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基于单片机的彩灯控制【摘要】：介绍了一种基于单片机的多功能彩灯控制系统的设计方法与实现。以AT89C52为主控芯片，用4个74HC595作为驱动模块，采用32个LED作为显示模块，具有6个功能按键来实现彩灯的个个功能，实现多种彩灯花样循环显示。【关键词】：AT89C52；74HC595；LED循环彩灯1 引言：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，从歌舞厅到卡拉OK 包房，从节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，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，造价低廉以及控制简单等特点而得到了广泛的应用。但目前市场上各式样的 LED 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。因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。本文提出了一种基于AT89C52 单片机的彩灯控制方案，实现对LED 彩灯的多功能循环控制。2 硬件设计2.1 主控芯片：2.1.1 AT89C52芯片介绍：图2.1VCC：供电电压。 GND：接地。P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/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 8gTTL 逻辑门电路，对端口 P0 写“1” 时，可作为高阻抗输入端用。在访问个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 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 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 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(IIL)。与 AT89C51 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(P1.0/T2)和输入。Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低 8 位地址。表.P1.0 和 P1.1 的第二功能 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 逻辑门电路。对端口 P2 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(IIL)。在访问外部程序存储 器或 16 位地址的外部数据存储器时，P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地 址的外部数据存储器时，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 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(IIL)。P3 口除 了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能 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。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性：AT89C52 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片 外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容 C1、C2 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。使用石英晶体，我们推荐电容使 用 30pF10pF，使用陶瓷谐振器建议选择40pF10F。用户也可以采用外部时钟。这种 情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2 则悬空。2.1.2 AT89C52 主要特性：兼容 MCS51 指令系统，8k可反复擦写(1000 次)Flash ROM32 个双向 I/O 口，256x8bit 内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断，时钟频率0-24MHz 2个串行中断，可编程UART串行通道2个外部中断源，共6个中断源 2个读写中断口线，3级加密位低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功。2.2 最小系统电路：2.2.1 时钟电路： 单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准，时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。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，时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡和外部振荡。本系统设计采用内部振荡方式。 MCS-51 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTALl 和XTAL2 分别是此放大电器的输入端和输出端，由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳定，实际使用中常采用这种方式。给AT89C52单片机加上时钟电路和复位电路就构成了一个最小系统。时钟电路用于提供单片机工作时所需的时钟信号。复位电路用于单片机的上电复位，以使单片机从一个稳定确定的状态开始工作。由于不使用P0口，故可省去其上拉电阻。本实验采用外接5V电压来供电实现主控芯片与个个模块的工作。图2.22.3 驱动模块：2.3.1 74HC595介绍：Q0 Q7并行数据输出 GND接地 Q7串行数据输出MR主复位(低电平) SH_CP移位寄存器时钟输入 ST_CP存储寄存器时钟输入 OE输出有效(低电平) DS串行数据输入 VCC电源 2.3.2 74HC595主要特性：8 位串行输入 /8 位串行或并行输出 存储状态寄存器，三种状态输出寄存器可 以直接清除 100MHz 的移位频率。并行输出，总线驱动。595 移位寄存器有一个串 行移位输入(Ds)，和一个串行输出(Q7),和一个异步的低电平复位，存储寄存 器有一个并行 8 位的，具备三态的总线输出，当使能 OE 时(为低电平)，存储寄 存器的数据输出到总线。2.3.3 驱动模块： 本设计用 74HC595 作为驱动，有 4 个 74HC595 构成驱动模块，将单片机的P2.0，P2.1，P2.3，P2.2 口分别与 595 的 SH_CP，DS，ST_CP，MR 相连，并注上相应标号。DS 作为数据口，SH_CP 和 ST_CP 作为时钟，第一个 595 的输入端 DS 与 P2.1口相连，第一个595输出端Q7与第二个595输入端DS相连，直到连到最后一个。将输出端与 LED 相连构成驱动模块2.3.4 74HC595 驱动模块工作原理：本设计采用 AT89C52 的 P2口输出信号，P2.0 和 P2.3 作为时钟输入，用了 4 个 74HC595。上电后P2.1口输出信号给595，74HC595 是含8位串入、串/并出移位寄存器和8位三态输出锁存器。寄存器和锁存器都有自己的时钟输入，都是上升沿有效。当 SH_CP 从低到高电平跳变时，串行输入数据移入寄存器；当 ST_CP 从低到高电平跳变时，寄存器的数据置入锁存器；清除端MR 的低电平只对寄存器复位(Q7为低电平)，而对锁存器无影响。当输出允许控制OE为高电平时，并行输出(O0-O7)为高阻态，而串行输出(Q7)不受影响。74HC595 最多只需要5 根控制线，即SH_CP、DS、ST_CP、 MR 和OE。其中MR可以直接接到高电平，用软件来实现寄存器清零;把SH_CP、ST_CP、 MR三根线和单片机的P2.0、P2.3、P2.2 口相接，数据从DS 口送入74HC595，在每个SH_CP 的上升沿，DS 口上的数据移入寄存器，在SH_CP的第9 个上升沿，数据开始从Q7 移出。把第一个 74HC595 的 Q7 和第二个 74HC595 的 DS 相连，数据即移入第二个 74HC595 中，照此一个一个接下去，直到接到第 4 个。数据全部送完后，给 ST_CP 一 个上升沿，寄存器中的数据置入锁存器。如果OE 为低电平，数据即从并口Q0-Q7 输出， 把Q0-Q7 与八个LED 相连，LED 就可以实现显示了。图2.32.4 显示模块：显示模块有 32 个 LED 构成，分成 4 行 8 列，每行 8 个，每列 4 个。每个 LED 分别与0.47k的电阻相连，在接上5V电源。当程序烧入单片机，上电后在 595 的驱动下按程序循环显示。图2.42.5 功能按键模块：按键K1采用AT89C52的外部中断0来实现，按键K2、K3、K4、K5、K6通过一个与非门电路采用AT89C52的外部中断1来实现个个功能键。按键电路原理图如下：图2.53 软件设计3.1主程序流程图：系统软件流程图如下图所示。系统上电启动后，LED显示OK，等待按键选择彩灯显示模式。当K3按下，彩灯自动循环显示，当显示OK表示为一个周期。程序流程图如下：开始初始化各模块显示OK判断是哪个显示模式？跳转对应模式子程序显示图3.13.2程序简介本设计用了P2 口的P2.0，P2.1，P2.2 和P2.3来控制74HC595与输出显示数据。程序有主程序，子程序，延时程序。 定 义LED 低电平亮高电平灭。由于显示方式比较多，需要定义一个数组来存放显示数据。当显示方式比较简单逐个点亮时还可以调用流水灯程序段。延时一定时间后按显示数据 依次显示下去直到最后一种显示方式。延时一定时间后循环继续显示。4 彩灯控制系统的仿真：图4.1显示OK图4.2图4.3图4.4图4.55 参考文献：【1】电子驿站. AT89C52中文资料，电子驿站【2】赵全利、肖兴达，单片机原理及应用教程，第二版，北京：机械工业出版社，2012.1【3】潘新民、王燕芳，微型计算机控制技术，第二版，北京：电子工业出版社，2011.1【4】谭浩强，C语言程序设计，第二版，北京：清华大学出版社，2008.11附录1 系统电路图：附录2 源程序：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned long#define BUF_LONG 182unsigned char key=8; ulong data_1;uint spend=0;uint stop=0;sbit ST_CP=P23;sbit SH_CP=P20;sbit MR=P22;sbit DS=P21;sbit TT=P27;sbit SS=P10;void delay_ms(uint);void writ_data(ulong);void int_init();void show0();void show1();void show2();void show3();void show4();void show5();void show6();void show7();void show8();ulong code data_bufBUF_LONG=0xfefefefe,0xfdfdfdfd,0xfbfbfbfb,0xf7f7f7f7,0xefefefef,0xdfdfdfdf,0xbfbfbfbf,0x7f7f7f7f,0xbfbfbfbf,0xdfdfdfdf,0xefefefef,0xf7f7f7f7,0xfbfbfbfb,0xfdfdfdfd,0xfefefefe,0x55aa55aa,0xaa55aa55,0xffffffff,0xfffefeff,0xfffcfcff,0xfff8f8ff,0xfff0f0ff,0xffe1e1ff,0xffc3c3ff,0xff8787ff,0xff0f0fff,0x7f1f1f7f,0x3f3f3f3f,0x1f7f7f1f,0x0fffff0f,0x87ffff87,0xc3ffffc3,0xe1ffffe1,0xf0fffff0,0xf8fefef8,0xfcfefefc,0xfefefefe,0xfcfefefc,0xf8fefef8,0xf0fffff0,0xe1ffffe1,0xc3ffffc3,0x87ffff87,0x0fffff0f,0x1f7f7f1f,0x3f3f3f3f,0x7f1f1f7f,0xff0f0fff,0xff8787ff,0xffc3c3ff,0xffe1e1ff,0xfff0f0ff,0xfff8f8ff,0xfffcfcff,0xfffefeff,0xffffffff,0x55fe7faa,0xaa7ffe55,0xfffffffe,0xfffffefc,0xfffefcf8,0xfefcf8f0,0xfcf8f0e0,0xf8f0e0c0,0xf0e0c080,0xe0c08000,0xc0800000,0x80000000,0x00000000,0x00000001,0x00000103,0x00010307,0x0103070f,0x03070f1f,0x070f1f3f,0x0f1f3f7f,0x1f3f7fff,0x3f7fffff,0x7fffffff,0xffffffff,0xf0ffff0f,0xe1ffff87,0xc3ffffc3,0x87ffffe1,0x0ffffff0,0x1f7ffef8,0x3f7e7efc,0x7e7e7e7e,0xfc7e7e3f,0xf8fe7f1f,0xf0ffff0f,0xe1ffff87,0xc3ffffc3,0x87ffffe1,0x0ffffff0,0x1f7ffef8,0x3f7e7efc,0x7e7e7e7e,0xfc7e7e3f,0xf8fe7f1f,0xf0ffff0f,0xf8fe7f1f,0xfc7e7e3f,0x7e7e7e7e,0x3f7e7efc,0x1f7ffef8,0x0ffffff0,0x87ffffe1,0xc3ffffc3,0xe1ffff87,0xf0ffff0f,0xf8fe7f1f,0xfc7e7e3f,0x7e7e7e7e,0x3f7e7efc,0x1f7ffef8,0x0ffffff0,0x87ffffe1,0xc3ffffc3,0xe1ffff87,0xf0ffff0f,0x55aa55aa,0xaa55aa55,0xffffffff,0x7e7e7e7e,0x3c3c3c3c,0x18181818,0x00000000,0x18181818,0x3c3c3c3c,0x7e7e7e7e,0xffffffff,0x55fe7faa,0xaa7ffe55,0x0000ffff,0xffff0000,0x0f0f0f0f,0xf0f0f0f0,0x0f0ff0f0,0xf0f00f0f,0xf0ffff0f,0xe1ffff87,0xc3ffffc3,0x87ffffe1,0x0ffffff0,0x1f7ffef8,0x3f7e7efc,0x7e7e7e7e,0xfc7e7e3f,0xf8fe7f1f,0xf0ffff0f,0xe1ffff87,0xc3ffffc3,0x87ffffe1,0x0ffffff0,0x1f7ffef8,0x3f7e7efc,0x7e7e7e7e,0xfc7e7e3f,0xf8fe7f1f,0xf0ffff0f,0xf8fe7f1f,0xfc7e7e3f,0x7e7e7e7e,0x3f7e7efc,0x1f7ffef8,0x0ffffff0,0x87ffffe1,0xc3ffffc3,0xe1ffff87,0xf0ffff0f,0xf8fe7f1f,0xfc7e7e3f,0x7e7e7e7e,0x3f7e7efc,0x1f7ffef8,0x0ffffff0,0x87ffffe1,0xc3ffffc3,0xe1ffff87,0xf0ffff0f,0x688a8a68;void main()ulong txdata=0x1;ST_CP=0;SH_CP=0;MR=0;ST_CP=1;ST_CP=0;MR=1;int_init();delay_ms(800);writ_data(0xffffffff);delay_ms(800);while (1) switch (key) case 0: show0(); break; case 1: show1(); break; case 2: show2();break; case 3: show3();break; case 4: show4();break; case 5: show5();break; case 6: show6();break; case 7: show7();break; case 8: show8();break; default : show1(); void writ_data(ulong txdata)uchar i;SH_CP=0;ST_CP=0;for(i=32;i;i-)txdata=1;DS=CY;SH_CP=1;SH_CP=0;ST_CP=1;ST_CP=0;void delay_ms(uint t)uint t1;if(spend=0)for(;t/10;t-)for(t1=20;t1;t1-);else if(spend=1)for(;t/2;t-)for(t1=55;t1;t1-);elsefor(;t;t-)for(t1=110;t1;t1-);void int_init() IT0 = 1; IT1 = 1; EX1 = 1; EX0 = 1; EA = 1; void show0()uchar i,j;while(1)if(key!=0) break;for(i=0;iBUF_LONG;i+)if(i=15|i=56|i=121|i=132)for(j=0;j6;j+)writ_data(data_bufi);delay_ms(400);if(key!=0) break;writ_data(data_bufi+1);delay_ms(400);if(key!=0) break;i+;else writ_data(data_bufi);if(key!=0) break;delay_ms(500);if(key!=0) break;if(key!=0) break;delay_ms(10000);void show1()uchar i;while(1)if(key