【毕业学位论文】(Word原稿)单片机八路彩灯-电气自动化技术

毕业设计（论文） ( 2010 届 ) 题目 ： 单片机八路彩灯 系 别 计算机工程系 专业班级 07 电气自动化技术（ 1）班 学生姓名 姚敏伟 学 号 0711030128 导师姓名 黎云汉 讲师 成 绩 20010 年 05 月 14 日 目 录 目 录 I 一、引言 - 1 - （ 一 ） 论文研究的意义 - 1 - （二）论文的主要内容 - 1 - 二、系统硬件电路设计 - 1 - （一）硬件电路分析 - 1 - （二）硬件电路设计 - 2 - 三、系统软件设计 - 4 - （一）软件编程分析 - 4 - （二）编程实现 - 5 - 四、 的仿真实现 - 7 - （一）工程项目的建立及画原理图 - 7 - （二）源程序编写及 件的生成 - 8 - （三）仿真实现 - 8 - 五、 原理图和 的实现 - 9 - （一）原理图实现步骤 - 9 - （ 二 ） 绘制 - 11 - 六、总结 - 12 - 参考文献 - 13 - 致 谢 - 14 - 附录： 源程序清单 - 15 - 附录：元器件清单 - 20 - I 单片机八路彩灯 计算机工程系 07 电气自动化技术（ 1）班 姚敏伟 指导教师：黎云汉 摘要： 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测 技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用 。本文 采用 片机 为核心，利用单片机内部的定时器通过定时控制 I/O 输出，模拟控制八路彩灯的变换，并且通过单片机的串口及开关驱动数码管，实现彩灯各种模式及编号显示，最后通过完成了软件编程，并在 软件环境下进行了模拟仿真，整个电路设计新颖，结构简单，用较少的 I/O 控制线就可以完成八路彩灯的模拟控制。 关键词： 自动控制 八路彩灯 数码管 1 - 一、引言 在单片机技术 日趋成熟的今天，其灵活的硬件电路的设计和软件的设计，让单片机得到了广泛的应用 ， 起到了举足轻重的作用 。各高校也越来越重视单片机的研发与研究。随着单片机的应用领域不断扩展，大量的仿真软件不断的涌现。件是一款非常适合于做仿真模拟实验的软件。它 可以很好地接收或输出各类通用图形数据 。论文设计一种基于单片机实现八路彩灯电路，该电路能够实时显示彩灯模式及编号，具有显示精确，应用广泛等优点。 （一） 论文研究的意义 目前市场上各式样的 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、模式等动态参数。因此有必要对现 有的彩灯控制器进行改进 。 单片机小的系统结构几乎是所有具有可编程硬件的一个缩影 。通过这次利用 单片机 实现八路彩灯模拟仿真控制 的学习和研究是对微机系统学习和研究的简捷途径 。 （二）论文的主要内容 本文设计了一种基于单片机的八路彩灯。首先根据功能要求，拟定了系统的设计方案，在八路彩灯的设计中先简单介绍了 片的应用，确定利用单片机内部定时器作定时控制，设计出原理图。经过系统分析，确定了编程思路，并在 编写汇编源程序，然后在 境下实现了模拟仿真，最后在软件 ，设计原理图并将其转换成 ，进行实物制作。 二、系统硬件电路设计 （一）硬件电路分析 此设计的硬件电路主要核心为 片机，利用单片机实现智能显示和按键设置八路彩灯功能 ，模拟彩灯各种模式的变换。硬件构成主要有 - 2 - 片，外加一些简单的晶振电路和复位电路以及数码管等组成，具有外围电路简单而运作简便，并且具有较好的变换方法，硬件结构框图如图 示。 图 件结构框图 晶振电路：电路采用 12晶振以及两个 30容构成，具有产生单片机所必须的时钟频率，系统的机器周期为 1于实时控制。 复位电路：具有按键复位功能，即可以通过按复位键进行系统复位操作。以上两部分与 起构成单片机的最小系统。 彩灯显示电路：具有显示八路彩灯不同模式的功能，由电阻和发光二极管组成。 数码显示部分：采用七段数码管，用于显示彩灯的显示模式编号。 按键设置部分：为一个按键，主要用于对各种模式的切换。 （二）硬件电路设计 因为本设计的电路结构简单，所以外围电路较少，这样既可节省 成本，也可以精简电路结构，就这样采用单片机内部的定时器进行硬件定时，对于精度上可能会受到影响，总的来说性能方面还是没有减弱，硬件电路原理图如图 示。 - 3 - 图 路原理图 在单片机系统里晶振的作用非常大，结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。单片机的 2晶振，与两个 30p 的电容并联接地，构成 12晶振电路，使单片机系统的晶振频率为 12片机的机器周期刚好为 1样便于程序控制。 复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分 理是电阻给电容充电，电容的电压缓慢上升直到 到 芯片复位脚近似低电平，于是芯片复位，接近 芯片复位脚近高电平，于是芯片停止复位，复位完成。本电路的复位电路有按钮加电容和电阻构成，一端连接到电源，另一端连接单片机的脚，当按钮按下时，电源电 压通过电阻加载到 脚上，使 脚上为高电平，因此使系统不关闭电源就能产生复位操作。 这两个电路再加上单片机 成了单片机的最小系统。 - 4 - 的 分别串联有一个 560 欧姆的电阻和发光二极管，用于显示八路彩灯的各种变换模式。当按键开关按下，就产生低电平，促使单片机分别给了 电平，触发发光二极管，从而依次按照程序设定的模式进行点亮，一直循环运行这种亮灯模式。 的 对应的七段数码管引脚相连，同时 开关与数码管的接地端相连，这样 就当按下开关单片机控制显示彩灯显示电路的同时发送脉冲信号至数码管显示八路彩灯的相对应的模式的编号。 这样就构成了一个完整的八路彩灯的硬件电路的框架。 三、系统软件设计 （一）软件编程分析 本设计采用 为硬件控制核心，程序流程图如图 示： 图 序框图 程序框图解析：当程序开始执行，系统就会扫描时否有按键按下，若是没有，则系统就不会继续执行下去，而是一直执行这段程序。若是有则就会执行判断按- 5 - 键的次数是否大于 7，大于 7 则是数码管显示就清零，重新从 1 开始显示，若是小于 7，则是在原来的基 础上加 1，接着就执行彩灯的显示模式，若没有按键按下，则是循环运行这段彩灯的亮灯模式，若有按键按下，则是跳转到识别按键次数是否大于 7 那段程序重新开始执行，接着就运行另外的数码管显示和彩灯亮灯模式。 （二）编程实现 1. 按键识别如下所示： 0H 1 有按键按下则继续继续进行下去，没有按键按下则是执行死循环。 2. 控制数码管的数字累加显示，关键代码如下： A,#7, 2: A, A,A+A . 当数码管显示数字 1 的时候，就会调用第一种亮灯显示程序，按键没有按下，程序就一直循环执行第一种程序，若有按键切换到第二种方式时，程序就会自动跳转到最开始调用第二种数字显示和亮灯模式，关键代码如下： 1,#1, 6 - 1 1 1: 1,#2,. 后段显示程序主要用于数字延时的显示，限于篇幅省略，详细见附件。 5. 共阴极的数码显示码转换表如下： 表 码管显示码转换表 显示字符 共阴极段码 共阳极段码 0 30H 1 06H 54H 3 40H 4 66H 99H 5 62H 6 72H 7 07H 70H 9 60H - 7 - 四、 的仿真实现 （一）工程项目的建立及画原理图 1. 在 辑窗口中，单击元件列表之上 的“ P”按钮，添加如表 示的元件。 表 器件 元件名称 所属类 所属子类 051 - 0 ED 2. 在 辑窗口中，绘制电路原理图如图 示。 图 的原理图 - 8 - （二）源程序编写及 件的生成 1. 打开单片软件开发系统 击“ 单中的“ 在此下拉菜单中单击“ 项后，弹出“ 话框，键入新建项目名称。 2. 键入新建项目名称并单击“确定 ”按钮后，在弹出的“ 话框中选择合适的单片机型号，如 3. 单击“ 单中的“ 在此菜单下，选择“ ，打开一个空的文本编辑窗口，在此窗口中输入程序，创建新的源程序“电子钟的设计 文件。 4. 在左边的“ 口的“ 中单击文件组，在单击鼠标右键后，在弹出的窗口中选中“ ”选项，将“电子钟的设计 序导入到“ 。 5. 在“ 拉菜单中，选择“ 将会弹出“ 话框，在此对话框中选择中“ 项卡的“ 项。 6. 在“ 拉菜单中，选择“ 。若程序译成功，将生成“八路彩灯的设计 （三）仿真实现 1. 在 辑窗口中， 双击 片，打开对话框，找到前面生成的电子钟的设计 件，将其装入单片机中。 2. 在 工具条中点击仿真按钮，进行电子钟功能的仿真，具体方针效果如图 示。 - 9 - 图 际仿真效果图 五、 原理图和 的实现 （一） 原理图实现步骤 图 原理图的设计流程： 图 理图设计流程 1. 设计图纸大小：首先构思好零件图，设计好图纸大小。图纸大小是根据电路图的规模和复杂程度而定的，设置合适的图纸大小。 2. 设置 9 计环境：包括设置格点大小和类型，光- 10 - 标类型等等，大多数参数也可以使用系统默认值。 3. 旋转零件：根据电路图的需要，将零件从零件库里取出放置到图纸上，并对放置零件的序号、零件封装进行定义和设定等。 4. 原理图布线：利用 9 供的各种工具，将图纸上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图。 5. 调整线路：将初步绘制好的电路图作进一步的调整和修改，使得原理图更加美观。 6. 报表输出 :通过 9 供的各种报表工具生成各种报表，其中最重要的报表是网络表，通过网络表为后续的电路板设计作准备。 7. 文件保存及打印输出 :最后的步骤是文件保存及打印输出。 在 辑窗口中，绘制电路原理图如图 示： 图 - 11 - （二） 绘制 . 画出自己定义的非标准器件的封装库： 将自己所画的器件都放入一个自己建立的 专用设计文件。 2. 设置 计环境： 进入 统后的第一步就是设置 计环境，包括设 置格点大小和类型，光标类型，版层参数，布线参数等。 3. 打开所有要用到的 文件后，调入网络表文件：网络表是 动布线的灵魂，也是原理图设计与印象电路版设计的接口，只有将网络表装入后，才能进行电路版的布线。在原理图设计的过程中， 查不会涉及到零件的封装问题。因此，原理图设计时，零件的封装可能被遗忘，在引进网络表时可以根据设计情况来修改或补充零件的封装。 4. 布置零件封装的位置： 以进行自动布局 ,也可以进行手动布局。如果进行自动布局，运行 “下面的 “ 布线的关键是布局，多数设计者采用手动布局的形式。用鼠标选中一个元件，按住鼠标左键不放，拖住这个元件到达目的地，放开左键，将该元件固定。 5. 布线规则设置：选 般需要重新设置以下几点 :1、安全间距 (签的 2、走线层面和方向（ 签的3、过孔形状（ 签的 4、走线线宽（ 签的 5、敷铜连接形状的设置（ 。 6. 自动布线和手工调整： 1、点击菜单命令 自动布线功能进行设置 2、点击菜单命令 始自动布线 3、对布线进行手工初步调整。若软件运行成功就会在 “ 八路彩灯 文件里生成如图 - 12 - 图 5.3 六、总结 本文通过分析系统功能需求，拟定了硬件电路的实现方案，通过对硬件电路分析和软件编程分析， 完成了八路彩灯的系统设计，并在 境下实现了八路彩灯的仿真，并且在 设计 ，只要对本设计稍加改动，用实际电路板来完成设计，即可作为八路彩灯，也可以作为广告等相应日常营业场所的一部分嵌入到设备中用于彩灯装饰使用，具有较高的使用价值。 - 13 - 参考文献 1 陈建铎 . 单片机原理及应用 . 科学出版社 . 2005 2 胡辉 . 单片机原理及应用设计，中国水利水电出版社 . 2005 3 雎丙东 . 魏泽鼎 电子工业出版社 . 2005 4 陈小忠 . 黄 宁 民邮电出版社 . 2005 5 祁伟 . 杨亭 51 程序设计教程与试验，北京航空航天大学出版社 . 2006 6 李朝清 . 单片机原理及接口技术，北京航空航天大学出版社 . 2005 7 李中发 . 电子技术基础 中国水利水电出版社 . 2006 8 侯玉宝 . 基于 51 系列单片机设计与仿真 . 电子工业出版社 . 2008 9 郭建江 . 单片机技术及应用 . 南京：东南大学出版社 . 2008 10 李广弟等 . 单片机基础 . 北京：北京航空航天大学出版社 . 2001 - 14 - 致 谢 在这次的毕业设计中，我要衷心地感谢我的 指导老师 黎云汉老师， 我从 他 身上学到了很多东西。 他 认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我 受益 匪浅 。平时他虽然课务繁忙但是总是抽出时间来辅导我们，我非常感动，他那认真负责的工作的态度，让我感到他是一位对我无私奉献的老师。 无论在理论 分析 上 ， 还是在实践 指导 中， 他 都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高 ， 这对于我以后的工作和学习都有 很 大的帮助 。 感谢 他 耐心的辅导 与帮助，使我能够及时、顺利地完成此次的毕业设计 。 姚敏伟 2010 年 05 月 14 日 - 15 - 附录： 源程序清单 0H 1 A,#7, 2: A, A,A+ 1,1,#1