節(jié)日彩燈控制器設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 XX大 學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 課 程 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 題 目 節(jié)日彩燈控制器設(shè)計(jì) 院 系 電氣信息工程學(xué)院測控系 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 2012年 3 月 19日專心-專注-專業(yè)XX大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 題目 節(jié)日彩燈控制器設(shè)計(jì) 專業(yè) 測控技術(shù)與儀器 姓名 學(xué)號(hào) 一、任務(wù) 設(shè)計(jì)一款基于AT89C51單片機(jī)的多控制、多閃爍方式的LED節(jié)日彩燈控制器。二、設(shè)計(jì)要求1 運(yùn)用AT89C51單片機(jī)作為主控核心，并以按鍵控制電路、彩燈顯示電路以及單片機(jī)最小系統(tǒng)等模塊組成彩燈的核心主控制電路。2 利用軟件編程燒錄程序到單片機(jī)，并通過單片機(jī)電路的控制

2、，來實(shí)現(xiàn)LED彩燈的花樣變化及對彩燈花樣切換的控制。3 寫出詳細(xì)的設(shè)計(jì)報(bào)告。4 給出全部電路和源程序。三、參考資料1 劉國鈞，陳紹業(yè)，王鳳翥.圖書館目錄M.北京：高等教育出版社，1957.15-18.2 劉潤華,劉立山.模擬電子技術(shù)J.山東:石油大學(xué)出版社,2003.3 蘇成富.彩燈控制器J.北京:電機(jī)電器技術(shù),2000，（01）.4 祝富林.音樂彩燈電路CS9482J.北京:電子世界,1995，（12）.5 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)J.北京:高等教育出版社,1997.完成期限 2012.3.19至2012.3.30 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2012年 3月 18 日目 錄第1章 緒論彩燈是

3、我國普遍流行的傳統(tǒng)的民間的綜合性的工藝品。彩燈藝術(shù)也就是燈的綜合性的裝飾藝術(shù)。新中國成立后，彩燈藝術(shù)得到了更大的發(fā)展，特別是隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，彩燈藝術(shù)更是花樣翻新，奇招頻出。而隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多節(jié)日的氣氛里可以看到彩色霓虹燈，這種LED彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價(jià)以及控制簡單等特點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用。其將電子、建筑、機(jī)械、遙控、聲學(xué)、光導(dǎo)纖維等新技術(shù)、新工藝用于彩燈的設(shè)計(jì)制作，把形、色、光、聲、動(dòng)相結(jié)合，思想性、知識(shí)性、趣味性、藝術(shù)性相統(tǒng)一。在當(dāng)今的社會(huì)里，彩燈已經(jīng)成為我們生活的一部分，能給我們帶來視覺上的享受還能美化我們的生活。1.1 LED彩燈控制器概述

4、新型LED彩燈系統(tǒng)包括兩大部分，即LED彩燈控制器（89C51主控模塊）和LED彩燈管（管內(nèi)LED板模塊）。彩燈控制器是主控模塊，具有按鍵、顯示等功能，并利用89C51的P口輸出控制信號(hào)；彩燈管是受控模塊，上面焊有三色LED彩燈和信號(hào)驅(qū)動(dòng)芯片，模塊置于LED的透明管內(nèi)。該LED彩燈控制器是一種基于AT89C51單片機(jī)的彩燈控制器，實(shí)現(xiàn)對LED彩燈的控制。其以AT89C51單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤、顯示、驅(qū)動(dòng)等模塊組成核心主控制模塊。如果稍微改動(dòng)控制電路，就可以改變電路的不同工作狀態(tài)，控制彩燈變幻出不同的閃爍效果。1.2 LED彩燈控制技術(shù)狀況彩燈控制電路是由單元模塊電路組合而成的，主要以AT

5、89C51單片機(jī)為控制中心，并與按鍵控制電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路在直流穩(wěn)壓電路的相互作用下進(jìn)而控制彩燈亮滅的順序，從而實(shí)現(xiàn)多控制、多閃爍方式的LED彩燈循環(huán)，并用快慢兩種節(jié)拍實(shí)現(xiàn)花型交換。1.3 本設(shè)計(jì)任務(wù)運(yùn)用AT89C51單片機(jī)、三端集成穩(wěn)壓器7805、MAX232芯片等元件組成LED節(jié)日彩燈控制電路中的直流穩(wěn)壓電源電路、按鍵控制電路、彩燈顯示電路、串口電路以及單片機(jī)最小系統(tǒng)等模塊。并用Proteus等軟件仿真，做出其電路仿真圖。第2章 總體方案設(shè)計(jì)與論證通過查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實(shí)際知識(shí)，我主要提出了兩種技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面我將首先對這兩種方案的組成框圖和實(shí)現(xiàn)原理分別進(jìn)

6、行說明，并分析比較它們的特點(diǎn)，然后闡述我最終選擇方案的原因。2.1 方案比較彩燈控制器大致可分為兩種方案實(shí)現(xiàn)。一種是利用電子電路裝置控制，另一種是采用單片機(jī)控制。211 方案一根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求介紹的彩燈控制電路的基本組成，可以確定彩燈控制器應(yīng)由振蕩電路、計(jì)數(shù)/時(shí)序分配電路、移位位寄存器和彩燈顯示五部分組成。其框圖如圖2-1所示。振蕩電路控制電路譯碼器LED顯示電路計(jì)數(shù)器圖2-1 方案一的原理框圖212 方案二本方案主要是通過對基于單片機(jī)的多控制、多閃爍方式的LED彩燈循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，來達(dá)到本設(shè)計(jì)的要求。其硬件構(gòu)成框圖如圖2-2所示，以單片機(jī)為核心控制，由單片機(jī)最小系統(tǒng)（時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源

7、）、按鍵控制電路、LED發(fā)光二極管和5V直流電源組成。AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘電路復(fù)位電路按鍵控制電路直流5V電源電路供電信號(hào)LED彩燈圖2-2 方案二的原理框圖方案二：此設(shè)計(jì)方案中單片機(jī)的P1口接5路按鍵控制電路，實(shí)現(xiàn)彩燈花型的切換功能；單片機(jī)的P3.7引腳接上一個(gè)按鈕開關(guān)以實(shí)現(xiàn)對彩燈閃爍頻率的控制，即實(shí)現(xiàn)了快慢兩種節(jié)拍實(shí)現(xiàn)花型的變換；單片機(jī)上的P2口接8路LED發(fā)光二極管組成彩燈電路，顯示彩燈循環(huán)情況。 2.2 方案論證如果采用方案一，利用電子電路裝置控制，其電路不是很復(fù)雜，制作相對較容易點(diǎn)，成本也相對較低，但可調(diào)性差，亮燈模式少而且樣式單調(diào)，達(dá)不到設(shè)計(jì)任務(wù)要求或?qū)崿F(xiàn)困難。而采用方案二，以

8、單片機(jī)控制其優(yōu)點(diǎn)是電路集成度高，工作原理簡單，清晰明了，自定義編程，控制的圖案花樣多，移植性好等。2.3 方案選擇綜上，顯然方案二各方面優(yōu)越于方案一，以及為了體現(xiàn)專業(yè)優(yōu)勢，本次設(shè)計(jì)采用第二種方案。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)為使該LED節(jié)日彩燈控制系統(tǒng)具有更加好的方便性和靈活性，我們對系統(tǒng)的硬件做了精心設(shè)計(jì)。硬件電路包括直流穩(wěn)壓電源電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、LED彩燈顯示電路、按鍵控制電路以及串口電路五大模塊。3.1 直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)對于一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)來講，首要問題就是為整個(gè)系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源電路的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。電子設(shè)備除用電池供電外，還采用市電（交流電網(wǎng)）供電。通過

9、變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓后，得到穩(wěn)定的直流電。直流穩(wěn)壓電源是電子設(shè)備的重要組成部分。本項(xiàng)目直流穩(wěn)壓電源為+5V。如圖3-1所示：直流穩(wěn)壓電源的制作一般有3種制作形式，分別是分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電源、線性集成穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。圖3-1穩(wěn)壓電源采用的是三端集成穩(wěn)壓器7805構(gòu)成的正5V直流電源。圖3-1 三端固定式集成穩(wěn)壓電源電路圖AT89C51單片機(jī)的工作電壓范圍：4.0V5.5V，所以通常給單片機(jī)外接5V直流電源。由于時(shí)間關(guān)系，此處用3節(jié)1.5V的干電池供電。3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)要使單片機(jī)工作起來，最基本的電路的構(gòu)成由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3-2所示。時(shí)鐘

10、電路：本系統(tǒng)采用單片機(jī)內(nèi)部方式產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，用于外接一個(gè)12MHz石英晶體振蕩器和2個(gè)30pF微調(diào)電容，構(gòu)成穩(wěn)定的的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時(shí)鐘電路。復(fù)位電路：確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動(dòng)過程。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)按鍵復(fù)位，該復(fù)位方式同樣具有上電自動(dòng)復(fù)位功能。電路如圖3-2所示。圖3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.3 LED彩燈顯示電路設(shè)計(jì)LED彩燈顯示電路實(shí)際上是由8個(gè)發(fā)光二極管和8個(gè)電阻構(gòu)成的電路。發(fā)光二極管與電阻對應(yīng)串聯(lián),然后接在與之相對應(yīng)的P2口上。通過軟件編程對P2口輸出高低電平來實(shí)現(xiàn)不同的閃爍花型。由于發(fā)光二極管的導(dǎo)通

11、電壓一般為1.7V以上，另外，他的工作電流根據(jù)型號(hào)不同一般為1mA到30mA，電阻選擇范圍100歐姆3千歐姆在此我們這里選用560歐姆的電阻。如圖3-3所示。圖3-3 LED彩燈顯示電路3.4 按鍵控制電路設(shè)計(jì)按鍵控制電路是由6個(gè)按鍵開關(guān)構(gòu)成的。他們分別接在單片機(jī)AT89C51的P1接口和P3.0口,Key1Key5接在P1.0P1.4,Key6接在P3.7上。為了一對一的控制LED燈的閃爍方式。當(dāng)按下開關(guān)Key1時(shí), LED彩燈系統(tǒng)閃爍第一種彩燈花型。當(dāng)按下開關(guān)Key2時(shí), LED燈系統(tǒng)閃爍第二種閃爍方式，以此類推。當(dāng)閉合Key6時(shí)，彩燈閃爍節(jié)拍變慢。如圖3-4所示。圖3-4 鍵盤控制電路3

12、.5 串口電路設(shè)計(jì)串口電路為單片機(jī)提供與PC機(jī)連接端口，為單片機(jī)提供下載程序到單片機(jī)程序存儲(chǔ)器中。串口原理圖如圖3-5所示。圖3-5 串口原理圖MAX232芯片是專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。MAX23內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分。第一部分是電荷泵電路：由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成，功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道：由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道，其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道

13、，8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電：15腳DNG、16腳VCC（+5v）。第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，我們還不能看到多控制、多閃爍方式的LED彩燈系統(tǒng)循環(huán)點(diǎn)亮的現(xiàn)象，我們還需要告訴單片機(jī)怎么樣進(jìn)行控制，即編寫程序控制單片機(jī)管腳電平的高低變化，來實(shí)

14、現(xiàn)發(fā)光二極管的明滅。軟件編程是多控制、多閃爍方式的LED彩燈系統(tǒng)中的一個(gè)重要的組成部分，是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。下面,我將闡述多控制、多閃爍方式的LED彩燈系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)8個(gè)LED彩燈的循環(huán)點(diǎn)亮，來介紹實(shí)現(xiàn)流水彩燈控制的軟件編程方法。4.1 按鍵掃描子程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)AT89C51為核心控制8個(gè)發(fā)光二極管5種閃爍方式的變換。程序啟動(dòng)時(shí)跳轉(zhuǎn)到鍵盤判斷模塊程序中，循環(huán)檢測直到有按鍵按下的時(shí)候，程序轉(zhuǎn)去相對應(yīng)按鍵的彩燈顯示的花型模塊。是否有鍵按下延遲10ms是否有鍵按下掃描結(jié)束確定鍵號(hào)開始圖4-1 按鍵掃描子程序流程圖4.2 主程序設(shè)計(jì)程序啟動(dòng)時(shí)跳轉(zhuǎn)到鍵盤判斷模塊程序中，此程序里面包含Key1

15、-Key5的按鍵情況判斷，循環(huán)檢測直到有按鍵按下的時(shí)候，程序轉(zhuǎn)去相對應(yīng)按鍵的彩燈顯示的花型模塊，與此同時(shí)，當(dāng)按鍵Key6有閉合時(shí)，程序中調(diào)用延時(shí)程序程序時(shí)，給延時(shí)參數(shù)賦值上另一個(gè)值，是延時(shí)程序延時(shí)時(shí)間發(fā)生改變，以達(dá)到不同快慢節(jié)奏閃爍的彩燈。具體程序流程如圖4-1所示。判斷有無按鍵按下YN開始當(dāng)Key1-Key5有鍵按下時(shí)調(diào)用延時(shí)程序調(diào)用彩燈循環(huán)程序當(dāng)Key6按下時(shí)設(shè)定相應(yīng)的延時(shí)參數(shù)R5的值圖4-2 主程序流程圖第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果分析5.1 使用的調(diào)試工具及調(diào)試環(huán)境5.1.1 調(diào)試工具本設(shè)計(jì)調(diào)試工具采用數(shù)字萬用表、單片機(jī)仿真器以及5V直流穩(wěn)壓電源。5.1.2 調(diào)試環(huán)境地點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)室室溫：2

16、0 5.2 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊設(shè)計(jì)法，所以方便對各電路模塊功能進(jìn)行逐級(jí)測試，最后將各模塊組合后進(jìn)行整體測試。5.2.1硬件調(diào)試對各個(gè)模塊的功能進(jìn)行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實(shí)現(xiàn)指定的功能。5.2.2軟件調(diào)試 軟件調(diào)試采用單片機(jī)仿真器及微機(jī)，將編好的程序進(jìn)行調(diào)試，主要是檢查語法錯(cuò)誤。5.2.3硬件軟件聯(lián)調(diào) 將調(diào)試好的硬件和軟件進(jìn)行聯(lián)調(diào)，主要調(diào)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)功能。5.3 測試結(jié)果及狀態(tài)分析此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果較好，經(jīng)Proteus軟件仿真系統(tǒng)的調(diào)試，可檢測出仿真電路正常；對應(yīng)按鍵按下，彩燈出現(xiàn)不同花型，實(shí)現(xiàn)了多控制

17、、多閃爍的LED彩燈循環(huán)；當(dāng)閉合Key6時(shí)，彩燈循環(huán)閃爍變慢，實(shí)現(xiàn)了用快慢兩種節(jié)拍使花型交換。經(jīng)以上仿真測試證實(shí)，本設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求的預(yù)期功能。結(jié) 論本次課程設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)作為主控核心，按鍵控制電路、彩燈顯示電路以及單片機(jī)最小系統(tǒng)等模塊組成的核心主控制電路，利用軟件編程燒錄程序到單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對LED節(jié)日彩燈的控制。通過軟硬件的仿真調(diào)試，對彩燈控制器的運(yùn)行成果感覺比較滿意，它實(shí)現(xiàn)了我們要求達(dá)到的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了多控制、多閃爍方式的LED節(jié)日彩燈循環(huán)，并且用快慢兩種節(jié)拍實(shí)現(xiàn)花型交換。本系統(tǒng)亮燈模式多，可根據(jù)操作提示隨意變換想要的閃爍方式和控制彩燈的閃爍頻率。讓身處其中的群眾有一種酣暢

18、淋漓的感覺。同時(shí)本設(shè)計(jì)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、易操作、硬件少、體積小、成本低、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，具有一定的實(shí)用和參考價(jià)值。但是在設(shè)計(jì)中也出現(xiàn)了一些問題：比如直流電源控制不是很穩(wěn)定，造成發(fā)光二極管亮度不明顯等。這種都是以后的工作當(dāng)中需要注意并解決的問題。參考文獻(xiàn)1 馬秀娟.電工電子實(shí)踐教程M.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004.157-160.2 呂曙東、孫宏國.電工電子實(shí)驗(yàn)技術(shù)M.南京：東南大學(xué)出版社，2004.196-198.3 褚南峰.電工技術(shù)試驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)M.北京：中國電力出版社，2005.166-168.4 郭永貞.電子技術(shù)試驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)模擬電路分冊M.南京：東南大學(xué)出版社，2004.3

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20、JNE A,#b,S4LCALL K4S4:CJNE A,#b,MAINLCALL K5LJMP MAINK1:MOV A,#bC1:RL AMOV P2,ALCALL DelayJNB P1.1,K2JNB P1.2,K3JNB P1.3,K4JNB P1.4,ZLJMP C1K2:MOV P2,#0FEHLCALL DelayMOV P2,#0FCHLCALL DelayMOV P2,#0F8HLCALL DelayMOV P2,#0F0HLCALL DelayMOV P2,#0E0HLCALL DelayMOV P2,#0C0HLCALL DelayMOV P2,#80HLCALL DelayMOV P2,#00HLCALL DelayMOV P2,#80HLCALL DelayMOV P2,#0C0HLCALL DelayMOV P2,#0E0HLCALL DelayMOV P2,#0F0HLCALL DelayMOV P2,#0F8HLCALL DelayMOV P2,#0FCHLCALL DelayMOV P2,#0FEHLCALL DelayMOV P2,#0FFHLCALL DelayLJMP MAINZ: LJMP K5K3:MOV P2,#55HLCALL Delay