基于PWM控制的七彩燈設計

1、基于pwm控制的七彩燈設計 摘要本論文主要設計一個基于單片機的彩燈控制器。本設計以單片機為核心，運用彩燈、按鍵等組成電路，讓彩燈實現(xiàn)不同的閃爍方式，可以使彩燈依次循環(huán)點亮；軟件設計主要用中斷的方法，使彩燈實現(xiàn)不同方式的點亮。它結(jié)構(gòu)簡單且設計思路新穎,開發(fā)成本低廉、維修方便。關鍵詞：單片機；led；中斷；彩燈abstractthis thesis mainly based on single chip design a lantern controller. this design based on singlechip, use lights, such as keys, composed c

2、ircuit realization of different lights flashing lights, can make the light in circulation, software design using the method, the major disruption to achieve different lights. it is simple in structure and design novel, low cost, easy maintenance。key words: scm; led ; interrupt ; lights目錄前言11 pwm控制技術

3、21.1 pwm控制的基本原理21.2 pwm逆變電路及其控制方法31.2.1計算法和調(diào)制法31.2.2異步調(diào)致賀同步調(diào)制51.2.3 pwm逆變電路的諧波分析61.2.4 提高直流電壓利用率和減少開關次數(shù)71.2.5 pwm逆變電路的多重化71.3 具體過程82 七彩燈92.1 藝術彩燈功能描述92.2 三基色原理彩燈92.3 彩燈原理與系統(tǒng)設計框架102.3.1 彩燈實現(xiàn)原理102.3.2 色彩變換的實現(xiàn)113 pwm控制七彩燈113.1 at89s51單片機的概述113.1.1單片機發(fā)展歷程113.1.2單片機的特點及應用123.2 用單片機實現(xiàn)pwm控制過程133.3 設計思路133.

4、4 電路和功能描述143.5 電路圖15附錄16結(jié)束語24參考文獻25 基于pwm控制的七彩燈設計 前言隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色霓虹燈。隨著科技不斷地發(fā)展，人們生活水平不斷地提高，人們的審美觀念也就上升了一個層次。因此，為了吸引顧客的眼光,注重店鋪外觀的設計，在店鋪外面懸掛各種樣的彩燈,或者是滾動字幕等等。led彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應用，用彩燈來裝飾街道和城市建筑已經(jīng)成為一種時尚。但目前市場上各式各樣的led彩燈控制器大多數(shù)用全硬件電路實現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復雜、功能單一，這樣一旦制成成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不

5、同場合、不同時間段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時間、模式、閃爍頻率等動態(tài)參數(shù)。這種彩燈控制器結(jié)構(gòu)往往有芯片過多、電路復雜、功率損耗大燈特點。此外從功能效果上看，亮燈模式少而且樣式單調(diào)，缺乏用戶可操作性，影響亮燈效果。因此有必要對現(xiàn)有的彩燈控制器進行改進。近年來隨著計算機在社會領域的滲透,單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應用對象特點的軟件結(jié)合，以作完善。藝術彩燈是基于計數(shù)器和pwm調(diào)試的綜合應用,可用作居家的床頭彩燈、節(jié)日慶典的高亮彩燈等，

6、它結(jié)構(gòu)簡單,單片機規(guī)模不大,但是能充分應用單片機功能,且設計思路新穎,開發(fā)成本低廉、維修方便。1 pwm控制技術pwm（pulse width modulation）控制脈沖寬度調(diào)制技術，通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。pwm控制技術以其控制簡單,靈活和動態(tài)響應好的優(yōu)點而成為電力電子技術最廣泛應用的控制方式

7、,也是人們研究的熱點.由于當今科學技術的發(fā)展已經(jīng)沒有了學科之間的界限,結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關技術將會成為pwm控制技術發(fā)展的主要方向之一。1.1 pwm控制的基本原理理論基礎：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。圖1-1 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖面積等效原理：分別將如圖1-1所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（r-l電路）上，如圖1-2a所示。其輸出電流i(t)對不同窄脈沖時的響應波形如圖1-2b所示。從波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t

8、)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄，各i(t)響應波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應i(t)也是周期性的。用傅里葉級數(shù)分解后將可看出，各i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。圖1-2 沖量相同的各種窄脈沖的響應波形用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波，正弦半波n等分，看成n個相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。1.2 pwm逆變電路及其控制方法目前中小功率的逆變電路幾乎都采用pwm技術。逆變電路是pwm控制技術最為重要的應用場合。本節(jié)內(nèi)容構(gòu)成了本章的主體pw

9、m逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前實用的幾乎都是電壓型。1.2.1計算法和調(diào)制法1、計算法根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準確計算pwm波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關器件的通斷，就可得到所需pwm波形。缺點：繁瑣，當輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時，結(jié)果都要變化2、調(diào)制法輸出波形作調(diào)制信號，進行調(diào)制得到期望的pwm波；通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波；等腰三角波應用最多，其任一點水平寬度和高度成線性關系且左右對稱；與任一平緩變化的調(diào)制信號波相交，在交點控制器件通斷，就得寬度正比于信號波幅值的脈沖，符合pwm的要求。調(diào)制信號波為正弦波時，得到的就是spwm波；調(diào)制信號不

10、是正弦波，而是其他所需波形時，也能得到等效的pwm波。結(jié)合igbt單相橋式電壓型逆變電路對調(diào)制法進行說明：設負載為阻感負載，工作時v1和v2通斷互補，v3和v4通斷也互補?？刂埔?guī)律：uo正半周，v1通，v2斷，v3和v4交替通斷，負載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段為正，一段為負，負載電流為正區(qū)間，v1和v4導通時，uo等于ud，v4關斷時，負載電流通過v1和vd3續(xù)流，uo=0，負載電流為負區(qū)間，io為負，實際上從vd1和vd4流過，仍有uo=ud，v4斷，v3通后，io從v3和vd1續(xù)流，uo=0，uo總可得到ud和零兩種電平。uo負半周，讓v2保持通，v1保持斷，v3和v4交替通

11、斷，uo可得-ud和零兩種電平。圖1-3 單相橋式pwm逆變電路單極性pwm控制方式（單相橋逆變）：在ur和uc的交點時刻控制igbt的通斷。ur正半周，v1保持通，v2保持斷，當ur>uc時使v4通，v3斷，uo=ud，當ur<uc時使v4斷，v3通，uo=0。ur負半周，v1保持斷，v2保持通，當ur<uc時使v3通，v4斷，uo=-ud，當ur>uc時使v3斷，v4通，uo=0，虛線uof表示uo的基波分量。波形見圖1-4。圖1-4單極性pwm控制方式波形1.2.2異步調(diào)制和同步調(diào)制載波比載波頻率fc與調(diào)制信號頻率fr之比，n= fc / fr。根據(jù)載波和信號波是

12、否同步及載波比的變化情況，pwm調(diào)制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制：1、異步調(diào)制異步調(diào)制載波信號和調(diào)制信號不同步的調(diào)制方式。通常保持fc固定不變，當fr變化時，載波比n是變化的。在信號波的半周期內(nèi)，pwm波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對稱。當fr較低時，n較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對稱的不利影響都較小，當fr增高時，n減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，pwm脈沖不對稱的影響就變大。因此，在采用異步調(diào)制方式時，希望采用較高的載波頻率，以使在信號波頻率較高時仍能保持較大的載波比。2、同步調(diào)制同步調(diào)制n等于常數(shù)，并在變頻時使載波和信號波保持同步

13、?；就秸{(diào)制方式,fr變化時n不變，信號波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定。三相，公用一個三角波載波,且取n為3的整數(shù)倍，使三相輸出對稱。為使一相的pwm波正負半周鏡對稱，n應取奇數(shù)。fr很低時，fc也很低，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除，fr很高時，fc會過高，使開關器件難以承受。為了克服上述缺點，可以采用分段同步調(diào)制的方法。3、分段同步調(diào)制把fr范圍劃分成若干個頻段，每個頻段內(nèi)保持n恒定，不同頻段n不同。在fr高的頻段采用較低的n，使載波頻率不致過高，在fr低的頻段采用較高的n，使載波頻率不致過低。1.2.3 pwm逆變電路的諧波分析使用載波對正弦信號波調(diào)制，產(chǎn)生了和載波有關的諧波分量。諧波頻率和幅值是

14、衡量pwm逆變電路性能的重要指標之一。分析雙極性spwm波形：同步調(diào)制可看成異步調(diào)制的特殊情況，只分析異步調(diào)制方式。分析方法：不同信號波周期的pwm波不同，無法直接以信號波周期為基準分析，以載波周期為基礎，再利用貝塞爾函數(shù)推導出pwm波的傅里葉級數(shù)表達式，分析過程相當復雜，結(jié)論卻簡單而直觀。1、單相的分析結(jié)果：不同調(diào)制度a時的單相橋式pwm逆變電路在雙極性調(diào)制方式下輸出電壓的頻譜圖中所包含的諧波角頻率為 式中，n1，3，5，時，k=0，2，4，；n=2，4，6，時，k=1，3，5，。可以看出，pwm波中不含低次諧波，只含有角頻率為c，及其附近的諧波，以及2c、3c等及其附近的諧波。在上述諧波中

15、，幅值最高影響最大的是角頻率為c的諧波分量。2、三相的分析結(jié)果：三相橋式pwm逆變電路采用公用載波信號時不同調(diào)制度a時的三相橋式pwm逆變電路輸出線電壓的頻譜圖。在輸出線電壓中，所包含的諧波角頻率為式中，n=1，3，5，時，k=3(2m-1)±1，m=1，2，； 6m +1，m =0，1，；n =2，4，6，時，k = 6m -1，m =1，2，。和單相比較，共同點是都不含低次諧波，一個較顯著的區(qū)別是載波角頻率c整數(shù)倍的諧波被消去了，諧波中幅值較高的是c±2r和2c±r。1.2.4 提高直流電壓利用率和減少開關次數(shù)直流電壓利用率逆變電路輸出交流電壓基波最大幅值u1

16、m和直流電壓ud之比。提高直流電壓利用率可提高逆變器的輸出能力；減少器件的開關次數(shù)可以降低開關損耗；正弦波調(diào)制的三相pwm逆變電路，調(diào)制度a為1時，輸出相電壓的基波幅值為ud2，輸出線電壓的基波幅值為，即直流電壓利用率僅為0.866。這個值是比較低的，其原因是正弦調(diào)制信號的幅值不能超過三角波幅值，實際電路工作時，考慮到功率器件的開通和關斷都需要時間，如不采取其他措施，調(diào)制度不可能達到1。采用這種調(diào)制方法實際能得到的直流電壓利用率比0.866還要低。1.2.5 pwm逆變電路的多重化和一般逆變電路一樣，大容量pwm逆變電路也可采用多重化技術。采用spwm技術理論上可以不產(chǎn)生低次諧波，因此，在構(gòu)成

17、pwm多重化逆變電路時，一般不再以減少低次諧波為目的，而是為了提高等效開關頻率，減少開關損耗，減少和載波有關的諧波分量。pwm逆變電路多重化聯(lián)結(jié)方式有變壓器方式和電抗器方式，利用電抗器聯(lián)接實現(xiàn)二重pwm逆變電路的例子。電路的輸出從電抗器中心抽頭處引出，圖中兩個逆變電路單元的載波信號相互錯開180°，所得到的輸出電壓波形如圖所示。圖中，輸出端相對于直流電源中點的電壓，已變?yōu)閱螛O性pwm波了。輸出線電壓共有0、±（1/2）ud、±ud五個電平，比非多重化時諧波有所減少。 一般多重化逆變電路中電抗器所加電壓頻率為輸出頻率，因而需要的電抗器較大。而在多重pwm型逆變電路中

18、，電抗器上所加電壓的頻率為載波頻率，比輸出頻率高得多，因此只要很小的電抗器就可以了。二重化后，輸出電壓中所含諧波的角頻率仍可表示為，但其中當n奇數(shù)時的諧波已全部被除去，諧波的最低頻率在附近，相當于電路的等效載波頻率提高了一倍。圖1-5 pwm逆變電路1.3 具體過程脈沖寬度調(diào)制（pwm）是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。pwm信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(on)，要么完全無(off)。電壓或電流源是以一種通(on)或斷(off)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時

19、候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用pwm進行編碼。多數(shù)負載(無論是電感性負載還是電容性負載)需要的調(diào)制頻率高于10hz，通常調(diào)制頻率為1khz到200khz之間。許多微控制器內(nèi)部都包含有pwm控制器。例如，microchip公司的pic16c67內(nèi)含兩個pwm控制器，每一個都可以選擇接通時間和周期。占空比是接通時間與周期之比；調(diào)制頻率為周期的倒數(shù)。執(zhí)行pwm操作之前，這種微處理器要求在軟件中完成以下工作：1、設置提供調(diào)制方波的片上定時器/計數(shù)器的周期2、在pwm控制寄存器中設置接通時間3、設置pwm輸出的方向，這個輸出是一個通用i

20、/o管腳4、啟動定時器5、使能pwm控制器2 七彩燈 2.1 藝術彩燈功能描述彩燈可以通過定時或隨用戶要求來變換不同的色彩。傳統(tǒng)的彩燈一般只有3種顏色,分別對應3種顏色的燈泡,當需要其中某種顏色的時候,點亮該顏色的燈泡,熄滅其他顏色的燈泡;先進的彩燈利用三基色原理做簡單的混合,其控制系統(tǒng)只是幾個開關或按鈕。目前市面最為常用的彩色燈大都利用惰性氣體在電極作用下變色的原理制作,工藝要求嚴格。本設計采用三基色原理,利用價格低廉的51系列單片機控制基色led燈泡從而實現(xiàn)豐富的色彩變化。許多基于單片機的應用，通常是規(guī)模較小，成本低廉的工程，對于這些應用，成本和售后維修應該是公司，企業(yè)設計人員首要考慮的問

21、題，但是對于那些規(guī)模較小的應用，設計人員和工程技術人員首要考慮的應該是系統(tǒng)的完備性和穩(wěn)定性，因為單片機的i/o口通信易受信號干擾。2.2 三基色原理彩燈利用三基色原理的藝術彩燈的功能如下：1、實現(xiàn)七彩顏色變化利用3個獨立的單色led燈泡進行組合搭配，使單個彩燈可有7種不同的顏色。2、設置色彩變換的快慢用戶可自行設定彩燈色彩的變換快慢,并可隨是的修改這種設置。此外，系統(tǒng)還自我缺省的設置一組節(jié)奏。通過藝術彩燈設計實例,可以很好地了解到51系列單片機em78p153的定時器控制和單片機中斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換技術的綜合使用方法,這主要表現(xiàn)在以下5個方面。1、藝術彩燈結(jié)構(gòu)簡單,并且具備了最小實用單片機系統(tǒng)的基本構(gòu)

22、成。通過本案例,可以清楚設計和實現(xiàn)一個單片機實用系統(tǒng)需要哪些外圍設備的基本電路,以及如何使用單片機內(nèi)部計數(shù)器并調(diào)用中斷。2、藝術彩燈利用pwm調(diào)制控制基色led燈泡:利用單片機內(nèi)部的兩個計數(shù)器,通過比較它們的狀態(tài)來調(diào)節(jié)基色led的亮度。這種pwm調(diào)制的實現(xiàn)技術是最簡單的一種,如果內(nèi)部計數(shù)器狀態(tài)穩(wěn)定,則pwm調(diào)制效果較好。3、藝術彩燈使用了單片機的系統(tǒng)中斷功能:系統(tǒng)主要由8種狀態(tài)組成,每一種狀態(tài)對應于一個設定的中斷號,執(zhí)行該中斷使得彩燈呈現(xiàn)出一種顏色。4、藝術彩燈使用了單片機的i/0口交流檢測功能:單片機uo連接交流檢測電路,利用它來檢測交流過零:利用采集的檢測值同步基色led燈泡的亮度變化。通

23、過實例電路的講解,讀者可以了解單片機擴展的基本技術和單片機端口要求,同時掌握基本的交流電檢測電路的設計方法。5、藝術彩燈使用了簡潔的系統(tǒng)電源和led燈泡控制電路:系統(tǒng)電源的設計采用了常見的全橋整流:led燈泡控制則利用npn和pnp三極管的截止電壓實現(xiàn)。通過本案例的講解,讀者可掌握此類電路的設計方法,也可在它們的基礎上做進一步的擴展。2.3 彩燈原理與系統(tǒng)設計框架系統(tǒng)根據(jù)三基色原理,以紅、綠、藍3種基本顏色組成一個可變的單元,將紅綠藍3種基色led燈泡放到磨沙的玻璃罩內(nèi),3種基色光經(jīng)混合后,便可對外呈現(xiàn)7種顏色。系統(tǒng)還利用單片機uo口的pwm調(diào)制來調(diào)節(jié)led亮度,使各種顏色之間的變化柔和;還可

24、以進行外部設置,如設置顏色變化的周期、起始的顏色以及呈現(xiàn)不同的景象。2.3.1 彩燈實現(xiàn)原理系統(tǒng)使用3個具有獨立顏色的led燈泡,根據(jù)三基色原理,這3個led的發(fā)光顏色為紅、綠、藍。3個具有獨立發(fā)光顏色的led將按照該色度三角的特性進行組合 , 使得彩燈呈現(xiàn)不同的色彩。三基色原理的基本公式如下:紅色+藍色+綠色=白色紅色+藍色=紫色藍色+綠色=青色綠色+紅色=黃色三基色紅、綠、藍可以混合出它們之間連線上的顏色，例如：當紅色led和綠色led亮度相同,而藍色led熄滅時,彩燈將呈現(xiàn)黃色;若此時紅色led的亮度大于綠色led的亮度,彩燈將呈現(xiàn)偏紅的橙色:若紅色led的亮度小于綠色led的亮度,彩燈

25、將呈現(xiàn)偏綠的黃綠色。當3個led燈泡的亮度相同時,彩燈將呈現(xiàn)白色,其光線類似于白熾燈。2.3.2 色彩變換的實現(xiàn)led燈泡發(fā)光恒定,若要達到色彩變換的效果還需利用單片機控制各色led發(fā)出不同亮度的燈光。控制led亮度需要利用單片機i/0口的pwm來實現(xiàn)數(shù)字/模擬(d/a)轉(zhuǎn)換,d/a轉(zhuǎn)換的實質(zhì)是對某一固定頻率的脈沖進行占空比調(diào)節(jié)。假設led燈泡的工作電壓為嶼,單片機uo口的輸出占空比為。的平均工作電壓為uavg,它可以由公式(2.1)計算得到。 uavg=×uo (2.1)由公式(2.1)可知,只要改變led的平均工作電壓uavg,就能使發(fā)光亮度有所改變。然而工作電壓的是220v市電

26、經(jīng)過整流后的恒定電壓,不可隨意變更,因此只能通過改變占空比來改變uavg的值。綜上所述,色彩變換可以轉(zhuǎn)化為通過調(diào)節(jié)占空比來調(diào)節(jié)led燈光亮度,進而利用色度三角調(diào)出所需色彩。3 pwm控制七彩燈實現(xiàn)彩燈控制的方法很多，如eprom編程、ram編程、單板機、單片機等，都可以組成大型彩燈控制系統(tǒng)。因為本次實習要求設計的彩燈路數(shù)較少，且花型變換較為簡單，故采用pwm彩燈控制電路。3.1 at89s51單片機的概述3.1.1單片機發(fā)展歷程mcs-51單片機是美國inte公司于1980年推出的產(chǎn)品，典型產(chǎn)品有8031（內(nèi)部沒有程序存儲器，實際使用方面已經(jīng)被市場淘汰）、8051（芯片采用hmos，功耗是63

27、0mw，是89c51的5倍，實際使用方面已經(jīng)被市場淘汰）和8751等通用產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，mcs-51內(nèi)核系列兼容的單片機仍是應用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學校的培訓教材仍與mcs-51單片機作為代表進行理論基礎學習。有些文獻甚至也將8051泛指mcs-51系列單片機，8051是早期的最典型的代表作，由于mcs-51單片機影響極深遠，許多公司都推出了兼容系列單片機，就是說mcs-51內(nèi)核實際上已經(jīng)成為一個8位單片機的標準。其他的公司的51單片機產(chǎn)品都是和mcs-51內(nèi)核兼容的產(chǎn)品而以。同樣的一段程序，在各個單片機廠家的硬件上運行的結(jié)果都是一樣的，如atmel的89c51（已經(jīng)停產(chǎn)）、89s51，

28、philips（菲利浦），和winbond（華邦）等，我們常說的已經(jīng)停產(chǎn)的89c51指的是atmel公司的at89c51單片機，同時是在原基礎上增強了許多特性，如時鐘，更優(yōu)秀的是由flash（程序存儲器的內(nèi)容至少可以改寫1000次）存儲器取帶了原來的rom（一次性寫入），at89c51的性能相對于8051已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。不過在市場化方面，89c51受到了pic單片機陣營的挑戰(zhàn)，89c51最致命的缺陷在于不支持isp（在線更新程序）功能，必須加上isp功能等新功能才能更好延續(xù)mcs-51的傳奇。89s51就是在這樣的背景下取代89c51的，現(xiàn)在，89s51目前已經(jīng)成為了實際應用市場上新的寵

29、兒，作為市場占有率第一的atmel目前公司已經(jīng)停產(chǎn)at89c51，將用at89s51代替。89s51在工藝上進行了改進，89s51采用0.35新工藝，成本降低,而且將功能提升,增加了競爭力。89sxx可以像下兼容89cxx等51系列芯片。市場上見到的89c51實際都是atmel前期生產(chǎn)的巨量庫存而以。如果市場需要，atmel當然也可以再恢復生產(chǎn)at89c51。3.1.2單片機的特點及應用單片機，亦稱單片微電腦或單片微型計算機。它是把中央處理器（cpu）、隨機存取存儲器（ram）、只讀存儲器（rom）、輸入/輸出端口（i/0）等主要計算機功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。主要特點有

30、：1、高性能低價格一個單片機從功能上講相當與一臺微型計算機，可是價格卻很低，一個單片機的價格一般在幾元到幾十元之間。而且隨著科學技術的發(fā)展各市場競爭的需要，世界上生產(chǎn)單片機的各大公司都在不斷地采用新技術來提高單片機的性能，同時又進一步降低其價格。 2、體積小，可靠性高在單片機的片內(nèi)，除了一般必須具有的rom,ram,定時器計數(shù)器，中斷系統(tǒng)外，還盡可能地把眾多的各種外圍功能器件集成在片內(nèi)，減少了外部各芯片之間的連接，大大地提高了單片機的可靠性各抗干擾能力。 3、低電壓，低功耗一般單片機工作電壓為5v，有的單片機可以在1,8-3v的電壓下工作，而且，功耗降至ua級。例如，msp430超低功耗類型的

31、單片機，兩個紐扣電池就可以保障其運行長達近十年。單片機的這種低電壓，低功耗的特性，對于設計各開發(fā)攜帶式智能產(chǎn)品各家用消費類產(chǎn)品顯得非常重要。目前，計算機的產(chǎn)生加快了人類改造世界的步伐，但是它畢竟體積大。微計算機（單片機）在這種情況下誕生了，它的應用可以說很廣泛?？v觀我們現(xiàn)在生活的各個領域，從導彈的導航裝置，到飛機上各種儀表的控制，從計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能ic卡、電子寵物等，這些都離不開單片機。3.2 用單片機實現(xiàn)pwm控制過程通常硬件產(chǎn)生pwm波的方法具有硬件結(jié)構(gòu)復雜、成本高、系統(tǒng)可靠性低、調(diào)制方式不靈活、難以實現(xiàn)優(yōu)化

32、等一系列缺點，軟件生產(chǎn)pwm的方法能有效克服上述缺點，因而獲得廣泛的應用。下面就單片機生成pwm波形的設計方法進行分析。1、載波比，采用微機生成pwm波時，必須先確定好載波比n（或2n）。對于變頻器來說，如果頻率變化的范圍較大，那么整個頻率范圍內(nèi)采用同一個載波比的同步調(diào)制方案。難以兼顧高頻和低頻輸出時的性能。選用較高時往往會由于輸出pwm開關頻率過高，會造成開關器件的損耗增加，對器件開關頻率極限要求也會提高等缺點，而選擇較小的載波比，又會造成低頻輸出時過于稀疏，使電流脈動增大，諧波分量增加等缺點。最常用的方法是分段同步調(diào)制的方法，以獲得較好的控制特性。需要注意的是：(1）切換時不出現(xiàn)電壓的突變

33、；（2）在切換臨界點處需設置一個滯環(huán)區(qū)，以避免輸出頻率落在臨界切換點附近造成載波頻率反復變化而引起的震蕩現(xiàn)象。2、無論采用何種pwm生成算法，最終是計算出pwm脈沖的切換時間，因而在cpu中實現(xiàn)該波形的常用方法是定時控制，由定時中斷服務程序完成pwm脈沖波的換相，其原理如下：（1）pwm的載波周期ts由載波周期定時器定時，當定時到來時，向cpu發(fā)出中斷申請，cpu相應中斷并執(zhí)行中斷服務程序，該中斷服務程序的任務是將保存在內(nèi)存中的pwm開關定時數(shù)據(jù)（上一個載波周期計算出來的pwm換相定時時間）送pwm波定時器，并啟動此定時器工作，然后再計算下一個載波周期的pwm數(shù)據(jù)并保存。（2）pwm波的定時器

34、根據(jù)載波周期定時中斷服務程序送來的開關數(shù)據(jù)進行定時控制，在中斷服務程序中完成對pwm的換相并輸出至端口。3.3 設計思路t為pwm周期，設為1ms。t1為pwm高電平周期（如果是要求低電平驅(qū)動就是低電平驅(qū)動，這里設為高電平驅(qū)動）。在這里采用死延時的方法來控制pwm的占空比，死延時的多少是基于t周期的占空比，也即t1與t的比。模擬pwm的t周期的產(chǎn)生是在一個程序循環(huán)當中實現(xiàn)，設t1x為t1的延時值，則通過一個定時中斷即可定時刷新pwm的占空比，如果定時中斷刷新t1x的值為漸增的，則pwm占空比是上升的，則led產(chǎn)生漸亮的變化，反之，則led則產(chǎn)生漸暗的變化效果，刷新的速度由定時器進行控制，也即l

35、ed漸變的速度是由定時器控制的。當然也可使用檢測外部的交流過流來刷新燈漸變來代替定時器的上述的這個功能，如果使用這個功能，在一些不同的燈需要同步的場合，是一種比較好的選擇。pwm的細分是由死延時參數(shù)t1x來決定的。詳細的程序操作過程：先假設細分為100份，估且稱為100單步，則t1x變化從0100，時間t為1ms，則每10us變化1單步。開啟定時器刷新t1x值，只要變量時間t一直在循環(huán)，一到便將詢問t1x變量為多少，從而決定高電平延時時間是多少單步，程序一進度漸變的循環(huán)則問t1x是否為0，如果為0，則說明占空比為0%，沒有高電平，如果非0，則打開led端口為高電平，延時t1x單步時間，延時時間

36、完畢后，將led端口清為0低電平，再延時t-t1x時間，即完成了一個t周期的控制，回到下一個t周期的開始。在定時器中漸增刷新t1x值，則led起到了漸增的漸亮的效果，此往復。如果要實現(xiàn)一種顏色漸增同時另一種顏漸亮，只要在控制端口時控制即可。用定時器中斷產(chǎn)生最小時間單位t0，每m個t0組成一個子周期t10，其中前n個t0為led導通時間，即ton=n*t0,則toff=(m-n)*t0;每x個t10組成一個母周期t20，其中前y個t10為有效控制時間，后續(xù)的（x-y)個t10令led熄滅或者子周期占空比調(diào)至最小。適當調(diào)節(jié)n/m和x/y的比例使顯示效果達到最佳。子周期的最小占空比的寬度應大于led

37、的點亮時間，即點亮led的時間寬度n/m*t0應足夠產(chǎn)生余輝。類似于動態(tài)數(shù)碼管對點亮時間的要求。母周期的寬度應小于1/50s，提高刷新頻率以令肉眼察覺不出閃爍。3.4 電路和功能描述電路描述：輸入5v電源，簡易rc復位，p3.3對地接key(減1)，p3.3對地接key2(加1)，p3.7接三極管c106驅(qū)動led。led直徑5mm，紅色。限流電阻471、1/4w.功能描述：led漸亮漸滅。按住key可以保持住當前某占空比的亮度（如一開始按住key再通電，將看到空度比為1%的亮度）。調(diào)節(jié)子周期和母周期，均可漸亮漸滅。同時按下“加1”和“減1”按鍵切換選擇調(diào)節(jié)對象。3.5 電路圖74ls194（

38、移位寄存器）要用194實現(xiàn)三個花型的連續(xù)顯示必須對兩片194的s1、s0和sl、sr一句節(jié)拍的變化進行相應的改變?，F(xiàn)將兩片194分為低位片1和高位片2，再將其輸出端從低位到高位記為l1l8。列出各花型和其對應的194的s1、s0、sl、sr的輸入信號及節(jié)拍控制信號列表如下：(用li表示li的取非)表3-1 輸入信號及節(jié)拍控制信號列表經(jīng)過分析可以得到控制194高低位片的左移右移變化的控制量。用qaqh表示161從低位到高位的個輸出端?？刂平Y(jié)果表達式如下：表3-2 控制194高低位片控制結(jié)果電路圖如下：圖3-1移位寄存器電路圖工作原理分析：從多諧振蕩器出來的脈沖信號分為兩路：一路作為計數(shù)脈沖送到模

39、十六計數(shù)器；另一路作為移位時鐘脈沖加到移位寄存器。調(diào)節(jié)多諧振蕩器的電阻可以改變振蕩頻率，即改變彩燈移動的速度，得到不同的動態(tài)效果。多諧振蕩器、雙d觸發(fā)器、數(shù)據(jù)選擇器共同組成一個電子開關。多諧振蕩器輸出的計數(shù)脈沖經(jīng)雙d觸發(fā)器兩位二進制計數(shù)器，在它的兩個輸出端得到00、01、10、11四種邏輯狀態(tài)。這四個狀態(tài)作為數(shù)據(jù)選擇器的四個數(shù)據(jù)通道選擇信號，對應從模十六計數(shù)器輸送到數(shù)據(jù)選擇器的qa，qb，qc，qd四個分頻信號。其作用相當于一個受控的一刀四位的機械轉(zhuǎn)換開關。當雙d觸發(fā)器輸出為“00”，數(shù)據(jù)選擇器輸出10000000序列脈沖，為八分頻信號，實現(xiàn)花樣一；為“10”時，數(shù)據(jù)選擇器輸出11000000

40、序列脈沖，為八分頻信號，實現(xiàn)花樣二；為“01”時數(shù)據(jù)選擇器輸出11110000序列脈沖，為八分頻信號，實現(xiàn)花樣三；為“11”時數(shù)據(jù)選擇器輸出1111111100000000序列脈沖，為十六分頻信號，實現(xiàn)花樣四。調(diào)節(jié)開關電路的cp脈沖產(chǎn)生電路的電阻，可以改變開關的切換時間用以選擇各種花樣出現(xiàn)時間的長短。數(shù)據(jù)選擇器的輸出端接移位寄存器的輸入端，在時鐘脈沖的作用下，數(shù)據(jù)在移位寄存器的八位并行輸出端從q0到q7順序移動。移動的八位控制信號直接控制發(fā)光二極管的亮滅，就出現(xiàn)了自動循環(huán)切換的流水彩燈。總電路圖如下：圖3-2 總電路圖附錄程序："so4g2g;rz6e4793led bit p3.7

41、電子愛好者社區(qū);rb z/_d:&pkey bit p3.3電子愛好者社區(qū)9vbdi!y+(p uklsov bit 20h.0 ;子周期顯示完畢標志p5j3ng!e#4793bov bit 20h.1 ;母周期顯示完畢標志pbn0d+m?4793sss equ 30h ;子周期占空寬度調(diào)節(jié)電子愛好者社區(qū) g-wft'h w2lt10 equ 31h ;子周期寬度電子愛好者社區(qū)y|*t*l/y#u?aaa equ 32h ;子周期占空寬度入口;i|9kj'va4793bbb equ 33h ;母周期占空寬度入口&%s10km-ht.r x4793t20 equ

42、34h ;母周期寬度電子愛好者社區(qū)e | ot6y c/k$lvmmm equ 35h ;母周期占空寬度調(diào)節(jié)電子愛好者社區(qū)y-x3,?7tuk/d#d*ma10 equ 36h ;子周期寬度緩沖ev(l-?4793b20 equ 37h ;母周期寬度緩沖7h$_tx ?5iy4793hr;zim-kq h a0c d4793key2 bit p3.2電子愛好者社區(qū)!w f0eoa s2z h com1 bit p3.5電子愛好者社區(qū)7.c'r;cpcom2 bit p3.4du:h2ow4793com3 bit p3.1電子愛好者社區(qū)ic#e*w|com4 bit p3.0電子愛好者社

43、區(qū)5bcq ?t:fnoise1 equ 38h電子愛好者社區(qū)f*p9wka#inoise2 equ 39hh#qzd h#z.f4793noise3 equ 3ahy.z9t|d z,d?%sk4793'1j5cbzju?m4793org 00hy&_5an#i d+ibe4793ljmp main電子愛好者社區(qū)qj(i hborg 0bh電子愛好者社區(qū)ln u fh/mhqljmp pwm電子愛好者社區(qū)7wx)jd/v-pc4pvq1du1ws+j4793pwm:電子愛好者社區(qū)t.thn 0itmov th0,#0ffh6bpakhtb4793mov tl0,#90hnv

44、%q9o-m-4793push acc電子愛好者社區(qū)o&v4ai | t,he3l;#xkw9e*|4j4793jb bov,outlowyagv o4793;*電子愛好者社區(qū)qs+fz m3z8e jb sov,ifsendbb l ?_ tpte4793dec t10 ;保持計數(shù)同步電子愛好者社區(qū):tr w&pwdjnz sss,lret ;占空參數(shù)修正電子愛好者社區(qū)sjd/,sv,a'w,omov sss,aaa ;復原子周期占空參數(shù):uyqr4793mov a,t10_jc$wkik4793cjne a,#0,sctn ;對占空比為100%時的修正ma?%fmd

45、4793ajmp t10endu e1n"px4793sctn:電子愛好者社區(qū)-w"kbcw6jclr led電子愛好者社區(qū).a f qd;rfsetb sov7s9v%a/i'l4793ajmp lret電子愛好者社區(qū) /yg:eifsend:電子愛好者社區(qū)m#vpu m;o6au |rdjnz t10,lret+lvxjx6z&e#a i+b#y4793t10end:a)s y)ma4793mov t10,a10 ;復原子周期寬度參數(shù)yy9r&3f4793setb led電子愛好者社區(qū)&z+_b$hs h,beclr sov ;子周期處理

46、完畢電子愛好者社區(qū) e%t;s;*jsp la_8rb4793dec t20電子愛好者社區(qū)c*r/w3f zw n; l)il6zdjnz mmm,lretyh&gb(4793mov mmm,bbb電子愛好者社區(qū))_w-c)g1eda&lrmov a,t20電子愛好者社區(qū)a ypfncjne a,#0,mctn ;對占空比為100%時的修正電子愛好者社區(qū)/|0i :|a6l,ajmp t20end電子愛好者社區(qū))tas/ q7ghwo8cmctn:2 hh*l:jx4793clr led-zs,s.vsw g)b4793setb bova3e/jgs#eud4793ajmp l

47、ret0?/zn1r zh*t4793outlow:電子愛好者社區(qū)%tl-up$y;lwhclr led ;母周期低電平部分輸出0電子愛好者社區(qū)y-y(m%h?xwadjnz t10,lret電子愛好者社區(qū)i2bff:dhp'gmov t10,a10jb9kr9zj-_4793djnz t20,lret電子愛好者社區(qū)6m-a:g#5tj4zt20end:s:yb5_;y'o4793mov t20,b20電子愛好者社區(qū):w bl$on&s#p*gsetb led.et6l4s!o4793clr bov ;母周期處理完畢電子愛好者社區(qū)os8nl;btm;#電子愛好者社區(qū)7x

48、rpe k ht2hlret:wl 2f,au$n4793pop acc電子愛好者社區(qū)7bu.otut.dsvreti電子愛好者社區(qū)dg5qyq_ wc pguo$!r4793main:電子愛好者社區(qū)s"g0a|_mov p3,#00001100bif"y(cv!j3?4793mov tmod,#01h電子愛好者社區(qū)r'bw6f)i:ey6i&f hjmov a10,#10 ;子周期寬設置電子愛好者社區(qū)8b7i _-o)tmov b20,#20 ;母周期寬設置qw t#dpr5q4793mov t10,a10*qh fm$s4793mov t20,b20電子

49、愛好者社區(qū)(w'l'r8 d*q7r w jxenmov aaa,#6 ;子周初始占空寬度設置電子愛好者社區(qū).u8xm*krfmov bbb,#20 ;母周初始占空寬度設置電子愛好者社區(qū)n p7or%m9i%y ia1smov sss,aaa電子愛好者社區(qū)0x#c4%wu*?fmov mmm,bbb電子愛好者社區(qū)gc9xh-| c;wsetb et0電子愛好者社區(qū)8m1v/b_!setb tr0&hzg fz|54793setb eau& h:eg yj&a4793setb led電子愛好者社區(qū)n%y,ht1r8c9n$v jmov 20h,#0;所有標

50、志位清零i/qj)f,p d$n4793mov r0,#250電子愛好者社區(qū).y%vj7"j2qs/of9:fmov r1,#2 ;每隔0.07*250*2ms調(diào)節(jié)一次亮度&.$i0rv4793 s#m%k$dcn4793free: ;key bbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb2y.p;w"pdx l4793mov pcon,#1+xodw+o:i54793change2:電子愛好者社區(qū)(fr,rqjb key,chou1c-k;q94793jb key2,chou1*a0hy gm-r#n4793djnz noise1,free電子愛好者社區(qū)

51、*tdrt5v8bg*)jnb key,$電子愛好者社區(qū)q9r qe m(nkojnb key2,$電子愛好者社區(qū)bdq2v%wajmp free3電子愛好者社區(qū)mr5gya?lchou1:9i9oc5t7pk+jg4793mov noise1,#0r-z-ze&i;vj4793down1:i#y#u"ucvr g8n4793jb key,up1ye"x q b obv/d4793djnz noise2,free電子愛好者社區(qū).a;ndj*m,r h)ldjnz bbb,next ;減1修正電子愛好者社區(qū) h d2%jb #vupomov bbb,#1電子愛好者社區(qū)

52、&jr crozmg _next:電子愛好者社區(qū)/vp2|)my;qujb key,free ;操作完成后待松鍵再退出#:w:|h/t'j4793jnb key2,freey;zmp.r-n4w7s4793sjmp next電子愛好者社區(qū);fp/r)cjrup1:-s0a:ilz|8v4793mov noise2,#0電子愛好者社區(qū)w.a#g t$q+sifup:電子愛好者社區(qū)%bx x%ry,vjb key2,lcrnos電子愛好者社區(qū)cb akp1qjdjnz noise3,free#q2;r2m*o ,a4793inc bbb ;加1修正w7x4l;8a nv4793mo

53、v a,bbb*fl%uonlxs4793cjne a,#21,next2電子愛好者社區(qū)4u2xm#dn6_mov bbb,#20電子愛好者社區(qū)!:xo *inext2:eeg%ay)4793jb key2,free ;操作完成后待松鍵再退出ol b t7rb4793jnb key,freeif(taj4793sjmp next2b .b6nd4793lcrnos:jg$vr''f4793mov noise3,#0c"rv c+lw4793ajmp free ;key bzg(x#hl)b4k(b4793電子愛好者社區(qū)|vc*!pj電子愛好者社區(qū)yi dy/j!?yt

54、free3: ;key5w0v+e/_agm4793mov pcon,#1電子愛好者社區(qū)'u ye9s._,swumchange1:電子愛好者社區(qū)jci"njb key,chou2電子愛好者社區(qū)n.3kb1xnjb key2,chou2d/c c8uq!h4793djnz noise1,free3|w d_2f5n4793jnb key,$ztyp$f1w:rf4793jnb key2,$5b9xf#g,d'ap g4793ajmp freef/df!o1g'j1n4793chou2:#j+asoj;i4793mov noise1,#0+z:o'?#dm4793dow