单片机课程设计报告 节日彩灯控制器系统设计

单片机C语言入门课程设计（报告）《单片机C语言入门》课程设计（报告）题目：节日彩灯控制器系统设计 第1章概述1.1选题意义节日彩灯是生活中常常的装饰物品，是我国普遍流行的传统的民间的综合工艺品。彩灯艺术也是灯的综合性的装饰艺术。在当今社会里，彩灯已经成为我们生活当中的一部分，能给我们带来视觉上的享受，还能美化我们的生活。彩灯控制器主要是通过产生有规律变化的脉冲信号来实现彩灯的各种变化，他集中的应用了单片机、LED、自动控制等技术，是典型的基于单片机的电子产品。本文以AT89C51单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，运用LED彩灯、按键等组成电路，实现才在开启时满足不一样的闪亮方法及方式。按K1—开始，按此键则灯开始流动(由上而下)。K2—停止，按此键则停止流动，所有灯为暗。K3—上，按此键则灯由上向下流动。K4一下，按此键则灯由下向上流动。按K5—从亮到暗到亮循环。通过按键能方便使用者选择不一样的亮法。并用仿真软件进行仿真按不同的方式点亮LED。还有就是这节日彩灯的制作成本低、精确度高、装调容易，为节日增添气氛，具一定的市场价值，因此制作了此节日彩灯1.2节日彩灯的现状近年来，彩灯产业初步形成了原材料生产—创意设计—制造加工—销售贸易的上下游链条，上游企业是侧重于生产彩灯材料的企业，如异型玻钢、玻纤、工艺灯原材料、“恐龙”材料等的企业，约占彩灯企业的10%。中游企业是侧重于策划、设计的企业，约占彩灯企业的5%；下游企业是侧重于彩灯制作和出售的企业，约占彩灯企业的85%。自贡众多中小灯企以专业化分工与社会化协作为基础，不同类型、不同规模的企业共生互补，初步形成了纵向集聚，产业链初步形成。中国彩灯企业自2017年开始加速扩张，疫情之后呈现回落，2020、2021、2022年新注册企业数分别为11233、8716、665家。自贡彩灯产业已具备一定的规模，拥有专业和专门化的从业人员群体，有着传统文化传承的工艺技术经济特点，具有一定的产业形态和规模。自1964年以来，自贡举办国际恐龙灯会和迎春灯会共三十多届，“自贡灯会”经历了民俗活动—文化节庆—文化经贸—旅游体验—夜游经济—文旅城市—文化“走出去”的传承发展之路，近年来，现代化的光影技术，新媒体技术，智能投影等等逐渐运用到灯会中来，不断创新灯会主题，通过传统灯组+现代光影秀+沉浸体验等呈现方式，通过传统文化+现代科技的碰撞，让自贡彩灯创新能力不断加强。自1964年以来，自贡举办国际恐龙灯会和迎春灯会共三十多届，“自贡灯会”经历了民俗活动—文化节庆—文化经贸—旅游体验—夜游经济—文旅城市—文化“走出去”的传承发展之路，近年来，现代化的光影技术，新媒体技术，智能投影等等逐渐运用到灯会中来，不断创新灯会主题，通过传统灯组+现代光影秀+沉浸体验等呈现方式，通过传统文化+现代科技的碰撞，让自贡彩灯创新能力不断加强。19世纪兴起的单片机以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占有越来越重要的地位。又有数字电路与模拟电路相比有显而易见的稳定性。近年来，数字电路又有了巨大的发展。可编程逻辑器件(PAL、GAL等)的发展和普及最终使IC的设计面向了用户(这是模拟电路无法做到的)，而这毫无疑问会给用户带来巨大的便捷，从而奠定它在电子电路中的对位。随着集成技术的进一步提高，各种新技术的出现和应用，人类历史横跨数码时代向更进一步发展已出现在各大型相关企业的宏伟蓝图中。新世纪里谁掌握了新技术谁就得到了获胜的资本，也仅仅是资本而矣。新世纪里电子行业的发展速度令人窒息，闻名的摩尔定律更把许多人威吓在门外。可以展望，一个由数字构成的新世界即将出现。那将是人类文明的又一飞跃，不仅可以获得良好的观赏效果，而且可以省电(与全部彩灯始终全亮相比)。近年来，随着人们生活水平的较大提高，人们对于物质生活的要求也在逐渐提高，不光是对各种各样的生活电器的需要，也开始在环境的幽雅方面有了更高的要求。比如日光灯已经不能满足于我们的需要，彩灯的运用已经遍布于人们的生活中，从歌舞厅到卡拉OK包房，从节日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。彩灯是我国普遍流行的传统的民间的综合性的工艺品。彩灯艺术也就是灯的综合性的装饰艺术。新中国成立后，彩灯艺术得到了更大的发展，特别是随着我国科学技术的发展，彩灯艺术更是花样翻新，奇招频出，传统的制灯工艺。第2章总体设计方案一．节日彩灯设计的基本要求1、基本内容以单片机为核心，设计一个节日彩灯控制器：（1）P1.2—开始，按此键则灯开始流动(由上而下)。（2）P1.3—停止，按此键则停止流动，所有灯为暗。(3)P1.4—上，按此键则灯由上向下流动。（4）P1.5—下，按此键则灯由下向上流动。2、功能要求（1）根据课题，查阅相关资料（2）画出系统原理框图；(3)画出单元电路图；（4）编写相应部分程序；3、撰写说明书我们的设计目标是以以上设计为基础，尽量设计出实用美观的硬件电路，以及智能化、人性化的程序。使我们的设计总体上更贴近于实际应用，综合性能和工艺造价符合实际应用的要求二．硬件电路设计与分析1.AT89C51结构AT89C51是一种低功耗/低电压、高性能的八位CMOS单片机，片内有一个4KB的FLASH可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)，它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统都与MSC—51兼容。片内置通用8位中央处理器(CPU)和FLASH存储单元，片内的存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程。因此，AT89C51是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机，可方便的应用于各种控制领域。AT89C51系列单片机对于一般用户来说，存在3个明显的特点：(1)内含Flash存储器。因此在应用[2]系统的开发过程中可以十分容易的进行程序的修改，这就大大缩短了系统的开发周期；同时，在系统工作过程中，能有效的保存一些数据信息，即使外接电源损坏也不影响信息的保存。(2)与80C51插座兼容。AT89C51系列单片机的引脚与80C51是一样的，当用AT89C51单片机取代80C51时，可以直接进行取代。这时，不管采用40引脚还是44引脚的产品，只要用相同引脚的AT89C51单片机取代80C51的单片机即可。(3)静态时钟方式。AT89C51单片机采用静态时钟方式，所以可以节省电能。这对于降低便携式产品的功耗十分有用。图1AT89C51单片机构架图图2智能遥控窗帘的构架框图2.AT89C51引脚描述VCC(40)：供电电压，其工作电压为5V。GND试读(20)：接地。试读PO端口(PO.O-PO.7)：PO口为一个8位漏级开路双向试读1/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1试读时，被定义为高阻输入。PO能够用于外部程序数据存储器，试读它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，PO试读口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，PO输出原码，此时PO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试读位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口试读管脚写入1后，被内部上拉为高电平，可用作输入，P1口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1/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。 图2按键控制模块3.键盘设计独立式键盘是各按键相互独立，每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响到其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断那个键被按下了。独立式按键电路配置灵活，软件简单，但每个按键需要占用一根输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。按键直接与单片机的1/O口线相接，通过读I/O口，判定1/O口线的电平状态，即可识别出按下的按键。4.定时器与复位模块4.1

时钟电路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，复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。(1)时钟电路89C51单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。图时钟与复位电路仿真图4.2复位电路当AT89C51单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。常用的上电复位电路电容C1和电阻R19对电源+5V来说[20]构成微分电路。上电后，保持RST一段高电平时间，由于单片机内的等效电阻的作用，不用图中电阻R1，也能达到上电复位的操作功能。开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位常用的上电或开关复位电路上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RESET持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RESET为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。三、软件设计与论证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彩灯系统的设计，来达到本设计的要求。其硬件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、发光二极管和独立按键组成。此设计方案中单片机的P1口接4路按键控制电路，实现彩灯花型的切换功能，单片机上的PO口接8路LED发光二极管组成彩灯电路，显示彩灯循环情况。1、总体流程图设计2.总原理图图总原理图功能说明：※S1-开始，按此键，灯开始流动(从上到下)※S2-停止，按此键，灯停止流动(灭灯)※S3-上，按此键，灯从上而下流动※S4-下，按此键，灯从下而上流动3.元件清单第3章Proteus软件仿真3.1仿真软件介绍Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，能够实现了从概念到产品的完整设计。目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。1.Proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。同时可提供的仿真仪表资源:示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。2.Proteus可提供的调试手段Proteus提供了比拟丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。3.2驱动模块的仿真3.2.1仿真程序#include<reg51.h>#include<intrins.h>//包含循环左、右移位函数的头文件（_crol_,_cror_）sbitS1=P1^0;sbitS2=P1^1;sbitS3=P1^2;unsignedcharkeyval;

voidkey_scan(void);//按键扫描，取键值voidforward(void);//从上到下闪烁voidbackward(void);//从下到上闪烁voidmiddleward(void);//从中间到两边，再从两边到中间voiddelay10ms(void);//按键扫描延时，防抖动voidled_delay(void);voidmain(void){

keyval=0;//键盘初始化为0

while(1)

{

key_scan();//调用键盘扫描函数

switch(keyval)

{

case1:forward();//键值为1，从上到下闪烁

break;

case2:backward();//键值为2，从下到上闪烁

break;

case3:middleward();//键值为3，从中间到两边，再从两边到中间

break;

}

}}voidkey_scan(void){

P1=0xff;

if((P1&0x0f)!=0x0f)//检测到有键按下

{

delay10ms();

if(S1==0)

keyval=1;

if(S2==0)

keyval=2;

if(S3==0)

keyval=3;

}}voidforward(void){

P2=0xfe;//1

led_delay();

P2=0xfd;//2

led_delay();

P2=0xfb;//3

led_delay();

P2=0xf7;//4

led_delay();

P2=0xef;//5

led_delay();

P2=0xdf;//6

led_delay();

P2=0xbf;//7

led_delay();

P2=0x7f;//8

led_delay();}voidbackward(void){

P2=0x7f;//8

led_delay();

P2=0xbf;//7

led_delay();

P2=0xdf;//6

led_delay();

P2=0xef;//5

led_delay();

P2=0xf7;//4

led_delay();

P2=0xfb;//3

led_delay();

P2=0xfd;//2

led_delay();

P2=0xfe;//1

led_delay();}voidmiddleward(void){

P2=0xe7;

led_delay();

P2=0xdb;

led_delay();

P2=0xbd;

led_delay();

P2=0x7e;

led_delay();

P2=0xbd;

led_delay();

P2=0xdb;

led_delay();}voidled_delay(void){

unsignedchari,j;

for(i=0;i<220;i++)

for(j=0;j<220;j++