基于單片機的彩燈循環(huán)控制器畢業(yè)設計

1、 四川信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計說明書(論文)目 錄摘 要1第1章 緒 論2第2章 系統(tǒng)設計方案32.1 方案介紹32.2 方案組成部分功能3第3章 單元電路設計43.1 電源電路43.2 主控器43.2.1 單片機的引腳及相關(guān)功能43.2.2 8051單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)63.3 單片機最小系統(tǒng)電路73.3.1 單片機最小系統(tǒng)組成73.3.2 復位電路83.3.3 時鐘電路93.4 彩燈顯示電路103.5 模式控制電路11第4章 整機電路124.1整機工作原理圖124.2 工作原理12第5章 系統(tǒng)軟件設計135.1 軟件流程圖135.2 主程序設計14第6章 調(diào)試與仿真186.1 用PROTEUS

2、繪制原理圖186.2 單片機PROTEUS內(nèi)核的仿真19結(jié) 論22致 謝23參考文獻24附錄一 元器件清單25II摘 要 現(xiàn)實生活中，彩燈越來越成為人們的裝飾品，它不僅能美化環(huán)境,渲染氣氛，還可以用于娛樂場所和電子玩具中,它們都各具有自己的特色。由于彩燈的快速發(fā)展使其應用也越來越廣泛,逐漸深入到了人們生產(chǎn)、生活的各個領(lǐng)域。隨著彩燈應用的深入發(fā)展,對其安全要求也就越來越高。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷地走向深入，同時也帶動著傳統(tǒng)控制的日新月異更新。在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

3、象特點的軟件結(jié)合，加以完善。本文提出了一種基于AT89C51單片機的彩燈控制方案，實現(xiàn)對LED彩燈的控制。以AT89C51單片機作為主控核心，與按鍵、顯示、驅(qū)動等模塊組成核心主控制模塊。根據(jù)用戶需要可以編寫各種亮燈模式，用戶可以根據(jù)不同場合選用不同的彩燈閃法。與普通LED彩燈相比，具有體積小、價格低、低能耗等優(yōu)點。關(guān)鍵詞 AT89C51；控制；LED發(fā)光二極管第1章 緒 論隨著社會不斷的發(fā)展，電子產(chǎn)品的質(zhì)量也不斷提高。彩燈循環(huán)電路也由以前的簡單、功能單一的電路，變?yōu)楝F(xiàn)在復雜、實現(xiàn)功能多的電子產(chǎn)品。本次我進行了彩燈循環(huán)控制電路的設計。彩燈是我們?nèi)粘＝?jīng)常使用的產(chǎn)品，它制作簡單，過程易學，還可以提高

4、我們的動手能力，增強我們處理問題，解決問題的能力。利用控制電路可使彩燈按一定的規(guī)律不斷的改變狀態(tài)，不僅可以獲得良好的觀賞效果，而且可以省電。近年來，隨著人們生活水平的較大提高，人們對于物質(zhì)生活的要求也在逐漸提高，不僅需要各種各樣的生活電器，也開始對環(huán)境提出了更高的要求。彩燈的運用已經(jīng)遍布于人們的生活中，從歌舞廳到卡拉OK，從慶祝節(jié)日到日常生活中的點綴。這些都說明了人們的生活水平有了很大的飛躍，也說明科技在現(xiàn)實運用中有了較大的發(fā)展，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。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廣泛運用。本次畢業(yè)設計全面運用了我們

5、以前所學的知識，在加強我們直接應用綜合能力的同時，力求讓我們在短時間里得以掌握先進科學技術(shù)：如本設計中所使用到的keil、Protel99等技術(shù)手段。也培養(yǎng)了自己理論聯(lián)系實際、設計電路的能力。第2章 系統(tǒng)設計方案2.1 方案介紹 本次設計的彩燈循環(huán)控制電路采用的方案如圖2-1所示。圖2-1方案圖系統(tǒng)電路主要由主控器、電源電路、單片機復位電路、單片機時鐘電路、彩燈顯示電路、模式控制電路等部分組成。2.2 方案組成部分功能1. 主控器：是AT89C51燒入程序后控制整個電路。2.電源電路：采用變壓電路把市電變?yōu)?5v的直流供單片機電源。3.單片機復位電路：使CPU和系統(tǒng)恢復到一個確定的狀態(tài)。4.單

6、片機時鐘電路：電路在唯一利用振蕩電路產(chǎn)生時鐘信號控制下嚴格按時序進行工作。5.彩燈顯示部分：由LED發(fā)光二極管組成，也是本次設計的主體，就是要用單片機編寫程序?qū)崿F(xiàn)LED燈的循環(huán)點亮。6.模式控制部分：模式部分是單片機的一個中斷系統(tǒng)，中斷后選擇彩燈循環(huán)的不同模式。第3章 單元電路設計3.1 電源電路 采用經(jīng)市電變壓，穩(wěn)壓的穩(wěn)壓電源電路圖如圖3-1所示：圖3-1電源電路 220V市電經(jīng)過降壓后得到12V交流電，經(jīng)二極管整流成脈動直流電，經(jīng)過電容濾波后再又經(jīng)過LM7805穩(wěn)壓得到5V的直流電供系統(tǒng)工作，后面的發(fā)光二極管是起一個電源指示的作用，470UF的電容是起一個再次濾波的作用。3.2 主控器主控

7、器就是AT89C51單片機,整個電路一單片機為中心組成。在單片機中燒入程序，單片機運行程序輸出信號控制彩燈的循環(huán)閃亮。以下對單片機的引腳及相關(guān)功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)加以介紹。3.2.1 單片機的引腳及相關(guān)功能 單片機引腳圖如圖3-2所示：圖 3-2 單片機引腳圖40個引腳按引腳功能大致可分為4個種類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。主要引腳引腳功能：1、電源: （1）VCC - 芯片電源，接+5V；（2）VSS - 接地端；注：用萬用表測試單片機引腳電壓一般為0V或者5V，這是標準的TTL電平。但有時候在單片機程序正在工作時候測試結(jié)果并不是這個值而是介于0V-5V之間，其實這是萬用表響應速度沒這么快而已

8、，在某一個瞬間單片機引腳電壓仍保持在0V或者5V。2、XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 3、控制線:控制線共有4根：（1）ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖 ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址；PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。（2）PSEN:外ROM讀選通信號。（3）RST/VPD:復位/備用電源。RST（Reset）功能：復位信號輸入端。 VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。（4）EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。 EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。Vpp功能：片內(nèi)有

9、EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。4、I/O線80C51共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。 5、P3口第二功能P30 RXD 串行輸入口；P31 TXD 串行輸出口；P32 INT0 外部中斷0；P33 INT1 外部中斷1；P34 T0 定時計數(shù)器0；P35 T1 定時計數(shù)器1；P36 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通（低電平有效）；P37 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通（低電平有效）。3.2.2 8051單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-3所示圖3-3 8051單片機內(nèi)

10、部結(jié)構(gòu)8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線,現(xiàn)在我們分別加以說明：中央處理器：中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲器(RAM)：8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有1

11、28個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。程序存儲器(ROM)：8051共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時/計數(shù)器(ROM)：8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(I/O)口：8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。3.3 單片機最小系統(tǒng)電路3.3.1 單片機最小系統(tǒng)組成 單片機最小系統(tǒng)以89c51為核心,外加時鐘和復位電路,電路結(jié)構(gòu)簡單,抗干擾能力強,成本相對較低,非常符合本設計的所有要求.89c51單片機系列是在MCS-51系列的基礎上發(fā)展

12、起來的,是當前8位單片機的典型代表,采用CHMOS工藝,即互補金屬氧化物的HMOS工藝, CHMOS是CMOS和HMOS的結(jié)合,具有HMOS高速度和高密度的特點,還具有CMOS低功耗的特點。單片機最小系統(tǒng)如圖3-4所示圖3-4單片機最小系統(tǒng)3.3.2 復位電路無論用戶使用哪種類型的單片機,總要涉及到單片機復位電路的設計。單片機的復位操作使單片機進入初始化狀態(tài)。而單片機復位電路設計的好壞,直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設計完單片機系統(tǒng),并在實驗室調(diào)試成功后,在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機”、“程序走飛”等現(xiàn)象,這主要是單片機的復位電路設計不可靠引起的。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電

13、復位 。1、手動按鈕復位手動按鈕復位需要人為在復位輸入端RST上加入高電平（圖3-5手動按鈕復位）。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。手動按鈕復位的電路如所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復位的時間要求。圖3-5 手動按鈕復位2、上電復位AT89C51的上電復位電路如圖3-6所示，只要在RST復位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個電阻到地即可。圖3-6上電復位復位電路采用簡易的手動按鈕復位電路，主要由電阻R ，電容C ，開關(guān)K 組成，分別接至AT89C51的RST復位輸人端

14、。當按下復位電路的復位開關(guān)Reset按鈕時，瞬間短接復位開關(guān)，由于此reset復位開關(guān)一端接地為低電平，另一端有電源5V供電端和PG信號端，間接供給為高電平，通常為3.3V，而此復位開關(guān)的某一段也會直接或者間接的作用于南橋內(nèi)的復位系統(tǒng)控制模塊，所以瞬間短接復位開關(guān)會在開關(guān)的高電平端會產(chǎn)生一個低電平信號，此信號會直接或間接作用于南橋內(nèi)的復位系統(tǒng)控制器，使南橋強行復位之后，南橋也會強行去復位其他的設備和模塊，南橋給主板其他硬件設備復位后，整個主板復位完成，這就是主板復位電路的原理。本設計采用手動按鈕復位，以滿足復位的時間要求及設計質(zhì)量。3.3.3 時鐘電路 時鐘電路如圖3-7所示圖3-7時鐘電路時

15、鐘電路可以簡單定義如下：1、就是產(chǎn)生象時鐘一樣準確的振蕩電路。2、任何工作都按時間順序。用于產(chǎn)生這個時間的電路就是時鐘電路。現(xiàn)在流行的串行時鐘電路很多，如DS1302、DS1307、PCF8485等。這些電路的接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛地采用。本設計中時鐘電路由AT89C51的18，19腳的時鐘端(XTAL1及XTAL2)以及12 MHz晶振X、電容C2、C3組成，采用片內(nèi)振蕩方式。3.4 彩燈和數(shù)碼管顯示電路 單片機P1.p2經(jīng)過4塊芯片74ls20（四路反向控制器） 分別接16個發(fā)光二極管的陽極，16個二極管的陰極接地（如圖3-8所示）。當P1.P2口輸入低電平“0”時經(jīng)過74L

16、S240反向后輸出高電平，相應的發(fā)光二極管被點亮;當P1.P2口輸高電平“1”時經(jīng)過74LS240反向后輸出低電平，相應的發(fā)光二極管熄滅。圖3-8顯示電路 74ls240（如圖3-9）它是一塊具有驅(qū)動功能的四路反向器，除反向功能外，還可以起到隔離作用，保護單片機機芯的內(nèi)部電路，增加輸出口的扇出電流，提高負載能力。圖3-9 74LS240數(shù)碼管顯示的是菜燈循環(huán)閃亮的方式，接在p0口，由于p0單片機內(nèi)不具有上拉電阻就在數(shù)碼管之間接了一排上拉電阻。數(shù)碼管顯示如圖3-10所示：圖3-10 數(shù)碼管顯示電路3.6 模式控制電路模式控制部分為一個電阻接高電平和一個按鍵接低電平連接構(gòu)成。按一下按鍵彩燈的閃法模

17、式就換一種。模式控制電路如圖3-11所示：圖3-11模式控制電路 第4章 整機電路4.1整機工作原理圖根據(jù)彩燈循環(huán)控制電路設計的原理框圖，可得出如圖4-1所示的整機工作原理圖。圖4-1整機原理圖4.2 工作原理控制程序存儲在89C51單片機，運行單片機由P1.0P1.7,P2.0P2.7十六個引腳輸出低電平，經(jīng)過74L240反相器反向后輸入高電平，輸入彩燈就能使彩燈點亮。由P1.0P1.7,P2.0P2.7循環(huán)輸入低電平就能控制彩燈的循環(huán)點亮。P3.3口為中斷口，一旦輸入信號就向CPU申請中斷，單片機就執(zhí)行另一程序由 P1.0P1.7,P2.0P.2輸出另 一種信號，彩燈的閃亮的模式就換一種。

18、第5章 系統(tǒng)軟件設計5.1 軟件流程圖系統(tǒng)軟件程序流程圖如圖5-1所示：開始case 3彩雙向?qū)α餮h(huán)閃亮case 4彩燈奇偶循環(huán)閃亮case 2下到上循環(huán)閃亮系統(tǒng)初始化case 1彩燈上到下循環(huán)點亮 按鍵按下 ? 按鍵按下 ? 按鍵按下 ? 按鍵按下 ? NNNNYYYY圖5-1 系統(tǒng)程序流程圖5.2 主程序設計 程系主要內(nèi)容：#include <reg51.h>#define uchar unsigned charuchar flag;uchar light,assum,dw;void delay0_5s( ) unsigned char i,j,k; for(i=10;i&g

19、t;0;i-) for(j=100;j>0;j-) for(k=250;k>0;k-);void delay10ms(void)unsigned char i,k; for(i=20;i>0;i-) for(k=250;k>0;k-);void zg( )P1=0xaa;P2=0xaa;delay0_5s( );P1=0x55;P2=0x55;void left ( )uchar code xun16=0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;uchar

20、 code yun16=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01; if(dw=15) dw=0; else dw+; P1=xundw; P2=yundw;void right( )uchar code gj16=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;uchar code zf16=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x

21、00,0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80; if(dw=15) dw=0; else dw+; P2=gjdw; P1=zfdw;void assume( ) uchar code dispcode8=0x7e,0xbd,0xdb,0xe7,0xdb,0xbd,0x7e,0xff; if(assum=7) assum=0; else assum+; P2=dispcodeassum; P1=dispcodeassum;void main( )uchar code dispcode5=0x06,0x06,0x5b,0x4f,0x66; IT0=1; E

22、X0=1; EA=1; flag=1; light=0x01; assum=0; dw=0; while(1) switch(flag) case 1:left( );break; case 2:right( );break; case 3:assume( );break;case 4:zg( );break; P0=dispcodeflag; delay0_5s( ); void int_()interrupt 0 delay10ms( ); if(INT0=0); flag+; if(flag>4)flag=1; 第6章 調(diào)試與仿真6.1 用PROTEUS 繪制原理圖本設計利用Kei

23、l Vision2， 在新建Keil項目時選擇AT89C51單片機作為CPU，將C語言源程序?qū)?，在keil軟件中完成程序編寫、調(diào)試和編譯之后，加載程序為.HEX文件，生成能讓單片機運行的Hex文件，如圖6-1所示。圖6-1 在keil軟件中編程和調(diào)試運行 Proteus 的 ISIS 程序后，進入該仿真軟件的主界面。主界面由菜單欄、工具欄、預覽窗口、元件選擇按鈕、元件列表窗口、原理圖繪制窗口和仿真進程控制按鈕組成（如圖6-2所示）。通過元件選擇按鈕 P (從庫中選擇元件命令) 命令，在彈出的 Pick Devices 窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調(diào)整其相對位置，對元件參數(shù)設置及元器件

24、間連線，完成單片機系統(tǒng)的硬件原理圖繪制。圖6-3所示是繪制完成的電路圖。圖6-2 運行 Proteus ISIS的主界面圖6-3 彩燈循環(huán)控制器完整電路圖6.2 單片機PROTEUS內(nèi)核的仿真在source 菜單的Define code generation tools 菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴展名等項目;在source菜單的Add/remove source files 命令下，加入單片機硬件電路的對應程序（主要采用 Keil 進行程序編譯）。打開如圖6-4所示的對話框。在 Program File 欄添加編譯好的十六進制格式的程序文件彩燈循環(huán)控制器.hex,給AT89C51

25、輸入晶振頻率，此處默認為12MHZ， 單擊OK 按鈕完成程序添加工作, 下面就可以進行系統(tǒng)仿真了。Proteus 與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況，也能仿真單片機CPU的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時，是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結(jié)果。從某種意義上講Proteus仿真，基本接近與工程應用。圖6-4 添加程序文件8*8.hex仿真過程中如有硬件問題可在Proteus ISIS中直接修改，如有軟件問題可在Keil Vision2中直接修改，通過Keil與Proteus的聯(lián)合調(diào)試就可以得到滿意的結(jié)果。本設計的仿真結(jié)果如圖6-5所示。圖6-5彩燈循環(huán)控制仿真圖結(jié) 論 本系統(tǒng)就是充分利用了AT89S51芯片的I/O引角。系統(tǒng)統(tǒng)采用MSC-51系列單片機為中心器件來設計彩燈循環(huán)控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際需要時彩燈循環(huán)閃亮的功能；p2口和p1口外接彩燈。系統(tǒng)設計簡便、實用性強、操作簡單、程序設計簡便。在本循環(huán)控制中出現(xiàn)的優(yōu)缺點歸納為以下幾點：1本循環(huán)控制電路具有及時、可靠性高、效率高、壽命長、成本低等優(yōu)點。2出現(xiàn)故障時，本系統(tǒng)維護簡單。3此彩燈循環(huán)電路只能用于小型場合，不適于大型場合。4. 控制彩燈的數(shù)量也會受到限制。通過這次設計，使我在單片機