2022年多路彩灯控制系统设计 .pdf

【摘要】现实生活中在车尾灯、 广告灯箱、 舞台装饰等地方都有彩灯的应用，但显示方式大多比较单一且缺少可控性。本课程设计是以 80C51单片机为核心， 利用按键选择显示方式的多路彩灯控制系统。系统可有中断和查询两种方式实现，相比较而言中断方式响应迅速， 且占用 CPU 资源少，但是程序显得复杂的多。故本控制系统采用查询方法判断按键情况， 根据不同按键，调用不同的显示方案子程序。因使用查询方式， 按键不能立即被响应， 影响了操作的便捷性。 对此我将查询有无按键与判断按键分开执行， 且使用双重查询， 使单片机高频率的主动查询有无按键，从而实现了按键后能立刻转到新的显示方案。此外还将 LED显示延时设计成可通过按键手动调整，大大增强了系统的可控制性。【关键词】多路彩灯； 80C51 ；延时可控名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 20 页 - - - - - - - - - 目录第 1 章硬件设计 .31.1 系统的实现方案 .31.2 硬件原理 .31.2.1工作原理 .31.2.2单元电路 .4第 2 章软件设计 .72.1 软件流程图 .72.2 软件程序 .9第 3 章调试.163.1 调试电路 .163.2 调试过程 .163.2.1硬件调试 .163.2.2软件调试 .17第 4 章改进措施及结论 .194.1 改进方案 .194.2 结论说明 .19参考文献 .20名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 20 页 - - - - - - - - - 第 1 章硬件设计1.1系统的实现方案本设计由按键电路、 51 单片机系统、显示电路组成，其主要实现方式是：80C51单片机从 P3.2 口查询是否有按键被按下，当查询到有按键时，从P0口读取按键信息， 经程序判断出哪一个按键被按下，然后以相应的显示方案控制显示电路显示。其原理框图如图1.1 所示：图 1.1 多路彩灯控制系统原理框图1.2硬件原理1.2.1工作原理本设计的电路原理图如图1.2 所示，8个按键一端全部接地，另一端相与后输入到 80C51的 P3.2 口，为单片机提供查询有无按键的信号输入。当无按键时与门的输入为 VCC全部为高电平。 80C51的 P3.2 口为高电平， 8051查询到 P3.2口为高电平后表示无新按键按下，不改变显示方案。当有任意一个按键按下时，该路输入接地变为低电平，与门输出为低电平。8051查询 P3.2 为低电平，表示有新按键按下，立刻判断按键情况并以相应显示方案控制显示电路显示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 20 页 - - - - - - - - - 图 1.2 多路彩灯控制硬件框图1.2.2单元电路1. 电源电路80C51单片机的 40 引脚需要接 5V的电源， 20 脚接地。本设计采用7805 稳压电路给单片机供电。如图1.3 所示，C1 、C2分别为输入端和输出端滤波电容。7805的 1 脚接 12V直流电源，2 脚与两滤波电容一起接地， 3 脚输出稳压后的 5V直流电供单片机使用。图 1.3 单片机电源电路2. 复位电路本设计采用的是上电复位的形式， 如图 1.4 所示，上电瞬间 RST获得高电平 ，随着电容器 C的充电， RST引脚上的高电平将逐渐下降，只要高电平能保持复位所需要的两个机器周期以上时间，单片机就能实现复位操作。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 20 页 - - - - - - - - - 图 1.4 单片机复位电路3. 晶振电路晶振电路为单片机提供工作所需要的时钟信号。震荡频率越高， 系统时钟频率也越高，单片机运行的速度就越快。其电路如图1.5 所示。80C51的 XTAL1和XTAL2两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容C1 、C2形成反馈电路，就构成了稳定的自激震荡器，本设计的振荡器频率为12MHz 。图 1.5 单片机晶振电路4. 开关按键电路图 1.6 开关按键电路本系统共有 8 个按键，它们的一端一起接地，另一端经过一个与门后接在名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 20 页 - - - - - - - - - 80C51的 P3.2 口上，当无按键时，与门的输入来自VCC 全部为高电平，输出也为高电平， 80C51的 P3.2 口得到高电平。当有任意一个按键按下时，对应那路接地，与门输入有一路为低电平，输出也为低电平，P3.2 口得到低电平输入。5. 显示电路本设计采用用共阴极接法， LED阴极共同接地， 阳极分别与单片机的P1口 8条 I/O 线相连。当 P1口各 I/O 线输出低电平时， LED两端均为低电平，不发光，当某条 I/O 线输出高电平时，此路LED正向导通，即可点亮。如图1.7 所示。图 1.7 共阴极 LED显示电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 20 页 - - - - - - - - - 第 2 章软件设计2.1软件流程图1. 主程序本系统软件有主程序、显示子程序、延时子程序、DLY 设置子程序等 4 大部分。主程序的工作主要是读取P0口按键信息给 B、查询是否有按键按下，并判断哪个按键被按下，以及跳转到相应的子程序。其流程图如图2.1 所示。图 2.1 多路彩灯控制系统主程序流程图2. 显示子程序本系统有 6 段显示子程序， 它们由主程序根据按键信息来调用，但同一时刻只有一段子程序被调用。它们的流程基本一致，如图2.2 所示：图 2.2 显示方案子程序流程图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 20 页 - - - - - - - - - 3. 延时、DLY设置子程序为了使 LED的显示方式能被肉眼看清楚， 每个子程序中每一次改变LED的状态后都调用了延时子程序， 它的主要功能是让 CPU 循环执行一些与程序功能无关的指令来消耗时间，起到延时的作用。它的流程图如图2.3（a）所示。同时为了使 LED显示的视觉效果更流畅以及符合不同需求，本系统的延时程序有一定的可控性。 在按下第 8 个按键后系统进入DLY设置状态， 通过选择按键将 DLY中对应的位置 1，从而改变延时参数DLY ，延时子程序每次被调用，都会从 DLY中读取数据给 R0作为最外层循环初值使用。故改变DLY就等于改变了延时时长。本程序中 DLY默认初值为 05H自定义设置范围为01H7FH 。前 7 个按键可用于设置 DLY ，第 8 个按键作为进入 DLY设置以及保存 DLY设置的按键。如果在系统执行显示程序时按下第7 个按键可以使程序返回程序开始的地方重置所有初值， DLY也将恢复成默认的05H 。DLY设置流程图如图2.3(b) 所示。图 2.3(a) 延时子程序(b)DLY 设置子程序名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 20 页 - - - - - - - - - 2.2软件程序以下是本课程设计系统的软件程序以及注释：DLY EQU20H; 将 DLY赋值为 20HBAKBEQU21H; 将 BAKB 赋值为 21HBAKDLYEQU22H; 将 BAKDLY 赋值为 22HORG0000HLJMPSTART; 跳转到 STARTORG0100HSTART:; 主程序开始MOVSP, #30H; 设置 SP地址为 30HMOVDLY,#05H; 设置延时初值为 5*25ms=125msSTART0:MOVP1, #00H; 关闭所有 LEDMOVBAKB, #0FFH; 设置 BAKB 初值为 0FFHKEY:MOVB, P0; 读取 P0JNB P3.2,KEY1; 判断是否有键按下MOVB, BAKB; 将备份在 BAKB 中的值还给 BKEY1:; 按键识别 ,JNB 跳转地址范围有限MOVSP, #30H; 置 SP地址为 30HJNB B.0,START1; 按键 0 按下, 跳转到 START1JNB B.1,START2; 按键 1 按下, 跳转到 START2JNB B.2,START3; 按键 2 按下, 跳转到 START3JNB B.3,START4; 按键 3 按下, 跳转到 START4名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 20 页 - - - - - - - - - JNB B.4,START5; 按键 4 按下, 跳转到 START5JNB B.5,START6; 按键 5 按下, 跳转到 START6JNB B.6,START7; 按键 6 按下, 跳转到 START7JNB B.7,START8; 按键 7 按下, 跳转到 START8AJMPKEY; 跳转到 KEY重新读取按键START1:AJMPOUTPUT1; 跳转到 OUTPUT1START2:AJMPOUTPUT2; 跳转到 OUTPUT2START3:AJMPOUTPUT3; 跳转到 OUTPUT3START4:AJMPOUTPUT4; 跳转到 OUTPUT4START5:AJMPOUTPUT5; 跳转到 OUTPUT5START6:AJMPOUTPUT6; 跳转到 OUTPUT6START7:AJMPRESET; 跳转到 OUTPUT7START8:AJMPSETDELAY; 跳转到 SETDELAYOUTPUT1:MOVR4,#08H; 设置循环次数为 8 次MOVA, #01H; 设置 A 初值亮第一个OUTPUT11:MOVP1, A; 显示 ACALLD250; 延时SETBC; 设置 CY为 1RLCA; 带进位左移 ADJNZR4, OUTPUT11; 判断 8 个 LED是否全部点亮AJMPKEY; 跳转到 KEY重新读取按键OUTPUT2:; 方式二，逐个熄灭MOVR4,#08H; 设置循环次数为 8 次名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 20 页 - - - - - - - - - MOVA, #0FFH; 设置 A 初值为全亮MOVP1, A; 显示 ACALLD250; 延时OUTPUT21:CLRC; 将 C清零RLCA; 带进位左移 AMOVP1,ACALLD250; 延时DJNZR4, OUTPUT21; 判断是否循环完设定次数AJMPKEY; 跳转到 KEY重新读取按键OUTPUT3:; 方式三，两两右移MOVR4, #07H; 设置循环次数为 7 次MOVA, #0C0H; 设置循环次数CLRC; 将 C清零OUTPUT31:MOVP1, A; 显示 ACALLD250; 延时RRCA; 带进位右移 ADJNZR4, OUTPUT31; 判断循环是否完成AJMPKEY; 跳转到 KEY重新读取按键OUTPUT4:; 方式四，两两左移MOVR4, #06H; 设置循环次数为 6 次MOVA, #03H; 给 A设置初值为 03HMOVP1, A; 显示 ACALLD250; 延时OUTPUT41:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 20 页 - - - - - - - - - RL A; 左移 AMOVP1, A; 显示 ACALLD250; 延时DJNZR4, OUTPUT41; 判断循环是否完成AJMPKEY; 跳转到 KEY重新读取按键OUTPUT5:; 方式五，逐个闪烁MOVR4, #08H; 设置循环次数为 8 次MOVA, #0FEH; 给 A设置初值为 01HOUTPUT51:MOVP1, #0FFH; 点亮所有 LEDCALLD250; 延时MOVP1, A; 关闭一个 LEDRL A; 左移 A 即设定下一次关闭的LEDCALLD250; 延时DJNZR4, OUTPUT51; 判断循环是否完成AJMPKEY; 跳转到 KEY重新读取按键OUTPUT6:; 方式六，逐个亮过保持最后一个长亮MOVR7, #09H; 设置每轮需循环次数初值为9 次MOVR5, #00H; 设置 R5初值为 00HOUTPUT61:DECR7;R7 自减 1MOVA, R7; 将本轮需循环次数给AMOVR6, A; 将本轮需循环次数给R6MOVA, #01H; 给 A置初值为 01HOUTPUT62:ORLA, R5; 将 A与 R5相或, 即保留原来为 1 的位名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 20 页 - - - - - - - - - MOVP1, A; 显示 ACALLD250; 延时CLRC; 将 C清零RLCA; 左移 ADJNZR6, OUTPUT62; 判断一轮循环是否结束RRCA; 带进位右移 AMOVR5, A; 将 A备份在 R5中, 即当前值备份CJNEA,#0FFH, OUTPUT61; 判断是否已经全部点亮AJMPKEY; 跳转到 KEY重新读取按键RESET:; 从新开始运行程序AJMPSTART; 跳转到 STARTRET; 返回SETDELAY:; 自定义延时时长MOVP1, #00H; 关闭所有 LED,提示进入延时设置CALLD500; 延时 500msMOVP1, #0FFH; 点亮所有 LEDMOVBAKDLY,DLY; 将 DLY的当前值备份到 BAKDLY 中MOVDLY, #00H; 将定时初值清零CALLD500; 延时 500msCALLD500; 延时 500msMOVP1, #00H; 关闭所有 LEDSETDELAY1:; 读取时长设置信息MOVA, P0; 读取按键CPL A; 将 A取反ORLA, DLY; 将 A与原定时初值相或MOVP1, A; 显示 A名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 20 页 - - - - - - - - - MOVDLY, A; 将 A传递给定时初值 DLYJB ACC.7,SETDELAY3; 判断是否按下保存键AJMPSETDELAY1; 继续读取按键SETDELAY3:; 保存延时设置MOVP1,#00H; 关闭所有 LEDCALLD500; 延时 500msANL A, #7FH; 将 A与 7FH相与, 保留 A中为 1 的位MOVP1,A; 显示 AMOVDLY,A; 将 A的值传递给 DLYCALLD500; 延时 500msCALLD500; 延时 500msCJNEA, #00H,SETDELAY4; 判断是否有设置时长,MOVDLY, BAKDLY; 未设置时长 , 还原 DLY内容MOVP1, #0FFH; 点亮全部 LED,提示没有设置时长CALLD500; 延时 500msSETDELAY4:MOVB, #0FFH; 将 B设置为 0FFHAJMPSTART0; 跳转到 START0 以新设置的延时运行RET; 返回ORG0400HD250:; 延时子程序默认为250msMOVBAKB,B; 将 B的内容复制到 BAKB 中作备份MOVR0, DLY;R0*(249+1)*50*2*12/12M=R0*25msD2501:MOVR1, #32H; 给 R1初值为 50名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 20 页 - - - - - - - - - D2502:MOVR2, #0F9H; 给 R2初值为 249DJNZR2, $; 停留 249*2 个机器周期DJNZR1, D2502; 循环 100 次(249+1)*2JNB P3.2,JMKEY; 判断是否有按键按下 , 有则跳转DJNZR0, D2501; 循环 R0次 50msRET; 返回D500:; 延时子程序 500msMOVR0, #05H;5*(249+1)*200*2*12/12M=500msD5001:MOVR1, #0C8H; 给 R1赋初值为 200D5002:MOVR2, #0F9H; 给 R2赋初值为 249DJNZR2, $; 停留 249*2 个机器周期DJNZR1, D5002; 循环 200 次(249+1)*2DJNZR0, D5001; 循环 R0次 100msRET; 返回JMKEY:AJMPKEY; 跳转到 KEY重新读取按键END; 结束名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 20 页 - - - - - - - - - 第 3 章调试3.1调试电路本次课程设计的调试电路在Proteus 仿真软件中搭建，因在 Proteus 元件库中没有找到 8 输入的与门，所以用8 输入与非门加上一个非门替代。因Proteus软件仿真环境中已经默认接了80C51的电源电路、 晶振电路、 复位电路等，所以在搭建仿真电路时，并未再搭建这些电路。图 3.1 多路彩灯控制系统试调电路3.2调试过程3.2.1硬件调试刚搭建完仿真电路时， 由于是第一次接触 Proteus 对其工作原理还不是很清楚，直接就让其开始仿真，结果是LED一直全亮，但是任何按键无效。后来知道Proteus 是完全仿真硬件的，搭建的仅仅是仿真电路，还要往单片机里装载程序才能真正工作。之后经过努力， 终于软件程序在编译软件中能通过编译没有语法错误，但是名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 20 页 - - - - - - - - - 装载到仿真电路后仍旧不能正常工作，现象是LED能够按照软件以不同方式点亮，但是按键仍旧不起作用， 就像根本没有按下按键一样。通过查看参考资料发现，自己在搭建仿真电路时因为对元器件不熟悉，仅仅把各开关接在了与门上，而正确的接法还应该在与门的输入端与VCC 之间接上电阻。重新搭建按键电路之后，装载正确的软件，按键终于能够正常发挥作用了。3.2.2软件调试本课程设计的软件程序用汇编语言在Keil 软件中编写，当仿真现象与预想不符，又找不出原因时，在伟福软件中使用单步、跟踪、断点等方式分析试调。在试调时，我将显示程序和按键判断程序分开单独调试，成功后再加到一起调试 。由于没有编写程序的经验， 在仿真的时候经常出现死循环，而且都是在每个子程序刚被调用的开始阶段， 经过在伟福软件中跟踪分析， 发现是在子程序判断循环未结束后跳转的程序段部队，直接跳转到了子程序的开始部分，把循环次数累加器的初值又重置了，从而进入了死循环。在按键部分的程序调试中， 一开始想利用中断方式响应迅速的优势，但是由于对中断响应理解的不是很透， 试图想让一个在中断服务程序中被调用的子程序未执行完成时， 就去响应另一个新的中断， 结果当然是行不通的。 之后又想通过添加定时器， 让两种中断交替工作， 从而达到按键后立即响应跳转到相应子程序的目的，但是因缺乏编程经验，以及对中断理解的不够深入，也未能实现。最后经过思考，将程序中查询是否有按键和判断哪个按键按下的工作分开执行，即先通过 P3.2 口查询是否有按键按下，有按下才去判断哪个按键按下。如果没有查询到按键被按下， 则仍然执行之前的方案。 为了实现这个功能我在主程序和延时子程序中均加入了备份原按键信息和判断有无按键的指令，实现了双重查询，使系统既能在一种方案执行过程中立刻跳转到按键对应的方案，也能使无按键时，当前方案执行完一次后能自动循环执行。因为 LED每次状态发生变化都要调用延时子程序，而且调用时间间隔只有几个机器周期，所以在延时子程序中以25ms为周期高频率的主动查询有无按键是完全可行的方案。 虽然没有中断方式响应迅速， 但是由于一次按键操作通常要持名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 20 页 - - - - - - - - - 续数百 ms ，以 25ms为周期查询不仅能保证不漏过一次按键操作，也能为读取、判断按键留下足够时间， 并且在按键操作结束后就能立刻开始执行新的方案。此外因为按键去抖一般为1020ms ，以 25ms为周期进行查询也消除了按键抖动的影响。经过调试终于实现了用查询的方式实现了中断的效果。此外，在调试过程中发现，程序在运行一段时间后，延时时长会发生紊乱，不可预料。可是在伟福软件中用单步跟踪等方式运行都未能找出问题。最后查阅相关资料联想到可能是SP 的关系。 SP在复位后默认地址是07H ，而在本设计程序中子程序调用和跳转指令被频繁使用，而且几乎是没有返回的嵌套调用跳转。因为在执行这些指令是系统会自动保护堆栈，而又没有出栈操作，使SP地址不够用从而覆盖了其它原用于存放数据的RAM 地址，使程序发生了紊乱。 发现问题后，采取的措施是程序开始时，将SP地址定义不使用的RAM 地址范围内，并且在判断按键情况的程序中不断的重置它的地址，终于程序能正常工作了。其实软硬件调试中还有很多很多的问题，都是因为缺少经验以及对硬件工作理解不透造成的。通过不断努力、尝试，最终一般都能够逐一解决，但是需要有耐心并且细心。程序调试几乎是整个设计一半的工作量，当然从中也能学到很多 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 20 页 - - - - - - - - - 第 4 章改进措施及结论4.1改进方案本课程设计电路采用并行连接方式，虽然简化了电路，但占用了较多的I/O口，限制了 LED的数量和可扩展性。 因本设计仅仅是实现方式的可行，对扩展性要求不高，影响并不大，但在实际需要中应有针对性的进行改进，比如将LED和按键以串行方式连接，亦可对单片机总线进行扩展。从而满足更多的要求。此外，本设计中虽然有多种显示方式可通过按键自由切换，但是显示方式亦由程序中预先设置， 显得灵活性还不高。 虽然可以通过程序支持多种显示方式自由组合的形式执行，但是其本质仍然只能以程序中设置好的几种方案执行。对此我觉得可以将系统中工作模式选择和显示方式选择区分开。按键只选择工作模式比如：展示模式、选定模式、设置模式、随机模式等等。由外界环境因素如：光线、声音、风向、风速等来控制显示方式。要实现这种功能，可在程序中编写 LED的各种状态控制如： 亮度调整、 颜色改变等等。硬件方面可以扩展一些传感器来接受环境因素来控制这些状态的组合。比如可以添加声音类的传感器让 LED根据音量、音色、音调等的变化来改变状态， 从而实现显示方式的多样性。真正的发挥出单片机在彩灯控制中的作用，图4.1 是其原理方框图。图 4.1 彩灯控制系统改进方案原理框图4.2结论说明通过本课程设计不仅感受到了单片机应用范围的广范，也对它的工作原理有了更深的了解。在程序编写方面不停的调试不仅使我对硬件的工作流程有了了解，也使我在编程方面积累了经验。小组讨论、老师指导不仅增强了团队协作能力也增进了师生友谊。 故障的查找、原因分析等经验的积累也是一份无价的财富。总的来说这次课程设计我收获非常的大。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 20 页 - - - - - - - - - 参考文献1曹天汉.单片机原理与接口技术 . 电子工业出版社 .20072关键. 电子 CAD 技术. 电子工业出版社 .20063宋嘉玉.EDA 实用技术 . 人民邮电出版社 .20074张大明.单片机控制实训指导及综合应用实例. 机械工业出版社 .20085陈晓文.电子线路课程设计 . 电子工业出版社 20076刘伟. 传感器实训教程 . 东南大学出版设 .20037钟建玲. 高职电子类毕业设计指导探析. 广东广播电视大学学报 .2007名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 20 页 - - - - - - - - -