单片机课设报告-基于单片机的彩灯控制器电路设计

武汉理工大学华夏学院课程设计报告书课 程 名 称 单片机原理及应用课程设计 课程设计总评成绩_ 学生姓名、学 号 李 唱 学 生 专 业 班级 电信1131 指 导 教 师 姓名 李文彦 课程设计起止日期 1 月04日1月15日 单片机课程设计任务书题 目: 基于单片机的彩灯控制器电路设计 初始条件： 1、51单片机 2、四位一体共阳数码管要求完成的主要任务: 1、LED彩灯花样变幻 2、LED彩灯闪烁速度的加速、减速 3、暂停和复位 4、花样模式数码管显示 时间安排： 序号阶 段 内 容所需时间1方案选择及电路设计5天2制作、编程、调试5天3撰写课程设计报告及答辩4天合 计2周指导教师签名： 年 月 日 基于单片机的彩灯控制器系统设计作者： 李唱武汉理工大学华夏学院信息工程系摘要： 基于单片机的LED流水灯的应用十分广泛，由单片机作为的核心控制器，通过按键实现控制功能和数据输入是非常普遍的。通常在所需按键数量不多时，系统常采用独立式按键。这种按键的电路配置灵活，软件结构简单。由于实际应用中，不同系统对按键的要求不同，因此，对按键程序的设计要考虑全面，以便更好地完成按键所设定的功能，简述了该系统中一些重要芯片的基本工作原理，着重论述了硬件线路各个模块的设计思想。进而熟练掌握相关专业基础知识的综合应用，提高学生的实际动手和设计能力。 本系统是基于AT89C51系列单片机为核心的LED彩灯设计,实现8个LED灯变化方向和速度的可调。 关键词：单片机 独立式按键 LED1、总体设计方案本方案主要有硬件部分和程序部分构成。硬件部分主要由单片机最小系统和输入输出设备构成。 首先搭建单片机最小系统，包括电源电路，手动复位电路，时钟电路。时钟电路才用内部时钟方式，手动复位电路采用按键电平复位方式。再根据要求在P2口串接8个发光二极管作为输出设备，分别通过限流电阻接电源，在P3口串接2个独立按键，作为输入设备。通过独立按键控制LED灯的闪烁和移动及速率变化。同时在P1口连接一个数码管显示电路，用于自动计时，实现自动改变LED彩色流水灯的样式。 程序部分设定T0为定时工作方式，T0每隔一定的时间扫描独立按键，当检测到某个键按下时，在主函数中执行相应的程序。程序框图如图1所示：开始设置定时器工作方式开中断启动定时器判断count1的值，强制转换灯的闪烁样式判断count2的值确定速率数码管计时10s之后，自动改变样式图12、硬件原理2.1 AT89C51单片机简介：AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51单片机示意图VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态， 特殊功能寄存器 初始态 特殊功能寄存器 初始态 ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPH 00H TH0 00H DPL 00H TL0 00H IP xxx00000B TH1 00H IE 0xx00000B TL1 00H TMOD 00H TCON 00H SCON xxxxxxxxB SBUF 00H P0-P3 1111111B PCON 0xxxxxxxB 8051的初始态（4-2-2）ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。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：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89S51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3、 电路设计3.1整体仿真电路图如图2所示：图23.2各部分模块原理各模块原理介绍如下：3.2.1单片机最小系统首先搭建单片机最小系统，包括电源电路，手动复位电路，时钟电路。时钟电路才用内部时钟方式，手动复位电路采用按键电平复位方式。时钟电路用于产生AT89C51单片机工作时所必需的时钟信号。AT89C51单片机的内部电路在时钟信号的控制下，严格地按时序执行指令进行工作。复位是单片机的初始化操作，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态，通过复位按键可使单片机重新启动。如图3所示：图33.2.2外围电路外围电路主要有输入设备和输出设备。输入设备主要由2个独立按键构成，如图4所示。输出设备由8个二极管构成，如图5所示，及七段数码管显示电路，如图6所示。其中s1键控制8个二极管的花样显示，s2控制8个二极管点亮的速率。数码管用于计时10s，10s之后自动转换二极管显示样式，如果10s之内有s1按键按下，则强制执行s1按键的内容。其中二极管的保护电阻的取值范围为220-880欧姆之间。 图4 图5s1键按一下，二极管从上往下单向点亮，哪个送入的是0，就点亮哪个灯，然后依次使0右移，实现依次点亮；按两下，二极管双向移动点亮；按三下，二极管4个交替闪烁；按四下，二极管8个交替闪烁；按五下，8个二极管依次点亮，依次熄灭；从而实现二极管的花样显示；s2键按下，通过延时程序，可以改变二极管点亮的速率。 图6数码管显示电路，通过往p1.0p1.6写入0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90会显示数字09，自动计时10s；如果10s之内没有按键按下，则10s之后，二极管自动改变显示样式，如果10s之内有按键按下，则强制执行按键内容。4 、核心代码本设计主要的模块就是输出设备中的8个二极管及七段数码管显示电路，分别如上图的5、6所示。4 .1 其中控制8个二极管花样点亮的程序如下，重点以花样1为说明：if(count1=1) /花样1： 灯单向向下移模块子程序 if(count2=1) rate=rate1; /如果s2键按一下，执行速率1 if(count2=2) rate=rate2; /如果s2键按两下，执行速率2 P2=0xfe; /给p2端口送入初值，这时D1点亮 delay(rate); temp=P2; for(i=0;i8;i+) /通过延时及循环，依次点亮D2D8 if(count1=1) temp=_crol_(temp,1); P2=temp; if(count2=1) /并随时判断是否有s2键按下 rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); if(i=7) i=0; 4 .2 七段数码管显示电路的程序如下：unsigned char code table210=0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90; /定义数码管0-9数字显示的表 void display(unsigned char j)P1= table2j/10; /通过片选使两位数码管分别显示数字，但是延时时间小，可以实现两位数码管同时显示 S3 = 1; delay(10); S3 = 0;P1= table2j%10; S4 = 1; delay(10); S4 = 0; 中断服务程序如下：void timer0() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256; /T0重新装初值 TL0=(65536-50000)%256; count+; display(table2index); if(table2index=0 & count=1) /如果数码管显示数字0时改变流水灯的样式 count1+; if(count1=6) count1=1; /如果五个花样显示完了之后，再按下按键S1或数码管计数到10时，再重新从花样1显示 if(count=20) /累加计数器的次数，如果到20次的话数码管数字通过查表自动加1显示 count=0; table2index=table2index+1; if(table2index=11) table2index=0; if(S1=0) /检测是否是S1按下 delay(5); /软件延时消抖 if(S1=0) /再次检测S1是否确实按下 table2index=0; count1+; /如果s1确实按下，则执行s1内容 while(!S1); /如果s1没有按下，继续执行原来的花样显示 if(count1=6) count1=1; if(S2=0) /检测是否是S2按下 delay(5); /软件延时消抖 if(S2=0) /再次检测S2是否确实按下 count2+; while(!S2); /如果s2没有按下，则继续执行原来的速率 if(count2=3) count2=1;5 、参考文献1 C语言程序设计教程科学出版社2 单片微型计算机与接口技术第四版，电子工业出版社3 单片机原理及应用机械工业出版社4 单片机实用系统设计技术国防工业出版社5 单片机应用系统设计北航出版社附件：附录一：电路原理图附录二：PCB仿真图附录三：源程序/目的：实现基于单片机的LED流水灯控制/语言：C; /变量: S1:P3.4口 S2：P3.5口 S3：P3.6口 S4：P3.7口 table1:流水灯样式控制 table2:数码管-9数字/变量：temp:临时变量i:临时变量table2index:存储table2的下标/变量：count:累加计数器次数 count1:累加单击第一个按键次数count2:累加单击第二个按键次数 /变量：rate:速度变量rate1:速度变量rate2:速度变量#include#includesbit S1=P34; sbit S2=P35;sbit S3=P36;sbit S4=P37;unsigned char code table19=0xff,0xfe,0xfc,0xf8,0xf0,0xe0,0xc0,0x80,0x00; /流水灯样式控制unsigned char code table210=0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90; /数码管-9数字 unsigned char temp,i,table2index=0;unsigned char count1=0,count2=0,count=0; unsigned char rate=100 ,rate1=100,rate2=500; /*/Begin-延迟 void delay(unsigned char z) unsigned int x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=100;y0;y-);/End-延迟/*/Begin-数码管数字显示void display(unsigned char j) P1= table2j/10; S3 = 1; delay(10); S3 = 0; P1= table2j%10; S4 = 1; delay(10); S4 = 0; /End-数码管数字显示/*void main() P1=0xff; TMOD=0x01; /设置定时器T0为工作方式 TH0=(65536-50000)/256; /定时器赋初值 TL0=(65536-50000)%256; EA=1; /开总中断 ET0=1; /开启定时器T0中断 TR0=1; /启动定时器T0 while(1)/*/Begin-流水灯样式控制/Begin-花样 if(count1=1) /花样：灯单向向下移模块子程序 if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; P2=0xfe;delay(rate); temp=P2; for(i=0;i8;i+) if(count1=1) temp=_crol_(temp,1); P2=temp; if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); if(i=7) i=0; /End-花样 /* /Begin-花样 if(count1=2) /花样：灯双向移模块子程序 P2=0x7f; if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); temp=P2; for(i=0;i7;i+) if(count1=2) temp=_cror_(temp,1); P2=temp; if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); for(i=0;i7;i+) if(count1=2) temp=_crol_(temp,1); P2=temp; if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); /End-花样/*/Begin-花样 if(count1=3) /花样：个交替闪烁模块子程序 P2=0xf0; if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); P2=0x0f; if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); if(count1=4) /花样：八个灯交替闪烁模块子程序 P2=0xff; if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); if(count1=4) P2=P2; if(count2=1) rate=rate1; if(count2=2) rate=rate2; delay(rate); if(count1=5) /花