单片机课程设计-节日彩灯控制器设计

1、 节日彩灯控制器设计课程设计说明书专业班级：12级电子信息科学与技术3班 姓名学号： 张娟 080212107 陈晶晶 080212118 程文文 080212130 王鹏飞 080212094 指导教师： 纪娟娟 设计时间: 2014.6.6 物理与电气工程学院 2014 年 6 月 6 日摘要 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

2、，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及数码管显示，另外还设置一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；数码管 目录1 概述1 2 彩灯设计内容简要1 2.1彩灯设计内容1 2.2彩灯设计要求1 2.3彩灯设计原理1 2.4彩灯总体控制框图23 硬件电路设计2 3.1 STC89C52单片机介绍2 3.2 系统的硬件构成及功能描述4 4 系统软件设计6 4.1 程序流程图6 4.2 软件程序75 仿真结果与结论106 设计体会137 参考文献131 概

3、述节日彩灯使生活中常常用到的装饰物品。它集中地运用了单片机、LED、，自动控制等技术，是典型的基于单片机的电子产品。本设计以STC89C52单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，运用LED彩灯、按键、数码管等组成电路，实现彩灯在开启时满足不一样的闪亮方法。按键可以在彩灯使用的时候选择不同的亮法，使彩灯变化多样，七段数码管可以清楚显示彩灯样式编号，易于选取操作。随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，智能化技术的开发速度越来越快 ,智能度越来越高 ,应用范围也得到了极大的扩展。在海洋开发、宇宙探测、工农业生产、军事、社会服务、娱乐等各个领域。在娱乐方面，场地的装饰离不开彩灯。在建筑方面也采用彩

4、灯来装饰高楼大厦。彩灯又灵活多变的点亮方式，装饰效果非常好，特别时晚上使得高楼大厦更加漂亮。是彩灯的应用才使得城市的夜景非常迷人。 在国内外，微控制系统主要采用单片机作为控制核心。因此，单片机的发展将有助于简单实用电子产品的开发。在本设计中,采用比较先进的STC89C52单片机为控制核心，它的功耗很低，功能多样，是简单电子产品开发控制元件的首选器件。2 彩灯设计内容简要 2.1彩灯设计内容1. 利用单片机实现LED彩灯花式的变换2. 利用单片机实现键盘控制花式的选择3. 利用数码管显示彩灯花式的类型4. 设计并实现中断对彩灯的控制 2.2彩灯设计要求1. 能启动、停止2. 能通过开关进行彩灯样

5、式的选择3.能通过数码管显示彩灯的方式4.要体现循环、中断和色彩变化的控制功能和效果 2.3彩灯设计原理主控模块主要设计器件有STC89C52，8个LED灯，6个按键，一块七段数码管。通过软件设计，使单片机P0口作为一位静态七段数码管字型码的控制口，P1口作为8个彩色LED的驱动信号输出口，P2口为按键输入口，P3.2为外部中断INT0输入口。 2.4彩灯总体控制框图数码管显示电路 时钟电路按键电路STC89C52单片机复位电路LED彩灯电路 图2.4.1 彩灯总体控制框图3 硬件电路设计 3.1 STC89C52单片机介绍STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制

6、器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2

7、种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。 图3.1.1 STC89C52外形及引脚排列特性：STC89C52RC单片机；8K字节程序存储空间；512字节数据存储空间；内带2K字节EEPROM存储空间；可直接使用串口下载；AT89S52单片机：8K字节程序存储空间；256字节数据存储空间；带有2KB的EEPROM空间。参数1. 增强型8051 单片机，6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意

8、选择，指令代码完全兼容传统8051 2. 工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）3. 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051 的080MHz，实际工作 频率可达48MHz4. 用户应用程序空间为8K 字节5. 片上集成512 字节RAM6. 通用I/O 口（32 个），复位后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（RXDP3.0,TXD/P3.1）

9、直接下载用户程序，数秒即可完成一片8. 具有EEPROM 功能9. 具有看门狗功能10. 共3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T211. 外部中断4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒12. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART13. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）14. PDIP 封装 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所示： 图3.2.1 控制系统硬件设计电路图功能描述： 系统硬件设计电路主要由四部分组成：按键复位电路、时钟震荡电路、按键电路、L

10、ED彩灯电路、数码管显示电路。 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。在接电瞬间RST端的电位与VCC相同，随着电容充电电流的减小，+5V立即加到了RST/VPD端，RST的电位逐渐下降。 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。独立式按键的软件可采用查询方式，本设

11、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，彩灯会暂停在此时刻的状态。P2.0口接一个按键，低电平有效，当在暂停后按下该键，彩灯继续按照暂停前状态循环点亮。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。

12、数码管显示电路：该一位数码管为静态显示，字段接P0口，因为公共端接了二极管，电路板上的插针为三极管的基极，所以电路板上的插针接低电平（或接地），但此数码管为共阴极。当某个键按下，软件程序就会给P0口送相应的执行码，就会在数码管上显示相应的样式编号，若中断键按下，就会在数码管上显示不变。4系统软件设计 4.1 程序流程图 开始 初始化 有键按下？ N Y4键按下？中断按下？3键按下？1键按下？2键按下？N N Y N Y N Y N Y 数码管显示不变，彩灯暂停开始键按下？数码管显示3，彩灯样式3数码管显示2，彩灯样式2数码管显示4，彩灯样式4 Y N Y数码管显示不变，彩灯继续暂停时的花样循环

13、数码管显示1，彩灯样式1 图4.1.1 程序流程图4.2 软件程序 #includeunsigned char code table1=0x18,0x24,0x42,0x81,0x81,0x42,0x24,0x18;unsigned char code table2=0x88,0x44,0x22,0x11,0x55,0xaa,0x55,0xaa;unsigned char code table3=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80;unsigned char code table4=0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02

14、,0x01; int a; unsigned int z; sbit d1=P20; sbit d2=P23; sbit d3=P24; sbit d4=P22; sbit d5=P21; void delay(unsigned int z) /延时函数,z的取值为这个函数的延时ms数，如delay(200);大约延时200ms.unsigned int x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void liu1()/流水灯样式1 P0=0x06; P1=table1a;delay(200);a+;if(a=8) a=0; void liu2()/流水灯样式2 P

15、0=0x5b; P1=table2a;delay(400);a+;if(a=8) a=0; void liu3()/流水灯样式3 P0=0x4f;P1=0xff;delay(200); P1=table3a;delay(300);a+;if(a=8) a=0; void liu4()/流水灯样式4 P0=0x66; P1=table4a;delay(150);a+;if(a=8) a=0;P1=0xff;delay(300); void main() EA=1; /开中断EX0=1;IT0=1; P2=0x1f;P1=0x00;P3=0X0f;P0=0x00;a=0;while(1) if(d

16、2=0)/判断第一个键 delay(80);/延时等待 while(P2=0x1f) liu1();if(d3=0)/判断第二个键 delay(80); while(P2=0x1f) liu2(); if(d4=0)/判断第三个键 delay(80); while(P2=0x1f) liu3(); if(d5=0)/判断第四个键 delay(80); while(P2=0x1f) liu4(); void INTO_() interrupt 0 / 外部中断是0号 while(d1=1);/判断播放键delay(800);/延时等待 5 仿真结果与结论PROTEUS软件自带编辑器，可以实现对汇

17、编程序的编译，其操作步骤是：新建源文件：点菜单SourceAdd/Remove source Files在出现的对话框中，选择ASEM51编辑器，新建NOMAME1.asm源文件。程序设计：点菜单SourceNAMAME1.asm打开源文件编辑器，将将附录程序输入到文本中。 源程序编译：点菜单SourceBuild ALL编译汇编源程序，生成目标代码文件PMD.HEX，若编译失败，可对程序进行修改调试直至编译成功。目标代码加载：在PROTEUS编辑环境双击STC89C52，弹出如图5.1所示的对话框，在PROGRAM FILE一栏中单击打开按钮，选中NOMAME1.HEX文件。在CLOCK F

18、REQUENCY栏中设置系统工作频率为12MHZ，单击OK完成目标代码加载。最后，点击运行按钮，启动系统仿真。 图5.1 程序代码加载 当按下1号键时仿真结果如图5.2所示： 图5.2花样1仿真结果当按下2号键时仿真结果如图5.3所示： 图5.3花样2仿真结果当按下3号键时仿真结果如图5.4所示： 图5.4花样3仿真结果当按下4号键时仿真结果如图5.4所示： 图5.5花样4仿真结果当暂停键按下时，彩灯暂停循环变化，同时数码管显示不变；当开始键按下时，彩灯继续暂停前的状态开始循环变化。6 设计体会通过这次单片机课程设计，我们了解到自己在单片机方面还有很多不足，特别是单片机指令系统及STC89C52各引脚的第二功能等等知识不够了解.因此我们在设计中遇到不懂的东西就马上查资料或请教同学、老师.这不仅加深了我们对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且还学会了如何去培养我们的创新精神，以及认真严谨的工作作风，从而不断地战胜自己，超越自己。通过这次设计，我们领悟到创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为自己的东西。 在开始之前，我们达成一个共识，要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计