单片机课程设计（论文）花样流水灯设计

课程设计(论文)说明书题目：花样流水灯设计院（系）：信息与通信学院专业：学生姓名：学号：指导教师：职称：2010年月日

摘要介绍了一种简单的LED彩灯控制系统的设计方法，以AT89S52单片机作为控制核心，较少的辅助硬件电路相结合，利用软件实现对LED彩灯进行控制。本文提出了一种基于AT89S52单片机的彩灯控制方案,实现对LED彩灯的控制。本方案以AT89S52单片机作为主控核心,与显示、驱动等模块组成核心主控制模块。在主控模块上设有32个LED显示器,根据用户需要可以编写若干种亮灯模式,根据各种亮灯时间的不同需要，在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号，驱动各种颜色的灯亮或灭。关键词：LED彩灯；单片机控制；AbstractIntroducedasimpleledlightscontrolsystemdesigninAT89S52monolithicintegratedcircuitstocontrol,asthecoreofahardwarecircuit,usingthesoftwarewithlightsledincontrol.theproposedbasedonAT89S52monolithicintegratedcircuitstocontrollights,withthecontrolledlights.thesolutiontoAT89S52monolithicintegratedcircuits,andastheprimarycontroldisplay,drive,centralcontrolmainlycomposedofmodules.Theprimarycontrolmodulehasledtothelast32,accordingtouserneedscanwriteanumberofthelightpattern,dependingonthebrightlightsofdifferenttimetotimeindifferentoutputlightorthelightswentoutofcontrolsignals.driversoflightordestroyed.Keywords：ledlights；monolithicintegratedcircuitstocontrol；引 言随着人们对房屋的装饰需要彩灯，在许多城市可以看到彩色霓虹灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，便宜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、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。本方案提出了一种基于AT89S52单片机的彩灯控制方案，实现对LED彩灯的控制。在主控模块上设有16个码LED显示灯，根据需要可以编写若干种亮灯模式，利用其内部定时器T0实现一个基本单位时间为1ms的定时中断，根据各种亮灯时间的不同需要，在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号，然后驱动各种颜色的灯亮或灭。与普通LED彩灯相比，具有体积小、价格低、低能耗等优点。LED彩灯用软件控制硬件的方式来是彩灯闪烁，即彩灯控制器和管内LED板模块。彩灯采用AT89S52提供+5V电压工作，经过开关电源变换，输出直流工作电压，一方面为管内LED模块提供+5V工作电源，另一方面为主控模块单片机系统彩灯控制器提供+5V工作电源。整个系统工作由软件程序控制运行。上电后系统经过初始化LED彩灯控制器按照程序设定好的亮灯花样模式程序顺序调用往下走，开始工作，按照预定闪烁模式一闪烁一周期，然后再循环继续工作。目录摘要 2引 言 3第1章绪 论 51.1选题背景 51.2选题介绍 5第2章AT89S52的介绍 62.1AT89S52单片机的简介 62.2AT89S52单片机的内部结构框图 62.3AT89S52单片机基本特性 62.4AT89S52的信号引脚 72.5彩灯控制端并行1/O端口 82.6彩灯系统时钟电路与时序 82.7单片机的复位工作方式 10第3章系统主要硬件电路设计 11单片机总体设计原理 113.2各功能模块分析 113.2.1闪烁系统 113.2.2脉冲震荡系统 12核心控件 123.2.4复位电路 13第4章软件设计 154.1软件系统方框图 154.2使用AltiumDesigner软件画原理图及PCB 154.3仿真环境Proteus仿真软件 16第5章系统调试 17调试 17硬件调试 17软件调试 17软硬联调 17致谢辞 18参考文献 19附录主要源程序 20

第1章绪 论1.1选题背景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，影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。彩灯可以通过定时或随用户要求来变换不同的色彩。传统的彩灯一般只3种颜色,当需要其中某种颜色的时候,点亮该颜色的灯泡,熄灭其他颜色的灯;目前市面最为常用的彩色灯大都利用惰性气体在电极作用下变色的原理制作,工艺要求严格。本案例利用价格低廉的AT89S52系列单片机控制基色LED灯泡从而实现丰富的色彩变化。1.2选题介绍本文提出了一种基于AT89S52单片机的彩灯控制方案，实现对LED彩灯的控制。本方案以52单片机作为主控核心，与驱动等模块组成核心主控制模块。在主控模块上设晶振电路根据用户需要可以编写若干种亮灯模式，MCS51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称，MCS-51系列单片机产品有8051，8031，8751，80C51，80C31等型号。它们的结构基本相同，其主要差别反映在存储器的配置上。由ATMEL公司生产的89S52将EPROM改成了4K的闪速存储器，他们的结构大同小异。我用的一块称之为89S52的芯片，下面我们就看一下如何给它连线。(1)、电源：这当然是必不可少的了。单片机使用的是5V电源，其中正极接40引脚，负极（地）接20引脚。(2)、振蒎电路：单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。只要买来晶振，电容，连上就可以了。(3)、复位引脚至于复位是何含义及为何需要复要复位，在单片机功能中介绍。(4)、EA引脚：EA引脚接到正电源端。至此，一个单片机就接好，通上电，单片机就开始工作了。

第2章AT89S52的介绍AT89S52单片机的简介AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52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。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2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。2.2AT89S52单片机的内部结构框图AT89S52单片机是在一块芯片中集成了CPU，RAM，ROM、定时器/计数器和多种功能的I/O线等一台计算机所需要的基本功能部件。AT89S52单片机内包含下列几个部件：图2-1-1AT89S52单片机内部结构简图2.3AT89S52单片机基本特性（1）8位的CPU与MCS-51兼容，片内有振荡器和时钟电路,工作频率为0～24MHz（2）4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环)（3）片内有256字节数据存储器RAM（4）片内有8K字节程序存储器ROM（5）4个8位的并行I/O口（P0、P1、P2、P3）（6）1个全双工串行通讯口（7）3个16位定时器/计数器（T0、T1、T2）（8）可处理6个中断源，两级中断优先级（9）低功耗的闲置和掉电模式2.4AT89S52的信号引脚89C51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列如下图所示。图2-4-引脚说明：1、信号引脚介绍（1）、输入输出口线P0.0—P0.7:P0口8位数据口和输出低8位地址复用口(复用时是双向口；不复用时也是准双向口)—P1.7:P1口通用I/O口（准双向口）—P2.7:P2口输出高8位地址（用于寻址时是输出口；不寻址时是准双向口）—P3.7:P3口具有特定的第二功能（准双向口）（2）VCC,GND:电源端（3）XTAL1,XTAL2:片内振荡电路输入、输出端（4）RESET:复位端正脉冲有效（宽度10mS）（5）EA/Vpp:寻址外部ROM控制端。低电平有效。片内有ROM时应当接高电平。（6）ALE/PROG:地址锁存允许控制端。（7）PSEN：选通外部ROM的读(OE)控制端。低电平有效2、信号引脚的第二功能“复用”即给一些信号引脚赋予双重功能。第二功能信号定义主要集中在P1口和P3口线中，另外再加上几个其它信号线。（1）、P1口线的第二功能P1.0T2定时器/计数器T2的外部计数输入，时钟输出P1.1T2EX定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制P1.5MOSI在系统编程用P1.6MISO在系统编程用P1.7SCK在系统编程用（2）、P3口线的第二功能P3.0RxD:串行口接收数据输入端P3.1TxD:串行口发送数据输出端P3.2INT0:外部中断0输入端INT1:外部中断1输入端T0:外部计数0脉冲输入端T1:外部计数1脉冲输入端P3.6WR:写外设控制信号输出端RD:读外设控制信号输出端（3）、EPROM存储器程序固化所需要的信号编程脉冲：30脚（ALE/PROG）编程电压（25V）：31脚（/EA/Vpp)彩灯控制端并行1/O端口AT89S52单片机具有4个8位准双向并行端口（P0～P3），共32根1/O口线。每一根1/O口线都能独立地用作输入或输出。这4个端口是单片机与外部设备进行信息（数据、地址、控制信号）交换的输人或输出通道。P0口功能：作为通用输入/输出口；地址线／数据线分时复用。在扩展系统中，低8位地址线与数据线分时使用PO口。PO口先输出片外存储器的低8位地址并锁存到地址锁存器中，然后再输出或输入数据。2、P1口功能：作为通用输人/输出口使用。3、P2口功能：通用输人/输出口使用；作为高8位地址总线口使用。在扩展系统中，其作为扩展系统的高8位地址总线，与P0口低8位地址线一起组成16位地址总线。4、P3口功能：作为通用输人/输出口使用；涉及串行口、外部中断、定时器的工作（第二功能）。2.6彩灯系统时钟电路与时序时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。示意图如2-6-1图2-6-1MCS-511、时钟信号的产生在AT89S52芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。如下2-6-22、引入外部脉冲信号在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，引入唯一的外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。这时外部的脉冲信号是经XTAL2引脚注入，其连接如图2-6-2图2-6-2MCS-51时序定时单位AT89S52时序的定时单位共有4个，从小到大依次是：拍节、状态、机器周期和指令周期。下面分别加以说明。1、拍节与状态振荡脉冲的周期定义为拍节（用“P”表示）。两个拍节定义为状态（用“S”表示）。2、机器周期六个状态为一个机器周期。3、指令周期执行一条指令所需要的时间称之为指令周期。MCS-51的指令周期根据指令的不同，可包含有1、2、3或4个机器周期。单片机的复位工作方式RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应持续2个机器周期以上。复位操作有上电自动复位和按健手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。电路如2-7-按健手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中按健电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路2-7-1图所示。而按健脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如2-7-图2-7-1各复位电路

第3章系统主要硬件电路设计3.1单片机总体设计原理基于AT89S52单片机的彩灯控制方案，实现对LED彩灯的控制。本方案以AT89S52单片机作为主控核心，与驱动等模块组成核心主控制模块。在主控模块上设有晶振电路和32个LED显示二极管，根据用户需要可以编写若干种亮灯模式，利用其内部定时器T0实现一个基本单位时间为5ms的定时中断，根据各种亮灯时间的不同需要，在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号，结构框图如图3-1复位电路复位电路MC—52核心部件闪烁系统震荡脉冲图3-3.2各功能模块分析单片机系统（彩灯控制器）提供5V工作电源。整个系统工作由软件程序控制运行，根据需要，可以上电后系统经过初始化，进入用户设定模式状态。52单片机的彩灯控制方案，实现对LED彩灯的控制。本方案以51单片机作为主控核心，与显示、驱动等模块组成核心主控制模块。利用其内部定时器T0实现一个基本单位时间为5ms的定时中断，根据各种亮灯时间的不同需要，在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号。3.2.1闪烁系统发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。本系统选用的是红色的发光二极管，彩灯闪烁由+5V电源和32个红色LED发光二极管，4个限压电阻组成如下图所示是彩灯闪烁系统的主要的外部可视部件。图3-23.2.2脉冲震荡系统为彩灯循环系统提供稳定频率波在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，引入唯一的外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。这时外部的脉冲信号是经单片机89C52的XTAL2引脚注入的；如图1-2-2所示图3-3.2.3核心控件89S52单片机是整个彩灯循环系统的核心是控制彩灯循环闪烁等等一切功能的部件；其中内部有ROM、有RAM、有并行I/O口等，在51单片机内部有一个CPU用来运算、控制，有四个并行I/O口，分别是P0、P1、P2、P3，有ROM，用来存放程序，有RAM，用来存放中间结果，此外还有定时/计数器，串行I/O口，中断系统，以及一个内部的时钟电路。P1接口(P1.0~P1.7)；8位准双向I/O接口,占1~8脚.准双向接口是指该接口内部有上拉电阻,能驱动4个LSTTL(低功耗肖脱基晶体管逻辑电路)负载.P1接口一般作通用I/O接口线使用.P2接口(P2..~P2.7);8位准双向I/O接口,占21~28脚.能驱使动个LSTTL负载.如果系统接有外部存储器,则CPU访问外边存储器时,该口作高8位地址线使用.P3接口(P3.0~P3.7);8位准双向I/O接口,占10~17脚.能驱动4个LSTTL负载.P3借口同时也是多功能接口,除可作通用I/O接口线使用外,其每一引脚还有第二功能。AT89S52系列单片机最小系统是指单片机要工作所必须保证的最低配置如图3-2图3-2复位电路复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除PC之外，复位操作还对其它一些专用寄存器有影响，它们的复位状态如表2-1所示：表3-1PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0～P30FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H单片机的RST管脚为主机提供了一个外部复位信号输入口。复位信号是高电平有效，高电平有效的持续时间为2个机器周期以上。单片机的复位方式可由手动复位方式完成。复位电路如图2-2-4所示：图3-

第4章软件设计4.1软件系统方框图系统软件程序设计主要包括:主程序设计，延时0.5S子程序，延时0.001S程序等等；软件框图如4-1-1开开始P0~P3口初始化点亮发光二极管延时循环图4-4.2使用AltiumDesigner软件画原理图及PCB图4-2-1AltiumDesigner环境下设计原理图图4-2-2AltiumDesigner环境下设计PCB4.3仿真环境Proteus仿真软件图4-3-1Proteus

第5章系统调试因本设计本身要求有稳定性高、免维护、抗干扰能力强等功能，系统调试除了验证数据处理的精度，确保判断的准确性外，同时必须确认各项的功能的正常运行。根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块化设计，所以方便了对各电路功能模块的逐级测试，包括对：键盘操作功能调试，指示灯功能调试等。单片机软件先在最小系统板上调试，确保工作正常之后，再与硬件系统联调。最后将各模块组合后整体测试，使系统的所有功能得以实现。硬件调试电路安装完成后，首先进行检查，即确认电路无虚焊，无短路，无断路，集成元件安装是否正确，之后进行电路功能模块的分级调试，根据电路功能逐级进行：(1)按键功能调试(2)LED灯功能调试软件调试本系统的软件系统很大，全部用C51来编写，选用一般的伟福仿真器对C51进行调试。除了语法差错外，当确认程序没问题时，通过直接下载到单片机来调试。采取的是自下到上的调试方法，即单独调试好每一个模块，然后再连接成一个完整的系统，最后完成一个完整的系统调试。主要是液晶显示屏实时显示功能的调试。软硬联调系统做好后，进行系统的完整调试。主要任务是检验实现的功能及其效果并校正数值。根据实测数据，逐步校正数据，使测量结果更准确。单片机软件先在最小系统板上调试，确保工作正常之后，再与硬件系统联调。

致谢辞 在这次毕业设计中，我真诚地感谢老师和同学们的帮助，在他们的帮助下我顺利的完成了此次毕业设计也使我对单片机的一些相应的周边知识有了更进一步的了解。 在做论文的过程中，老师和同学帮助我纠正了许多不妥之处。在做系统设计这一过程中，也给我提出了许多意见和建议，并交给我许多解决问题的技巧和方法。单片机是一门实践性很强的课程，光光一个单片机并不能发挥什么作用，必须要和其它的芯片一起才能最大可能的发挥它的各种各样的功能。为了做这个课程设计我查阅了不少单片机的资料，图书馆关于单片机的书基本上都被我们班同学借光了。上网查找相应的资料和找老师指导；最后完成了这篇课程设计。在这次设计的过程中，软件编程是比较难的环节，因为用的是汇编和C语言，汇编语言是低级语言，不像高级语言哪么直观，算法的实现也比较困难，单片机课程设计重点就在于软件算法的设计，需要有很巧妙的程序算法，才能实现LED灯的相应的功能，在编程上需要花大量的时间在里面。还有在陈老师对我的系统提出了很多改进的意见，对我的论文中的一些不足的地方也一一地指出。没有他的帮助，我也不可能很好的完成这次毕业设计。

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附录主要源程序#include<reg51.h>voiddelay(void){ unsignedchari,j; for(i=0;i<250;i++); for(j=0;j<250;j++); }voidmain(void){ intk,l;while(1) { P0=0xff; P1=0xff; P2=0xff; P3=0xff; delay(); delay(); delay(); delay(); P0=0xfe; P1=0xfe; delay(); delay(); P0=0xfc; P1=0xfc; delay(); delay(); P0=0xf8; P1=0xf8; delay(); delay(); P0=0xf0; P1=0xf0; delay(); delay(); P0=0xe0; P1=0xe0; delay(); delay(); P1=0xc0; P2=0xef; delay(); delay(); P2=0xe7; P3=0xf7; delay(); delay(); P2=0xe3; P3=0xe7; delay(); delay(); P2=0xe1; P3=0xc7; delay(); delay(); P2=0xe0; P3=0x87; delay(); delay(); P3=0x07; delay(); delay(); delay(); P3=0x06; delay(); P3=0x04; delay(); P3=0x00; delay(); P1=0x40; delay(); P1=0x00; delay(); P0=0xc0; delay(); P0=0x80; delay(); P0=0x00; delay(); P2=0xa0; delay(); P2=0x00; for(k=0;k<=2;k++){ delay(); delay(); delay(); delay(); P0=0x1f; P1=0x3f; P2=0x1f; P3=0xf8; delay(); delay(); P0=0x00; P1=0x00; P2=0x00; P3=0x00; delay(); delay(); delay(); delay(); }