畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于單片機(jī)的可變色燈泡的設(shè)計(jì).doc

本本科科生生畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 基于單片機(jī)的可變色燈泡的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的可變色燈泡的設(shè)計(jì) 院院 系系 電氣（機(jī)電）工程學(xué)院電氣（機(jī)電）工程學(xué)院 專專 業(yè)業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化電氣工程及其自動(dòng)化 班班 級(jí)級(jí) 2011 級(jí)本級(jí)本 4 班班 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 學(xué)學(xué) 生生 姓姓 名名 聯(lián)聯(lián) 系系 方方 式式 指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師師 職稱：職稱：教授教授 2015 年年 5 月月 2 獨(dú)獨(dú) 創(chuàng)創(chuàng) 性性 聲聲 明明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下所取得的研究成果。 除了文中特別加以注釋和致謝的地方外，本設(shè)計(jì)中不包含任何其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的 研究成果。與本研究成果相關(guān)的所有人所做出的任何貢獻(xiàn)均已在設(shè)計(jì)中作出了明確的說 明并表示了謝意。 簽名： 年 月 日 授授 權(quán)權(quán) 聲聲 明明 本人完全了解許昌學(xué)院有關(guān)保留、使用本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)的規(guī)定，即：有權(quán)保留并向 國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交畢業(yè)設(shè)計(jì)的復(fù)印件和磁盤，允許畢業(yè)設(shè)計(jì)被查閱和借閱。本人 授權(quán)許昌學(xué)院可以將畢業(yè)設(shè)計(jì)的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影 印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編本設(shè)計(jì)。 本人設(shè)計(jì)中有原創(chuàng)性數(shù)據(jù)需要保密的部分為（如沒有，請(qǐng)?zhí)顚憽盁o”）： 學(xué)生簽名： 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 3 基于單片機(jī)的可變色燈泡的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的可變色燈泡的設(shè)計(jì) 摘摘 要要 本文介紹了一種由 12 個(gè) LED 發(fā)光二極管組成的四個(gè)可變色燈泡的多功能發(fā)光形式的 簡易彩燈控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過程，方案以 AT89C51 單片機(jī)作為主控核心， 且以復(fù)位 電路、時(shí)鐘電路、按鍵電路、中斷電路以及彩燈顯示電路組成，利用軟件編程燒錄程序 到單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì) LED 彩燈進(jìn)行多樣控制。該控制電路能完成多種閃燈模式以及隨意變 換想要的閃爍方式和控制彩燈的閃爍頻率等功能。該系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、易操作、 硬件少、體積少、成本低、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，有一定的實(shí)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞： 8051 單片機(jī) LED 彩燈 控制系統(tǒng) 閃爍方式 4 Design of color changing lamp based on SCM Abstract This paper introduces the hardware and software design process of a simple lantern consists of 12 light-emitting diode LED consisting of four color light multifunctional lighting control system, program for AT89C51 microcontroller as the control core, and the reset circuit, clock circuit, keyboard circuit, interrupt circuit display circuit and the lights, the use of softwareprogramming the program to the microcontroller to achieve a variety of control of LED lights.Flashing lights and the control of the control circuit can complete a variety of flash mode andrandom transform to the flicker frequency function. The system has the advantages of simple circuit structure, easy operation, less hardware, small volume, low cost, low energy consumption, has a certain practical value. Keywords: 8051 MCU flashing LED lights control system 5 目錄 1. 緒論.6 1.1 選題的意義.6 1.2 外界的研究，.7 1.3 本文的主要內(nèi)容.7 2. 設(shè)計(jì)方案.7 2.1 設(shè)計(jì)要求.8 2.2 設(shè)計(jì)限定.9 2.3 按鍵部分.9 2.4 顯示模塊.9 3. 硬件電路的設(shè)計(jì).10 3. 1 單片機(jī)的選用.10 32 仿真軟件的選用.12 3.3 單片機(jī)最小系統(tǒng).13 3.4 按鍵控制電路.15 3.5 中斷電路.16 3.6 LED 顯示電路 .16 37 仿真部分總結(jié).18 4. 軟件編程設(shè)計(jì).20 41 編程軟件.20 42 延時(shí)部分.20 43 按鍵部分.20 44 綜合仿真.21 參考文獻(xiàn).23 附 錄 源 程 序.24 致 謝.26 6 1. 緒論緒論 1.1 選題的意義選題的意義 20 世紀(jì)以后現(xiàn)身于世的單片機(jī)以其超高的性價(jià)比贏取了世人的青睞，而后單片機(jī)在各 個(gè)領(lǐng)域都如雨后春筍般的出現(xiàn)。得到了廣泛的應(yīng)用，開啟了自動(dòng)化時(shí)代的新篇章。單片 機(jī)具有運(yùn)行速度快、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、性能可靠、環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉等特 點(diǎn)。使用時(shí)無需更改內(nèi)部構(gòu)造，只需為其搭配合適的外圍電路就可以構(gòu)成一套完整的針 對(duì)性極強(qiáng)的單片機(jī)控制系統(tǒng)。 隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)生活質(zhì)量度而要求也越來越高，彩燈越來越廣泛的出現(xiàn) 在了我們的生活里。在過年過節(jié)，舉辦派對(duì)，廣告宣傳燈多種領(lǐng)域，彩燈都很好的完成 了營造氛圍，活躍氣氛的職能。彩燈雖然簡單，但一直是一個(gè)被改進(jìn)技術(shù)以往的角落， 多年以來并沒有多少改進(jìn)。市面上的彩燈多為一次性彩燈，顏色單一，變化方式單一， 一般的彩燈用了一次先發(fā)給換個(gè)新花樣了，就只能把舊的扔掉，不環(huán)保，又浪費(fèi)錢財(cái)。 因此我考慮可以設(shè)計(jì)改進(jìn)已有彩燈。增加燈的變換方式，并可以通過簡單的改變，來改 變彩燈的變換方式?？商崆霸O(shè)定幾種常用的變換方式，通過按鍵來改變幾種預(yù)先設(shè)定變 換方式。并且本設(shè)計(jì)還將引入光的三原色交融來進(jìn)行燈的換色，一燈多色。本設(shè)計(jì)基于 單片機(jī)能更好的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有彩燈的功能，并達(dá)到以達(dá)到換色，換方式但是不換硬件的目的。 1.2 外界的研究，外界的研究， 本設(shè)計(jì)在國內(nèi)外已經(jīng)有實(shí)物上市出售，研究成果顯著，但是仍然存在不足和缺陷，需 要改進(jìn)和加強(qiáng)。根據(jù)市場效果來看，市場反應(yīng)很好。目前研究出來的彩燈已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn) 彩燈自由變換的功能，但仍需改進(jìn)。價(jià)格太貴是其最大的弊端。 我在進(jìn)行選題的時(shí)候首先考慮的就是設(shè)計(jì)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，并且能夠最大化的利 用自己的知識(shí)解決生活中遇到的問題，對(duì)于可變色燈泡這個(gè)選題，首先它延續(xù)了人們對(duì) 舒適生活的一貫要求，讓創(chuàng)新更好的融入到生活中去，提供新設(shè)備，提高人們的生活舒 適度；其次，對(duì)于可變色燈泡的研究，本設(shè)計(jì)更主張人性化，經(jīng)濟(jì)化，吸納了很多類似 產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于通過光的三原色的搭配，切實(shí)降低了可變色燈泡的成本。 7 1.3 本文的主要內(nèi)容本文的主要內(nèi)容 在本次設(shè)計(jì)中，可變色燈泡包括按鍵模塊、led 顯示模塊等，要求本設(shè)計(jì)能夠通過簡單 的改變實(shí)現(xiàn)彩燈的變化，保證設(shè)計(jì)的合理實(shí)用性。我首先需要解決的是對(duì)于硬件電路按 鍵的順序調(diào)整和反應(yīng)模塊的實(shí)現(xiàn)，而后通過軟件編程使軟硬件相結(jié)合，從而保證按鍵功 能的更好的實(shí)現(xiàn)，反應(yīng)模塊主要是依據(jù)單片機(jī)的特性來實(shí)現(xiàn)。在本次設(shè)計(jì)中，我采用 proteus 軟件進(jìn)行電路的仿真處理，另外通過 keil 編寫程序，最后將兩個(gè)軟件結(jié)合使用， 以此實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的仿真處理。 本篇文章包括四個(gè)章節(jié)，分別是緒論：包括設(shè)計(jì)的意義以及選題背景介紹；設(shè)計(jì)方 案：對(duì)本設(shè)計(jì)的基本方案進(jìn)行介紹和部分模塊的設(shè)計(jì)；硬件設(shè)計(jì)部分需要利用 PROTEUS 軟件對(duì)于本設(shè)計(jì)的各個(gè)部分加以分析；軟件設(shè)計(jì)需要利用 KEIL 軟件使單片機(jī)完成設(shè)計(jì)要 求的功能。 2. 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的論文題目，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求首先繪出設(shè)計(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)的整體控制原理 框圖如圖 2-1 所示 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 按鍵電路 中斷電路 AT89C51 單片機(jī) LED 顯示 燈 圖 2-1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 設(shè)計(jì)首先考慮是基于單片機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行控制，將通過按鍵模塊控制單片機(jī)，然后利用 單片機(jī)的原理，對(duì)反應(yīng)模塊和顯示模塊進(jìn)行控制操作，本章節(jié)將對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行規(guī) 劃分析，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，預(yù)先對(duì)不同部分的功能做出預(yù)想和設(shè)計(jì)，便于以后在硬 件設(shè)計(jì)部分進(jìn)行制作。 2.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 本設(shè)計(jì)是一個(gè)可變色彩燈，設(shè)計(jì)的要求是：可以通過按鍵來改變彩燈的單個(gè)燈泡色彩 以及才的呢過的變換方式。當(dāng)按動(dòng)其中一個(gè)按鍵以后，彩燈便會(huì)在此按鍵代表的方式下 運(yùn)行，按動(dòng)其他按鍵時(shí)，原變換結(jié)束，按動(dòng)按鍵代表的運(yùn)行方式開始執(zhí)行，以一種新的 運(yùn)行方式變換。可變色燈泡需要包括按鍵部分、顯示部分等，要求可以在不改變硬件只 改變部分軟件的情況下就能實(shí)現(xiàn)等跑的變色，及變樣變換。本次仿真選取 protues 軟件， 通過 AT89C51 單片機(jī)，使用其定時(shí)功能和外 8 部電路，實(shí)現(xiàn)彩燈閃爍，變色，變樣的功能。 2.2 設(shè)計(jì)限定設(shè)計(jì)限定 由于不同的人群，對(duì)彩燈的需求不同，為了保證可變色彩燈的實(shí)用性，本設(shè)計(jì)提供幾 種模式，以確保不同類型的人在不同模式的基礎(chǔ)上做少量改變就可以基本實(shí)現(xiàn)想要的功 能。不同人需要的燈泡閃爍的間隔以及亮的時(shí)間也不同，根據(jù)不同人群的需求可以提供 幾種預(yù)先設(shè)置的方案。至于閃爍定時(shí)，也可以根據(jù)不同人的需求來提供。 2.3 按鍵部分按鍵部分 按鍵部分需要能夠控制單片機(jī)，按下相應(yīng)的按鍵，就會(huì)有相應(yīng)的動(dòng)作，設(shè)計(jì)獎(jiǎng)采用 6 個(gè)按鍵開關(guān)。按鍵可實(shí)現(xiàn) 5 個(gè)模式選擇，一個(gè)暫停按鈕。也可以根據(jù)不同人群的需要增 加按鍵，增加程序模塊，以達(dá)到增加模式的效果。為了充分利用端口，本設(shè)計(jì)不提供開 關(guān)按鈕，每一個(gè)模式按鍵均可以當(dāng)做開始按鈕，暫停開關(guān)可作為關(guān)閉按鍵。按鍵模塊設(shè) 計(jì)圖。 模式三模式二模式五模式一模式四開/關(guān) 圖 2-2 按鍵模塊設(shè)計(jì)圖 按鍵控制方法和原理： 模式一、模式二、模式三、模式四、模式五：分別以第一種、第二種、第三種、第四 種、第五種模式運(yùn)行彩燈系統(tǒng) 開/關(guān)：暫停彩燈、重新打開彩燈 通過以上的設(shè)計(jì)，使按鍵模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的操作，當(dāng)然，這些操作按鍵是由軟件輸 入單片機(jī)中，通過軟件的形式對(duì)單片機(jī)加以操作和控制，每個(gè)按鍵的原理基本相同，分 別給輸出口以不同的高低電平組合，來實(shí)現(xiàn)各種模式。 2.4 顯示模塊顯示模塊 顯示模塊本設(shè)計(jì)對(duì)彩燈的實(shí)際運(yùn)行做了模擬性仿真，基于條件限制，本設(shè)計(jì)采用了四 個(gè)燈泡組成的簡單的彩燈系統(tǒng)。四個(gè)燈每個(gè)均由紅、藍(lán)、綠三個(gè) led 燈組成，以達(dá)到變色 9 的目的。 由于本模擬設(shè)計(jì)對(duì)于彩燈的顏色沒有特殊的要求，光的三原色組合能夠滿足需求，所 以每個(gè)燈泡由三個(gè)、顏色的 led 燈構(gòu)成即可。即本模擬設(shè)計(jì)通過十二個(gè) led 燈組成四個(gè)可 變色彩燈的系統(tǒng)。 3. 硬件電路的設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì) 3. 1 單片機(jī)的選用單片機(jī)的選用 （1）AT89C51 單片機(jī)的簡單介紹 對(duì)于這次的設(shè)計(jì)，我將選用 AT89C51 單片機(jī)。該類型的芯片采用了 ATMEL 公司生 產(chǎn)的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，具有 MCS51 系列單片機(jī)的所有功能，片上還放置了閃 存存儲(chǔ)器單元和通用 8 核心處理器，從而可以實(shí)現(xiàn)非常強(qiáng)功能大。圖 3-1 是單片機(jī) AT89C51 的引腳圖。 圖 3-1 AT89C51 雙列直插式引腳圖 AT89C51 各個(gè)引腳的作用： VCC：供電電壓+5V。 GND：接地。 P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的 管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定 義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。本系統(tǒng)中 P0 口接 LED 數(shù)碼管的段選段。 10 P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低 電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第 八位地址接收7。 P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因 此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口 當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。 在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和 控制信號(hào)。本系統(tǒng)中語音芯片 ISD1420 的地址端接 P2 口。 P3 口：P3 口是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為 低電平，P3 口將輸出電流，這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功 能口，如表 2.5 所示。P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 表表 2.52.5 P3P3 口的第二功能口的第二功能 口管腳備選功能信號(hào)名稱 P3.0RXD 串行輸入口 P3.1TXD 串行輸出口 P3.2/INT0 外部中斷 0 P3.3/INT1 外部中斷 1 P3.4T0 記時(shí)器 0 外部輸入 P3.5T1 記時(shí)器 1 外部輸入 P3.6/WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 P3.7/RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字 節(jié)。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出 11 正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目 的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作 用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期 兩次/PSEN 有效。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH） ，不管是 否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)，EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA 端保持高電平 時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在本設(shè)計(jì)中，對(duì) ROM 的讀操作只在內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中，所以 EA 置應(yīng)高電平。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出8。 （2）AT89C51 單片機(jī)的主要性能： 與 MCS-51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)兼容 、4k 字節(jié)可重新擦寫 Flash 閃速存儲(chǔ)器、1000 次可擦 寫周期、全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz、1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器、32 個(gè)可編程 I/O 口線、2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、6 個(gè)中斷源 、可編程串行 UART 通道、 低功耗空閑和掉電模 32 仿真軟件的選用仿真軟件的選用 本次設(shè)計(jì)采用 protues 仿真軟件，該軟件的 ISIS 是一款可以通過自己動(dòng)手畫電路圖來 對(duì)實(shí)物進(jìn)行仿真的軟件。這個(gè)軟件不僅支持各種型號(hào)的單片機(jī)，元件庫齊全，而且使用 非常方便，仿真效果非常好，是一款非常值得向大家推薦的能使用單片機(jī)進(jìn)行實(shí)物仿真 的軟件。 proteus 可以很好對(duì)單片機(jī)電路進(jìn)行實(shí)物模擬實(shí)驗(yàn)，模擬效果相較于其他的實(shí)物實(shí)驗(yàn)要好 的多。使用者在使用本軟件的過程中，可以根據(jù)自身需求，隨心所欲的來畫電路圖、補(bǔ) 充電路圖以及修改電路圖。在適當(dāng)?shù)牟僮骱罂闪⒓催M(jìn)行仿真以檢查該電路的實(shí)際運(yùn)行效 果，充分彌補(bǔ)了我們在實(shí)際應(yīng)用時(shí)無法一次次的修改硬件電路的弊端。采用軟件修改硬 件電路的方式，更加方便快捷。在使用軟件繪制電路圖的時(shí)候我們還可以根據(jù)自己的實(shí) 12 際需求選擇使用或者不使用軟件提供的電路元器件，也可以通過自己改變元器件的參數(shù)， 來得到不同的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果若符合預(yù)期的要求，便可進(jìn)行下一步，根據(jù)軟件繪圖 來進(jìn)行實(shí)物的制作，這種方法的經(jīng)濟(jì)快捷使得其本身具有很大的實(shí)用價(jià)值。 3.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)要工作起來就需要為其提供外部硬件電路，最基本的外部電路擴(kuò)單片機(jī)、時(shí) 鐘電路、復(fù)位電路等幾部分，而單片機(jī)的最小電路則只是由復(fù)位電路和時(shí)鐘信號(hào)電路組 成（如圖 3-2） 。 13 圖 3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 復(fù)位電路：為了確定單片機(jī)的起始工作狀態(tài)并且完成單片機(jī)的啟動(dòng)過程，單片機(jī)的 復(fù)位方式有手動(dòng)復(fù)位和上電自動(dòng)復(fù)位兩種。本設(shè)計(jì)采用后者，上電自動(dòng)復(fù)位。 時(shí)鐘電路：單品機(jī)最小系統(tǒng)中另一個(gè)模塊叫做時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路的存在是為了產(chǎn) 生時(shí)鐘頻率，由一個(gè)晶振和兩個(gè)小電容組成。由于 AT89C51 單片機(jī)的內(nèi)部的一個(gè)振蕩器 由一個(gè)反向放大器構(gòu)成，當(dāng) XTAL1 和 XTAL2 分別作為振蕩電路的輸出和輸入端時(shí)，時(shí)鐘 可有內(nèi)部和外部產(chǎn)生。當(dāng)在 XTAL1 和 XTAL2 的引腳上接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路就會(huì)產(chǎn) 生自激震蕩。單片機(jī)系統(tǒng)采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振會(huì)路作為定時(shí)元件。選擇 晶振頻率為 12MHz，電容為 30Pf。電容的大小對(duì)系統(tǒng)頻率起微調(diào)的作用。 14 3.4 按鍵控制電路按鍵控制電路 本設(shè)計(jì)的按鍵控制電路由五個(gè)按鍵開關(guān)構(gòu)成。這五個(gè)按鍵開關(guān)分別接在 AT89C51 單片機(jī) 的 p1.0-p1.4 引腳上，是為了實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的控制彩燈的不同顏色變換及閃爍形式。當(dāng)按 下 key1 時(shí)，12 個(gè) led 發(fā)光二極管以第一種閃爍發(fā)光方式運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)三個(gè)一組的燈泡 不同顏色的變換和閃爍。當(dāng)按下按鍵 key2 的時(shí)候，十二個(gè) led 發(fā)光二極管以第二種方式 閃爍，從而實(shí)現(xiàn)四個(gè)燈泡不斷變換顏色閃爍的第二種模式。同理，當(dāng)按下開關(guān)可以 3 時(shí) 十二個(gè) led 二極管以第三種方式閃爍，實(shí)現(xiàn)四個(gè)可變色燈泡的第三種 按鍵控制電路（如圖 3-3）是由 4 個(gè)按鍵開關(guān)構(gòu)成的。他們分別接在單片機(jī) AT89C51 的 P1.0P1.3 引腳上，為了一對(duì)一方式控制 16 個(gè) LED 彩燈的不同閃爍形式。當(dāng)按下開關(guān) key1 時(shí)，16 個(gè) LED 發(fā)光二極管閃爍第一種彩燈方式；當(dāng)按下開關(guān) key2 時(shí)，16 個(gè) LED 發(fā) 光二極管閃爍第二種彩燈方式；同理，當(dāng)按下開關(guān) key3 時(shí)，16 個(gè) LED 發(fā)光二極管閃爍第 三種彩燈方式；當(dāng)按下開關(guān) key4 時(shí)，16 個(gè) LED 發(fā)光二極管閃爍第四種彩燈方式。 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 AT89C51 圖 3-3 按鍵控制電路圖 15 3.5 中斷電路中斷電路 中斷電路的作用是，無論彩燈正在以哪種方式運(yùn)行，按下中斷按鈕以后，該過程一 定終止，十二支 led 不同色的發(fā)光二極管均處在熄滅狀態(tài)，停止當(dāng)前工作。當(dāng)在按下一 次中斷按鈕的時(shí)候，彩燈繼續(xù)第一次按下中斷按鈕前的方式，從頭開始工作。為此我們 通過單片機(jī)的 p3.3 引腳來接上中斷按鈕，來實(shí)現(xiàn)對(duì)彩燈的中斷控制。中斷控制按鈕接法 如圖 3-4 如圖 3-4 中斷控制電路圖 3.6 LED 顯示電路顯示電路 四個(gè)可變色燈泡，由十二個(gè)發(fā)光二極管組成。發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode） ， 簡稱 LED，led 常被用作微型計(jì)算機(jī)與數(shù)字電路的輸出裝置，是一種具有體積小、耗電低 等優(yōu)點(diǎn)的能講點(diǎn)能轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體器件。Led 的兩端可以加上正向電壓，當(dāng)由電流流 過 led 時(shí)，他便會(huì)發(fā)光，將電能轉(zhuǎn)化為光能。并且 led 的亮度會(huì)隨著通過它自身電流的 大小而改變，但是過大的電流也會(huì)燒毀 led，大的電流會(huì)使 led 的使用壽命縮短。普通的 led 正向電流一般不會(huì)低于 5mA，同時(shí)也不會(huì)高于 20mA.本設(shè)計(jì)的 led 采用灌電流的方式， 16 即電流從電流源出發(fā)，流經(jīng) led 而后進(jìn)入單片機(jī)的 I/O 口。這是由于 51 單片機(jī)的 I/O 口 是弱上拉的方式，高電平時(shí)只能輸出幾十微安的電流，但是其輸出低電平時(shí)又可以輸入 幾十微安的電流，故而，為了保證 led 的正常發(fā)光采取了這種管電流的方式。為了避免 流過 led 的電流過大，從而燒壞 led，本設(shè)計(jì)在 led 和電源之間串聯(lián)上了一個(gè)電阻，以降 低電流。當(dāng) p0 口和 p2 口輸出高電平時(shí)（即 p0/p2=1） ，led 兩端沒有壓降，一次，所有 的 led 都是熄滅不亮的。當(dāng) p0 口和 p2 口輸出低電平時(shí)（即 p0/p2=0） ，led 正向?qū)òl(fā) 光。由于 led 兩端串聯(lián)的電阻起分壓作用，導(dǎo)致 led 兩端電壓約為 1.7V，而串聯(lián)的限流 電阻兩端的電壓約為 3.3V。通過查閱 AT89C51 單片機(jī)的技術(shù)手冊，我們發(fā)現(xiàn)，單個(gè) I/O 口的輸入電流最大值不能超過 10mA；p0 口的輸入電流總和最大值不能超過 26mA；p1 口、 p2 口、p3 口的輸入電流總和最大值不能超過 15mA；所有 I/O 口的輸入電流總和最大值不 得超過 71mA。Led 顯示電路接法，如圖 3-5。 17 圖 3-5 led 顯示電路圖 37 仿真部分總結(jié)仿真部分總結(jié) 如圖 3-6 所示，本設(shè)計(jì)的主要控制部件為 AT89C51 單片機(jī)。共四十個(gè)引腳，本次設(shè) 計(jì)選用 p2 口和 p0 口進(jìn)行 led 變色燈泡的發(fā)光部分，p1 口進(jìn)行主要控制按鍵模塊的傳送， p3 口用作中斷按鈕的傳送，此外還有重置電路和振蕩電路部分。 本設(shè)計(jì)選用 AT89C51 單片機(jī)的 p0 口的六個(gè)引腳（p0.0p0.5）以及 p2 口德六個(gè)引腳 （p2.0p2.5）作為顯示數(shù)據(jù)的傳送端口。因?yàn)檫@個(gè)設(shè)計(jì)的四個(gè)可變色的燈泡均由三個(gè)三 原色 led 燈組成，所以只需要使用 p0 口和 p2 口的十二個(gè)引腳，足夠數(shù)據(jù)可以傳輸顯示， 根據(jù)設(shè)計(jì)原理圖，本設(shè)計(jì)將數(shù)碼管的引腳通過 p0 口和 p2 口的 12 個(gè)引腳 （p0.0p0.5、p2.0p2.5）接上那個(gè) led 燈以后再接上限電電阻就可以實(shí)現(xiàn)顯示模塊的功能 了。 本次可變色燈泡的設(shè)計(jì)，選用 p1 口的 5 個(gè)引腳（p1.0p1.4）分別用作按鍵模塊的第 一種模式、第二種模式、第三種模式、第四種模式、第五種模式這五個(gè)按鍵的輸入端口 首先把這 5 個(gè)引腳通過按鍵與地相接，這樣，如果按下相應(yīng)的按鈕，那這個(gè)按鍵與單片 相連的引腳就會(huì)變成低電平，從而給單片機(jī)輸入一個(gè)低電平的脈沖，再根據(jù)單片機(jī)的內(nèi) 部軟件功能，分別實(shí)現(xiàn)每個(gè)按鍵的功能。 中斷按鈕接在 p3.3 上，其原理與以上五個(gè)模式按鍵的原理相同，再次不在重復(fù)說明。 18 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 C1 30pf C2 30pf X1 CRYSTAL C3 22uf R1 10k D1 LED-BLUE D2 LED-BLUE D3 LED-BLUE D4 LED-BLUE D5 LED-GREEN D6 LED-GREEN D7 LED-GREEN D8 LED-GREEN D9 LED-RED D10 LED-RED D11 LED-RED D12 LED-RED R2 10k R3 10k R4 10k R5 10k R6 10k R7 10k R8 10k R9 10k R10 10k R11 10k R12 10k R13 10k 圖 3-6 硬件設(shè)計(jì)原理圖 4. 軟件編程設(shè)計(jì)軟件編程設(shè)計(jì) 41 編程軟件 本次設(shè)計(jì)選用 keil 為編程軟件。 單片機(jī)的使用有兩種設(shè)計(jì)，一種為硬件電路設(shè)計(jì)，一種為軟件設(shè)計(jì)。單片機(jī)的軟件 匯編分為手工匯編和機(jī)器匯編兩種匯編方式。隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)日新月異的不斷發(fā)展 進(jìn)步，設(shè)計(jì)人員對(duì)單片機(jī)的使用更是越來越熟練。而普通的匯編語言夜早已由于更加高 級(jí)的并且更加實(shí)用的語言的誕生而不復(fù)存在。Keil 軟件是用來開發(fā) 51 系列的單片機(jī)的常 用軟件之一。 Keil 可以進(jìn)行 c51 的匯編語言，PLM 語言和 C 語言的程序設(shè)計(jì)，而且它 的界面十分友好，并且人性化，對(duì)于我們初次接觸的使用者來說，也是非常好學(xué)習(xí)的。 42 延時(shí)部分 在軟件設(shè)計(jì)中會(huì)經(jīng)常用到延時(shí)部分，因此對(duì)延時(shí)程序進(jìn)行統(tǒng)一編程，以便以后進(jìn)行 19 程序調(diào)用，方便省時(shí)。 設(shè)計(jì)編寫延時(shí)程序時(shí)，需要定義延時(shí)頭文件 DELAY_h，編寫時(shí)為了滿足設(shè)計(jì)需要， 在此文件中定義了四個(gè)延時(shí)函數(shù)，分別是 1ms 延時(shí)函數(shù)、2s 延時(shí)函數(shù)、0.2s 延時(shí)函數(shù)和 5ms 延時(shí)函數(shù)。定義時(shí)，必須將每個(gè)函數(shù)都起好名稱區(qū)分清楚，防止用錯(cuò)。在函數(shù)調(diào)用時(shí)， 直接就可以調(diào)用函數(shù)名來使用。 43 按鍵部分 根據(jù)硬件要求，本設(shè)計(jì)一共需要定義六個(gè)按鍵，分別是第一個(gè)變換模式、第二個(gè)變換 模式、第三個(gè)變換模式、第四個(gè)變換模式、第五個(gè)變換模式和一個(gè)中斷模式，為了滿足 設(shè)計(jì)需求，每一個(gè)按鍵按下后都必須實(shí)現(xiàn)其目的并且通過 led 燈的變換顯示出來。 根據(jù)原理，繪制了圖 4-1 的原理框圖如下： 20 開始 判斷有無按鍵按下 當(dāng)key1key5有按鍵按下 時(shí) 當(dāng)中斷開關(guān) 按下時(shí) 實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能 中斷當(dāng)前模 式 中斷開關(guān)再 次按下時(shí) 是 否 圖 4-1 按鍵設(shè)計(jì)原理圖 44 綜合仿真 仿真部分總結(jié)：在仿真之前，首先需要將 keil 與 protues 進(jìn)行聯(lián)調(diào)，然后在 keil 中用 源程序的項(xiàng)目生成 HEX 文件后，在 protues 中導(dǎo)入單片機(jī)，即可在 protues 中進(jìn)行仿真。 如圖 4-2 所示，利用仿真圖左側(cè)的按鍵部分，分別按動(dòng)由上到下的五個(gè)按鈕按鈕，系 統(tǒng)開始以各個(gè)模式運(yùn)行，四個(gè)可變色燈泡以不同的顏色來回變換跳躍閃爍。 。按動(dòng)最下方 的按鈕來實(shí)現(xiàn)中斷的作用。從而實(shí)現(xiàn)了本設(shè)計(jì)可變色燈泡的全部功能。 21 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 C1 30pf C2 30pf X1 CRYSTAL C3 22uf R1 10k D1 LED-BLUE D2 LED-BLUE D3 LED-BLUE D4 LED-BLUE D5 LED-GREEN D6 LED-GREEN D7 LED-GREEN D8 LED-GREEN D9 LED-RED D10 LED-RED D11 LED-RED D12 LED-RED R2 10k R3 10k R4 10k R5 10k R6 10k R7 10k R8 10k R9 10k R10 10k R11 10k R12 10k R13 10k 圖 4-2 仿真原理圖 22 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