节日彩灯控制.doc

单片机课程设计题目：节日彩灯控制器的设计 院 系：工学院电气与电子工程系 专 业：电气工程及其自动化 班 级：电气工程1504 姓 名： 学 号： 指导教师： 二一七年十二月第页烟台南山学院单片机课程设计节日彩灯控制器的设计摘 要伴随社会发展的需求，无论是生活娱乐，还是工业控制，彩灯是必不可少的元素，节日中闪烁的彩灯，不仅使人们身心愉悦，还能带来视觉享受。我们希望节日彩灯能够启动、停止；能够通过开关进行功能选择；能够体现循环、组合和色彩变化的控制功能和效果。本次设计利用单片机程序以及利用集成电路芯片、LED灯和按键来设计彩灯，将软、硬件有机地结合在一起，实现设计的目的。通过按键的选择可以控制彩灯，另外还设置一个中断按键在突发场景下给人以提醒。电路结构简单，变换效果多样，在实际生活中操作简单、易于实现。 关键词 LED灯 键盘 STC89C52 集成电路芯片 烟台南山学院单片机课程设计目录第1章 绪论.11.1 项目设计背景及意义.11.2 设计目的.11.3 设计内容及要求.11.3.1 设计内容.11.3.2 设计要求.2第2章 设计方案的比较3第3章 硬件电路的设计53.1 AT89C51单片机53.2 系统的硬件构成及功能描述7第4章 软件的设计84.1 程序流程图84.2 软件程序9第5章 系统调试.11结论 .13致谢 14参考文献 15第 15 页烟台南山学院单片机课程设计第一章 绪论1.1 项目设计背景及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。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。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,影响彩灯效果,因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。1.2 设计目的 （1）了解节日彩灯控制器的工作原理 （2）掌握按键输入的消抖处理程序和延时程序的编写（3）掌握独立电源设计方法及原理（4）掌握电路板的实物焊接1.3 设计内容及要求1.3.1 设计内容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AT89S52和地址锁存器做成得彩灯控制器。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。本文提出了一种基于AT89S52单片机的彩灯控制方案，实现对彩灯的控制。本方案以AT89S52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,可以显示不同的花样。1.3.2 设计要求以单片机为核心，设计一个节日彩灯控制器： P1.2开始，按此键则灯开始流动（由上而下）。 P1.3停止，按此键则停止流动，所有灯为暗。 P1.4上，按此键则灯由上向下流动。 P1.5下，按此键则灯由下向上流动。第2章 设计方案的比较彩灯控制器大致可分为两种方案实现。一种是利用电子电路装置控制，另一种是采用单片机控制。方案一：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。其框图如图2.1所示。图2.1彩灯控制电路的基本组成方案二：本方案主要是通过对基于单片机的多控制、多闪烁方式的LED彩灯循环系统的设计，来达到本设计的要求。其硬件构成框图如图2.2所示，以单片机为核心控制，由单片机最小系统（时钟电路、复位电路、电源）、按键控制电路、LED发光二极管和5V直流电源电路组成。图2.2单片机彩灯循环控制系统硬件框图结合设计任务书比较以上两种方案可知：利用电子电路装置控制，其电路不很复杂，制作相对较容易点，成本也相对较低，但可调性差，亮灯模式少而且样式单调，达不到设计任务要求或实现困难。采用单片机控制其优点是电路集成度高，工作原理简单，清晰明了，自定义编程，控制的图案花样多，移植性好等。综上，显然方案二各方面优越于方案一，以及为了体现专业优势，本次设计采用第二种方案。第3章 硬件电路的设计3.1 AT89C51单片机 AT89C51（如图3.1所示）是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）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。图3.1 AT89S51单片机结构图AT89S51引脚描述:VCC（40）：供电电压，其工作电压为5V。GND（20）：接地。 P0端口（P0.0-P0.7）：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端口（P1.0-P1.7）：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，被内部上拉为高电平，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端口（P2.0-P2.7）：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端口（P3.0-P3.7）：P3口管脚是一个带有内部上拉电阻的8位的双向I/O端口，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。作为输入端时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。复位RST(9)：复位输入。在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引脚时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P3.0-P3.7口均置1，引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序。复位操作不会对内部RAM有所影响。ALE/PROG(30)：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。PSEN(29)：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指令期间，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(31)：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(19)：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2(18)：来自反向振荡器的输出。3.2 系统的硬件构成及功能描述控制系统硬件设计电路图如图3.2所示：图3.2控制系统硬件设计电路图功能描述：按键复位电路：复位是单片机的初始化，其作用是使CPU中的各个部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。时钟振荡电路：在STC89C52的外部，XTAL1和XTAL2之间跨越晶体振荡器和微调电容，从而构成一个自激振荡器，形成时钟振荡电路。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器二分频后，形成单片机的时钟脉冲信号。 按键电路：用P2.3、P2.4、P2.2、P2.1作彩灯亮灯方式输入口，按键输入均采用低电平有效。本设计中按键程序的就是采用查询方式，若图中的P2.3的按键按下，软件程序查询到P2.3口为低电平，跳转到该按键控制的相应彩灯亮灯方式1。P3.2（INT0）口接一个按键，INT0为边沿触发方式（下降沿有效），当按键按下进入中断服务子程序，彩灯会暂停。LED彩灯电路：发光二极管与单片机的P1口相连接，其电路图如图所示。发光二极管为共阴极，其他管脚分别接P1口的8个端口，P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7每个端口接一个彩灯，当给他们送高电平时发光二极管就会亮。 第4章 软件的设计4.1 程序流程图图4.1总程序框图4.2 软件程序#include#includesbitquanmie=P10;sbitquanliang=P11;sbitcongxiashang=P12;sbitcongshangxia=P13;intchuzhi,i; voiddelay_ms(intz) intx,y; for(x=110;x0;x-)for(y=z;y0;y-); voidmain() P1=0xff;P2=0xff;while(1)if(quanmie=0)P2=0xff;if(quanliang=0)P2=0;if(congxiashang=0)inta;a=0xfe;while(1)delay_ms(100);a=_cror_(a,1);P2=a;if(quanliang=0|quanmie=0|congshangxia=0)break; if(congshangxia=0)delay_ms(10);if(congshangxia=0)inta;a=0xfe;while(1)delay_ms(100);a=_crol_(a,1);P2=a;if(quanliang=0|quanmie=0|congxiashang=0)break; 第5章 系统调试加载目标代码文件打开元器件单片机属性窗口，在“ProgramFile”栏中添加上面编译好的 目标代码文件“led.hex”；在“ClockFrequency”栏中输入晶振频率为12MHz。启动仿真如下页图所示:P1.0停止，按此键则停止流动，所有灯为暗。图5.1 P1.0停止P1.1开始，按此键则灯全亮。图5.2 P1.1开始 P1.3按此键则灯由下向上流动。图5.3 P1.3按此键则灯由下向上流动 P1.4按此键则灯由上向下流动。图5.4 P1.4按此键则灯由上向下流动。结论在现代生活中，彩灯作为一种景观，安装在建筑物的适当地方。一是作为装饰增添节日气氛，二是有一种广告宣传的作用：用在舞台上增强晚会灯光效果。 彩灯控制器在我们的日常生活中有着重要的运用，如广告牌的设计和节日彩灯的设计都能运用到它的原理。本次报告中设计的花样彩灯控制器是其中较简单的，但这是进行复杂设计的基础由于控制程序存储在89C51单片机的电可擦除Flash闪存EPROM中，如果用户需要更改系统的亮灯模式，无须改变系统硬件电路，只需修改其中程序即可，是一种很有发展前途的彩灯控制器。应用主控模块输出的控制信号去控制灯管内的板模块工作，使得产品性能稳定，便以安装容易操作。致谢这课程设计中，完全是在老师的指导下顺利进行的，没有老师的悉心指导，我这论文估计就不太可