT89C52的引脚及其特性AT89C52 ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机片内含8K byTES的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 byTES 。的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052 产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU ）和FLASH由存储单元，功能强大AT89C52单片适用于许多较为复杂控制应用场合。主要性能参数：（1） 与Mcs-51产品指令和引脚完全兼容。（2） 8字节可重擦写FLASH闪速存储器（3） 1000 次擦写周期（4） 全静态操作：0HZ-24MHZ（5） 三级加密程序存储器（6） 256X8字节内部RAM（7） 32个可编程I/0口线（8） 3个16 位定时计数器（9） 8个中断源（10） 可编程串行UART通道（11） 低功耗空闲和掉电模式功能特性：AT89C52 提供以下标准功能：8字节FLASH闪速存储器，256字竹内部RAM , 32个I/O口线，3个16 位定时计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89c52可降至OHz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电上作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM，定时计数器串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。功能引脚说明：Vcc:电源电压；GND:地；P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向1/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时每位能吸收电流的方式驱动8个TTL 逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部 上拉电阻。在FLASH由编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字 节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，Pl的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。与AT89C52不同之处是，P1.0 和P1.1还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（Pl.0/T2 ）和输入（P1.1/T2EX)，如表（1)， flash编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址。P2口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑电路。对端口P2写“l，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOvxDPTR 指令）时，P2送出高8 位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器、如执行MOVXRI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。 P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流 。P3口除了作为一般的I/0口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表（2）所示。此外，P3口还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活,此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN：程序储存允许PSEN输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH ) , EA端必须保持低电平(接地）需注怠的是：如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端）, CPU则执行内部程序存储器中的指令。flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP 。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。表（1） P1.O 和P1.l 的第二功能端口引脚 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号第二功能 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号P1.0upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号T2，时钟输出upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号P1.1 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号T2EX（定时/计数器2upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号表（2） P3第二功能端口引脚 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号第二功能 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号P3.0 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号RXD（串行输入口 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号P3.1 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号TXD（串行输出口 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号P3.2 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号INTO（外中断0 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号P3.3 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号INTO（外中断l) upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号P3.4 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号TO （定时计数器0 ) upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号P3.5 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号Tl （定时计数器l ) upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号P3.6 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号WR（外部数据存储器写选通） upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号P3.7 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号RD（外部数据存储器读选通） upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号 特殊功能寄存器：在AT89C52片内存储器中，80H-FFH共128个单元为特殊功能寄存器（SFE ) , SFR的地址空间映象如表2所示。并非所有的地址都被定义，从80H-FFH共128 个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数位将不确定，而写入的数据也将丢失。不应将数据1写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。中断寄存器：AT89C52有6个中断源，2个中断优先级，lE寄存器控制各中断位，lP寄存器中6个中断源的每一个可定为2个优先级。数据存储器：AT89C52有256个字节的内部RAM , 80HFFH高128个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字竹的RAM和殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。当一条指令访问7FH以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128字节RAM还是访问特殊功能寄存器。如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。例如，下面的直接寻址指令访问特殊功能寄存器0A0H（即P2口）地址单元。MOV 0A0H ，#data间接寻址指令访问高128字节RAM ，例如下面的间接子址指令中，R0的内容为OAOH ，则访问数据字节地址为0A0H , 而不是P2口（0A0H ）。MOV RO，#data 堆栈操作也是间接寻址方式，所以，高128位数据RAM亦可作为堆栈区使用。定时器O和定时器1AT89C52的定时器O和定时器1的工作方式与AT89C51相同。定时2定时器2是一个16位定时计数器。它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2CON（如表3 ）的C/T2位选择。定时器2有三种工作方式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式，工作方式由T2CON的控制位来选择，参见表（3）。表（3） 定时器2 工作方式RCLX + TCLK upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号CP/RL2 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号TR2 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号MODE upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号0 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号O upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号1 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号16-bit auto-reload upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号0 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号1 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号1 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号16-bit Capture upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号1 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号X upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号1 upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号BaUd Rate Generator upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号X upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号X upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号O upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号(off) upF838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号 定时器2由两个8位寄存器TH2和TL2组成，在定时器工作方式中，每个机器周期TL2寄存器的值加1 ，由于一个机器周期由12个振荡时钟构成，因此，计数速率为振荡频率的1/l2 。在计数工作方式时，当T2引脚上外部输入信号产生由1至O的下降沿时，寄存器的值加1，在这种工作方式下，每个机器周期的5SP2期间，对外部输入进行采样。若在第一个机器周期中采到的值为1，而在下一个机器周期中采到的值为0 , 则在紧跟着的下一个周期的S3P1期间寄存器加l 。由于识别1至0的跳变需要2个机器周期（24个振荡周期），因此，最高计数速率为振荡频率的1/24 为确保采样的正确性，要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间，以保证输入信号至少被采样一次。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。2.2 74LS373地址锁存器2.2.1 74LS373的引脚介绍74LS373是一个三态门的8D锁存器，也是带允许输出端的8D锁存器，有8个D输入端，8个Q输出端，一个时钟输入端CP，一个锁存允许信号E。373引脚功能如表3-1所示： D0D7：数据输入端；OE：三态允许控制端(低电平有效)；LE：锁存允许端；O0-O7：输出端。表（4） 74LS373引脚功能表输出控制LE使G输入D输出QLHHHLHLLLLXQoHXXZ图1 74LS373引脚2.2.2 74LS373的功能74LS373是带有三态门的八D锁存器，当使能信号线OE为低电平时，三态门处于导通状态，允许1Q-8Q输出到OUT1-OUT8，当OE端为高电平时，输出三态门断开，输出线OUT1-OUT8处于浮空状态。G称为数据打入线，当74LS373用作地址锁存器时，首先应使三态门的使能信号OE为低电平，这时，当G端输入端为高电平时，锁存器输出（1Q-8Q）状态和输入端（1D-8D）状态相同；当G端从高电平返回到低电平（下降沿）时，输入端（1D-8D）的数据锁入1Q-8Q的八位锁存器中。当用74LS373作为地址锁存器时，它们的G端可直接与单片机的锁存控制信号端ALE相连，在ALE下降沿进行地址锁存。锁存器就是把当前的状态锁存起来，使CPU送出的数据在接口电路的输出端保持一段时间锁存后状态不再发生变化，直到解除锁定。还有些芯片具有锁存器，芯片74LS373就具有锁存的功能，它可以通过把一个引脚置高后，输出就会保持现有的状态，直到把该引脚清0后才能继续变化。锁存器用于存储数据来进行交换，使数据稳定下来保持一段时间不变化，直到新的数据将其替换。2.3 本章小结本章是对用到的元件引脚功能和硬件结构的。首先对AT89C52系列的单片机进行了简单的介绍，从硬件结构和功能方面进行了比较。其次对设计中用到的主控芯片AT89C52单片机的引脚和内部结构进行了介绍。最后对本科学习课程中地址锁存器进行了详细的介绍，对主要用到的74LS373八D锁存器模块的结构和引脚都作了详细地介绍，本章对单片机硬件方面进行了较全面地介绍，也为系统的设计提供了理论知识。第三章 硬件电路设计3.1 定时与复位模块3.1.1时钟电路单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。(1)时钟电路 89C52单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路如图2所示。图2中，电容器Cl，C2起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在5-30pF。晶振频率的典型值为12MHz，采用6MHz的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟情号比较稳定，实用电路中使用较多。图2 时钟电路图外部振荡方式是把外部已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适宜用来使单片机的时钟与外部信号保持同步。3.1.2复位电路当89C52单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。常用的上电复位电路电容C1和电阻R1对电源+5V来说构成微分电路。上电后，保持RST一段高电平时间，由于单片机内的等效电阻的作用，不用图中电阻R1，也能达到上电复位的操作功能，如图3所示。 图3 开关复位电路开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位常用的上电或开关复位电路如图3所示。上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RESET持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RESET为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。3.2 按键模块和输出模块本设计使用发光二极管来作为彩灯使用。发光二极管具有单向导电性。 当反向电压增加到某一定数值时，反向电流急增，产生反向击穿。二极管的工作原理：晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管(Ge管)和硅二极管(Si管)。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流(不超过几十毫安)，适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流(几安到几十安)，主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极