单片机课程设计：彩灯控制器的设计

1、黄河科技学院课程设计任务书理工学院机械系机械设计、制造及自动化专业09级1班学生姓名朱世泽导师郭小俊:提灯控制器的设计:单片机课程设计课程设计时间为2周，从2012年12月21日至2012年1月3日课程设计工作内容和基本要求(设计要求、设计任务、工作计划、所需相关材料)(如果没有足够的纸张，可以添加页面)1.设计要求采用at89c51单片机作为微控制器，16个以上的led灯实现至少4种灯笼照明效果(不包括全部照明、全部熄灭)；您可以使用输入按钮在几种照明效果之间切换；您可以通过按下按钮来暂停提灯效果，以便所有的小灯都亮着，然后再次按下同一个按钮来继续之前的效果。2.设计任务和要求2.1系统硬件

2、电路设计根据系统设计的功能要求，选择元器件并设计硬件电路。要求用proteus绘制整个系统的电路原理图。2.2软件设计根据系统要求的功能，设计软件，绘制整个系统的软件流程图；根据流程图，编译和调试程序；列出软件清单，并逐一进行注释。2.3 proteus模拟用proteus对系统进行仿真，并对软硬件进行调试。2.4编写设计规范内容包括任务书、设计方案分析、硬件设计、软件设计、调试结果分析、设计和调试经验等。且字数不少于4000字；在硬件设计中，应绘制整个系统的电路原理图，并说明各部分的电路设计原理；在软件设计部分，画出整个系统及各部分的软件流程图，列出程序，逐一标注，并在每个功能块前添加程序功

3、能标注。3.工作面序列号设计内容花费的时间1任务和研究4天3制作和调试8天4撰写设计报告2天组合仪表14天4.主要参考材料单片机课程设计指南皮达能北京理工大学出版社2010年7月8051单片机的实践与应用吴清华大学出版社，2003年8月单片机技术基础教程与实践，夏电子工业出版社，2008.1mcs-51单片机原理、接口及应用王匡米北京理工大学出版社2009.11基于proteus的单片机系统设计与仿真蒋会平机械工业出版社，2009年7月讲师签名：日期：内容1系统硬件设计41.1电路设计41.2主要组件介绍51.2.1引进at89c51单片机芯片51.2.2主要特征52系统软件设计72.1概述7

4、2.2主要程序和流程图72.2.1主程序72.3子程序编程思路82.3.1延迟子程序流程图93系统调试和仿真分析113.1软件调试113.1.1单片机c语言113 . 1 . 2 keil uviosion 2113.1.3保护123.2软件模拟结果和分析133.2.1闪光效果1:单灯向内移动133.2.2闪光效果2:流水向左移动143.2.3闪光效果3: 3灯向右移动153.2.4闪光效果3:红色流动的水在16内外流动4谢谢175参考文献18附录程序代码181系统硬件设计整个系统以at-89c51单片机为主控核心，结合发光二极管等较少的辅助硬件电路，通过软件实现对发光二极管彩灯的控制。该系统

5、具有体积小、硬件少、电路结构简单、操作方便等优点。1.1电路设计彩虹灯控制器电路见图1。主要设计器件有at89c51、复位电路、时钟电路和五个按钮(其中一个是检测按钮)。通过软件设计，单片机p0和p1作为发光二极管驱动信号输出端口，四个外部按钮作为按钮输入端口。图1彩虹灯控制器电路图1.2主要部件介绍1 . 2 . 1 at89c 51单片机芯片介绍at89c51是一种低电压、高性能的cmos8位微处理器，具有4k字节的闪存可编程和可擦除只读存储器，通常称为单片机。单片机的可擦除只读存储器可重复擦除100次。该器件采用atmel高密度非易失性存储器技术制造，兼容工业标准mcs-51指令集和输出

6、引脚。atmel的at89c51是一款高效的微控制器，因为它将多功能8位中央处理器和闪存集成在一个芯片上。at89c单片机为许多嵌入式控制系统提供了一种灵活、廉价的方案。1.2.2主要特征与mcs-51兼容4k字节可编程闪存寿命：1000次写入/擦除周期数据保留时间：10年全静态运行：0hz-24hz三级程序存储器锁定128*8位内部随机存取存储器32可编程输入输出线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗空闲和掉电模式片内振荡器和时钟电路；1.2.3引脚定义和功能见图2。图2 at89c 51的引脚图(1)输入和输出引脚(p0、p1和p2端口引脚)p0 p3是89c51与外界通

7、信的四个8位双向并行输入输出端口。本设计中，p0端口和p1端口作为led驱动信号输出端口，p2端口连接四个按钮作为按钮输入端口，控制四中彩虹灯效果。(at89c51单片机的基本结构见图3图3 at89c 51的基本结构2系统软件设计2.1概述本课题是设计一个基于单片机的发光二极管灯控制器，该控制器需要循环运行四个以上预设的灯闪烁方案，所有方案和显示模式都由单片机内部程序控制。这里，我将16个发光二极管分别连接到p0和p1端口，并通过编程控制这两个端口的电平。16个发光二极管的阴极连接到p0和p1端口，阳极连接到外部高电平，即当p0和p1端口的相应端口处于低电平时，发光二极管可以点亮。然后，通过

8、程序循环，每个端口以不同的方式被点亮，以达到各种图案的效果，并且必须有一定的延迟，这小于人类视觉的持续时间，否则，每个灯看起来都是亮的，并且没有实际效果。设计的发光二极管灯系统分为两部分，即at89c51主控模块和发光二极管控制模块。整个系统由软件程序控制。同时，用户可以根据不同的需要，在led灯工作时，通过主控模块上的按钮实现四种灯光效果(不包括所有照明和所有熄灭)。模块功能：这部分主要涉及功能的实现，即编程。该程序要实现的功能包括读取按键，以及通过读取按键值来控制发光二极管照明模式。键盘有五个键，其中k1、k2、k3和k4控制发光二极管照明模式。2.2主要程序和流程图2.2.1主程序at8

9、9c51应通过编写程序来完成以下功能：通过p0端口和p1控制发光二极管的开启和关闭，实现多种闪烁方案；使用16个以上的小型发光二极管灯，实现至少4种灯笼照明效果(不包括所有照明和所有熄灭)。使用输入按钮在几种照明效果之间切换。根据上述要求，可以编写主程序代码，绘制主程序流程图。2.2.2主要程序流程图开始扫描按钮按钮一不按钮二是的，不按钮三效果一是的，不效果2按钮四是效果3不是效果42.3子程序编程思路虽然已经画出了总的流程图，但在编程过程中还会有更具体的问题，需要通过编译一些子程序来解决。以下是一些主要子程序的流程图绘制思路。2.3.1延时子程序流程图数码管的显示必须足够长，以至于肉眼可以检

10、测到，所以应该在数码管点亮时启动给它一个适当的延迟。触发时间i0不呼叫是定时j 125不是输出信号0一个机器周期包括12个时钟周期。单片机at89c51工作在12m晶振，时钟周期为1/12(微秒)。它的机器周期是12*(1/12)，即1微秒。总共1000次，正好1000微秒，也就是1毫秒。2.3.2键扫描子程序按键扫描子程序用于检测和识别外部输入按钮的输入信号。无效密钥库()if(p2=0xf7)ys1ms(100)；if(p2=0xf7)标志=0xf7if(p2=0xfb)ys1ms(100)；if(p2=0xfb)标志=0xfbif(p2=0xfd)ys1ms(100)；if(p2=0xf

11、d)标志=0xfdif(p2=0xfe)ys1ms(100)；if(p2=0xfe)标志=0xfe状态标志为：0xfe是键1标志，0xfd是键2标志，0xfb是键3标志，0xf7是键4标志。3系统调试和仿真分析3.1软件调试所有软件程序都是用c51语言编写的。程序编写完成后，应在proteus软件中编译实现硬件电路仿真。下面是对单片机c语言和这两个软件的简单介绍。3.1.1单片机c语言单片机的c语言编程不同于一般的计算机应用编程，它必须根据特定的微控制器和外围电路来完成。为了便于研究单片机应用程序和系统开发，许多公司退出了单片机实验箱、模拟器和开发板等。这些硬件设备可用于验证单片机程序，开发和

12、调试单片机应用系统。在开发8051单片机系统时，使用c语言将大大缩短开发周期，大大提高开发效率，并使程序可读性强，易于移植，因此用c语言开发单片机系统已成为必然趋势。c语言在单片机系统开发中的优势：(1)用c语言编写的程序是可读的；如果不知道单片机的指令系统，只知道8051单片机的存储结构，可以开发单片机程序。编译器可以管理寄存器分配、不同的内存寻址和数据类型。(4)程序可以分为许多不同的功能，这使得程序设计结构化；功能数据库丰富，数据处理能力强；6编程和调试时间大大缩短，开发效率远远高于汇编语言； c语言具有模块化编程技术，可以很容易地将新程序移植到编写的通用程序模块中，进一步提高了程序开发的效率。3 . 1 . 2 keil uviosion 2c51单片机支持hex文件，我使用的编译器是美国keil软件公司开发的keil uvision2软件。它是世界上最好的8051系列单片机开发工具之一。该软件本身支持数百个51系列单片机芯片，可用于编译c源代码、汇编源代码及其混合编程代码、连接重定位目标文件和库文件、创建十六进制文件、调试目标程序等。它是一个集成的文件管理编译环境。使用以下步骤：(1)创建一个项目，启动keil，点击“项目菜单/新建”选项，从弹出窗口中选择要保存的路径，输入项目文件名“七彩灯. uv2”，然后保存。此时，将弹