電氣工程及其自動化畢業(yè)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) 電氣工程及其自動化電氣工程及其自動化 班班 級級 2011 級本級本 4 班班 學(xué)學(xué) 號號 4702110144 學(xué)學(xué) 生生 姓姓 名名 孫國強(qiáng)孫國強(qiáng) 聯(lián)聯(lián) 系系 方方 式式指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師師 蘇良昱蘇良昱 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?zhí)顚?無 3 學(xué)生簽名 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名 年 月 日 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 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 5 Keywords 8051 MCU flashing LED lights control system 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 6 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 3 2 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 3 7 仿真部分總結(jié) 18 4 軟件編程設(shè)計(jì) 20 4 1 編程軟件 20 4 2 延時(shí)部分 20 4 3 按鍵部分 20 4 4 綜合仿真 21 參考文獻(xiàn) 23 附 錄 源 程 序 24 致 謝 26 7 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)成一套完整的針對性極強(qiáng)的單片機(jī)控制系統(tǒng) 隨著社會的發(fā)展進(jìn)步 人們對生活質(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 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 可提前設(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解決生活中遇到的問題 對于可變色燈泡這個(gè)選題 首先 它延續(xù)了人們對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) 8 備 提高人們的生活舒適度 其次 對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 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 9 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 對反應(yīng)模塊和顯示模塊進(jìn)行控制操作 本章節(jié)將對整個(gè) 設(shè)計(jì)方案進(jìn)行規(guī)劃分析 對各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì) 預(yù)先對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)按動其中一個(gè)按鍵以后 彩燈便會在此按 鍵代表的方式下運(yùn)行 按動其他按鍵時(shí) 原變換結(jié)束 按動按鍵代表的運(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 10 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 就會有相應(yīng)的動作 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)對單片機(jī)的操作 當(dāng)然 這些操作按鍵是 11 由軟件輸入單片機(jī)中 通過軟件的形式對單片機(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)到變色的目的 由于本模擬設(shè)計(jì)對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 12 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 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 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)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(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) 對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí) P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容 P2 13 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號 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 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)存儲器寫選通 P3 7 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 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正脈沖信號 此頻率為振蕩器 頻率的 1 6 因此它可用作對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 14 PSEN 外部程序存儲器的選通信號 在由外部程序存儲器取指期間 每個(gè)機(jī) 器周期兩次 PSEN 有效 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí) 這兩次有效的 PSEN 信號將不 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器 0000H FFFFH 不管是否有內(nèi)部程序存儲器 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)部程序存儲器 在本設(shè)計(jì)中 對 ROM 的讀操作只在內(nèi)部 程序存儲器中 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 閃速存儲器 1000 次可擦寫周期 全靜態(tài)操作 0Hz 24MHz 128 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 三級加密 程序存儲器 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 3 2 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手畫 電路圖來對實(shí)物進(jìn)行仿真的軟件 這個(gè)軟件不僅支持各種型號的單片機(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 15 路圖的時(shí)候我們還可以根據(jù)自己的實(shí)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) 鐘信號電路組成 如圖 3 2 16 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)的啟動過程 單 片機(jī)的復(fù)位方式有手動復(fù)位和上電自動復(fù)位兩種 本設(shè)計(jì)采用后者 上電自動復(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 17 對系統(tǒng)頻率起微調(diào)的作用 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 0 P1 3 引腳上 為了一對一方式控制 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 18 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 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)對彩燈的中 斷控制 中斷控制按鈕接法如圖 3 4 19 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) 他便會發(fā)光 將電能轉(zhuǎn)化為光能 并且 led 的亮度會隨著通過它自身電流的大小而改變 但是過大的電流也會燒毀 led 大的電流會使 led 的使用壽命縮短 普通的 led 正向電流一般不會低于 5mA 同時(shí)也不會高于 20mA 本設(shè)計(jì)的 led 采用灌電流的方式 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 20 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 21 圖 3 5 led 顯示電路圖 3 7 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 0 p0 5 以及 p2 口德 22 六個(gè)引腳 p2 0 p2 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 0 p0 5 p2 0 p2 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 0 p1 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 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 23 4 軟件編程設(shè)計(jì)軟件編程設(shè)計(jì) 4 1 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 對于我們初次 接觸的使用者來說 也是非常好學(xué)習(xí)的 4 2 延時(shí)部分 在軟件設(shè)計(jì)中會經(jīng)常用到延時(shí)部分 因此對延時(shí)程序進(jìn)行統(tǒng)一編程 以便以 后進(jìn)行程序調(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 4 3 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 24 開始 判斷有無按鍵按下 當(dāng)key1 key5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 4 4 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 分別按動由上到下的五個(gè)按鈕 25 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 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 26 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 曹天漢 模擬電子技術(shù) 北京師范大學(xué)出版社 2005 年 8 月 2 侯玉寶 陳忠平 李成群 基于 Proteus 的 51 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真 電子工業(yè)出版 社 2008 年 9 月 3 曹天漢 錢衛(wèi)星 張雪娟 單片機(jī)原理與接口技術(shù) 第 3 版 電子工業(yè)出版社 2009 年 3 月 4 張國華 張弛 吳冬芳等 基于單片機(jī)的學(xué)習(xí)式倒計(jì)時(shí)器 J 煤炭技術(shù) 2011 30 5 47 49 5 李全利 單片機(jī)原理與接口技術(shù) M