基于单片机的节日彩灯设计说明.doc

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1、WORD辽 宁 工 业 大 学单片机原理与接口技术课程设计（论文）题目：基于单片机的节日彩灯设计 院（系）： 专业班级：学 号：学生：指导教师：起止时间：21 / 25课程设计（论文）任务与评语摘 要节日彩灯时生活中常常用到的装饰物品。由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以与控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。它集中地运用了单片机、LED、自动控制等技术，是典型的机遇单片机的电子产品。彩灯控制电路时近年来随着电子技术发展而产生的一种控制装置。它能使彩灯按照要求有序地被点亮。本彩灯控制器可控制八个彩灯的一次点亮，能营造出平面上色彩变化的场景，本电路结构简单

2、适合初学者学习。本文以AT89C51单片机为控制核心，采用模块化得设计方案，运用LED彩灯、按键等组成电路，实现彩灯在开启时满足不一样的闪亮方法。按键可以再彩灯使用的时候选择不同的亮法，使彩灯变化多样，按键一可以使彩灯常亮，按键二可以使彩灯闪烁，三号按键键使流水线亮，四号按键使彩灯单数等闪亮累计5次后，换双数灯闪亮5次，依次交换。通过按键能方便使用者选择不同样的亮法。关键词：LED彩灯；循环；AT89C51目 录第1章 绪论1第2章 课程设计的方案32.1 概述32.2 系统组成总体结构3第3章 硬件设计53.1 单片机最小系统设计53.1.1 单片机选择53.1.2 时钟电路设计83.1.3

3、 复位电路设计83.1.4 锁存控制电路93.1.5 单片机最小系统103.2 按键控制电路113.3 LED彩灯显示模块123.4 系统总电路图14第4章 软件设计154.1 按键扫描子程序设计154.2 主程序设计16第5章 课程设计总结21参考文献22第1章 绪论节日彩灯是生活中常常用到的装饰物品。它集中地运用了单片机、LED、自动控制等技术，是典型的基于单片机的电子产品。随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，智能化技术的开发速度越来越快，智能度越来越高，应用围也得到了极大的扩展。在海洋开发、宇宙探测、工农业生产、军事、社会服务、娱乐等各个领域。在娱乐方面，场地的装饰离不开彩灯。在建筑

4、方面也采用彩灯来装饰高楼大厦。彩灯有灵活多变的点亮方式，装饰效果非常好，特别是晚上似的高楼大厦更加漂亮。在国外，微控制系统主要采用单片机作为控制核心。因此，单片机的发展将有助于简单实用电子产品的开发。在本设计中，采用比较先进的AT89C51单片机为控制核心，它的功耗很低。单片机技术发展至今，掌握最先进技术的仍然是国外的几大公司。如Intel公司发展的MCS-51系列的新一代产品，如8xC152、80C51FA/FB、80C51GA/GB、8Xc451、8Xc452 ，还包括了Philips、Siemens、ADM、Fujutsu、OKI、Harria-Metra、ATMEL等公司以80C51为

5、核心推出的大量各具特色、与80C51兼容的单片机。新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩展，以实现Microcomputer完善的控制功能为己任，可连接一些外部接口功能单元如A/D、PWM、PCA（可编程计数器阵列）WDT（监视定时器）、高速I/O口、计数器的捕获、比较逻辑等。这一代单片机中，在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。Philips公司还为这一代单片机80C51系列8xC52单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线CAN（Controller Area Network BUS）。由于国生活水平不断提高，人民

6、向往较佳的生活质素，对灯具灯饰也不断提出了新要求，近年地灯饰市场有以下情况： 功能细分：人们要求灯具能符合不同场合，不同照光功能的需求日高，因此适用于各种使用要求的灯具逐应运而生，如学生灯、书写灯、应急灯、日光灯、霞光灯、晚餐灯以与不同高度的落地灯等新品叠出。 高技术化：由于电子技术被广泛用于灯具的制造，适应不同的电压，使可调节亮度的第三代照光灯具多起来。无频闪灯、3种波长色谱可调灯，放射远红外光灯等具备保护视力功能的灯具也开始推出市场。 多功能化：符合当前的消费时尚、集多种功能于一体的灯如床头兼作光敏自控灯、带八音盒台灯等，是近年另一需求特点。 节能环保：新推出的高科技无频闪书写灯，光线平稳

7、并可节能源50%，这种灯具很受消费者的欢迎。环保是灯具生产技术的崭新主题，显示人们对居室生态环境的重视，这亦是未来家居照明的主要发展方向。 国际灯具行业现代化产品设计的潮流是：减少产品的尺寸，以减少材料的投入；现代社会对产品的开以制造最重要的着眼点是“经济”和“环境保护”。照明产品最好能体现这一潮流的是紧凑荧光灯，细管径，超细管径直管荧光灯和无汞的射频(RF)或微波(MW)激发的硫灯。紧凑型荧光灯直径和尺寸，它们的形式多种多样用途也十分广泛。一般来说，它们有5倍于白炽灯的光效和8倍于白炽灯的寿命。因此，它们是绿色照明工程的推荐产品，使用紧凑型荧光灯的灯具也日益多见。第2章 课程设计的方案2.1

8、 概述本文提出了一种基于AT89C51单片机的彩灯控制方案，实现对LED彩灯的控制。本方案以AT89C51单片机作为主控核心，与键盘、显示、驱动等模块组成核心主控制模块。在主控模块上设有4个按键和8个LED显示器，可以有多种闪光模式。 2.2 系统组成总体结构利用单片机设计，框图如图2.1所示AT89C51单片机LED彩灯显示电路时钟电路按键电路复位电路图2.1 利用单片机设计结构框图LED彩灯系统包括5大部分，即闪烁系统，脉冲震荡系统，核心控件（89C51主控模块），复位电路。主控模块，具有控制功能，闪烁系统是受控模块，上面有16个LED灯与16个电阻。核心控件主要由89C51芯片组成，是整

9、个彩灯循环系统的核心，是控制彩灯循环闪烁等等一切功能的部件。复位开关连接控制器的RST端，实现复位控制。根椐彩灯的亮灭规律，为了便于控制，决定采用移位型系统方案。即用移位寄存器模块的输出驱动彩灯，彩灯亮，灭和花型的转换通过改变移位寄存器的工作方式来实现。16路彩灯需要移位寄存器模块的规模为16位，但为了便于实现花型4的演示花型，将其分为左，右两个8位移位寄存器模块LSR8和RSR8。由按键控制功能的流水灯,其中的LED采取共阳极接法，通过依次向连接LED的/口送出低电平，可实现题目要求的功能。第3章 硬件设计3.1 单片机最小系统设计3.1.1 单片机选择本次设计选择AT89C51。（1）AT

10、89C51单片机硬件结构：AT89C51是一种低功耗、低电压、高性能的八位CMOS单片机，片有一个4KB的FLASH可变成可擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory），它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统都与MSC-51兼容。片置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，片的存储器允许在系统改变程序或用常规的非易失性存储器编程。因此，AT89C51是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机，可方便的应用于各种控制领域。（2）主要特性：1. 与MCS-5

11、1产品指令系统兼容2. 4K字节可编程闪烁存储器3. 寿命：1000写、擦循环4. 数据保留时间：10年5. 全静态工作：0Hz-24Hz6. 三级程序存储器锁定7. 128*8位部RAM8. 32可编程I/O线9. 两个16位定时器、计数器10. 6个中断源11. 可编程串行通道12. 低功耗的闲置和掉电模式13. 片振荡器和时钟电路（3）管脚说明：VCC（40）：供电电压，其工作电压为5V。GND(20):接地。P0端口（P0.0-P0.7）:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以

12、被定义为数据、地址的第八位。再LFASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1端口（P1.0-P1.7）：P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能够接收4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被部上拉为高电平，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。再FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2端口（P2.0-P2.7）：P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时

13、，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3端口（P3.0-P3.7）：P3口管脚是一个带有部上拉电阻的8位的双向I/O端口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。作为输入端时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表

14、1所示。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。复位RST(9)：复位输入。在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引脚时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P3.0-P3.7口均置1，引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序。复位操作不会对部RAM有所影响。ALE/(30)：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡

15、器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。(29)：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。EA/VPP(31)：当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存储器。注意加密方式1时，将部锁定为RESET

16、；当端保持高电平时，此间部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1(19)：反向振荡放大器的输入与部时钟工作电路的输入。XTAL2(18)：来自反向振荡器的输出。其引脚图如图3.1所示。表3.1 P3.6端口引脚兼用功能表端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外中断0）P3.3（外中断1）P3.4T0(定时、计数0)P3.5T1（定时、计数1）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）图3.1 AT89C51引脚图3.1.2 时钟电路设计单片机的时钟信号用来提供单片机片各种微操作的时

17、间基准，复位操作则使单片机的片电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。时钟电路89C51单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：部振荡方式和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或瓷谐振器，就构成了部振荡方式。由于单片机部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。部振荡方式的外部电路如图3-1所示。图3-1中，电容器Cl，C2起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在5-30pF。晶振频率的典型值为12MHz，采用6MHz的情况也比较多。部振荡方式所得的时钟情号比较稳定，实用电路中使用较多。89c51X1 X2C1 C2

18、GND图3.2 时钟电路3.1.3 复位电路设计复位电路电路图如图3.3所示当89C51单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。常用的上电复位电路电容C1和电阻R1对电源+5V来说20构成微分电路。上电后，保持RST一段高电平时间，由于单片机的等效电阻的作用，不用图中电阻R1，也能达到上电复位的操作功能，如图3.3所示。10F+5VRET1K图3.3复位电路电路图开关复位要求电源接

19、通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位常用的上电或开关复位电路。上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RESET持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RESET为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。3.1.4 锁存控制电路其锁存功能利用74LS373来实现，其功能表如表3.2所示，引脚图如图3.4所示图3.4 74LS373引脚图表3.2 74LS373功能表输入输出输出控制使能数据DnLEOEOnHHLHLHLLXLLQ0XXHZ*（1） 锁存使能控制端，如图3.4中的LE。只有当锁存使能信号有效（图3.4是

20、上升沿）时，寄存器才能锁存输入数据(d3d2d1d0)，寄存器状态得到更新。时钟信号经常作为锁存使能端的输入，以便协调时序电路的工作。（2） 控制输入端，它的作用可同时影响寄存器的多个输出，如图3.4中的CR。有些控制输入端需要与锁存使能输入端配合才能生效，称这种控制为同步控制。（3） 数据输入端，如图3.4 在微控制器单元（MCU）中，寄存器是十分重要的资源。寄存器的主要作用是快速寄存算术逻辑运算单元（ALU）运算过程中的数据。熟悉和了解MCU的寄存器是掌握MCU应用的关键。MCU部寄存器的位数通常与MCU的总线宽度一样，如普通51系列单片机的寄存器宽度是8位，嵌入式控制器和DSP处理器的寄

21、存器宽度通常是32位或48位。3.1.5 单片机最小系统AT89C51最小系统中XTAL1、XTAL2端接上晶振与两个谐振电容，在RESET端接上相应的电阻、电容，如需要按键复位，加上按键即可组成一个最小系统，按要求通电后，系统就可以工作了。单片最小系统图如下：图3.5 单片机最小系统3.2 按键控制电路本次设计使用二极管作为彩灯，16支彩灯接在了AT89C51的P1口和P0口，这2个接口每一个在接二极管的同时在接一个小电阻，这个电阻在电路中所起的作用是限流电阻，防止电路电流过大，限制电流的作用。本次设计的按键部分包含四个按键，S0按键直接接在复位电路上，按下S0使彩灯亮，S1使彩灯闪烁，S2

22、使彩灯流水线闪亮，S3使彩灯单数等闪亮累计5次后，换双数灯闪亮5次，依次交换。图3.6 按键电路图3.3 LED彩灯显示模块LED彩灯显示电路实际上是由16个发光二极管和16个电阻构成的电路。发光二极管与电阻对应串联,然后接在与之相对应的P0口和P1口上。通过软件编程对P0口和P1口输出高低电平来实现不同的闪烁花型。由于发光二极管的导通电压一般为1.7V以上，另外，他的工作电流根据型号不同一般为1mA到30mA，电阻选择围100欧姆3千欧姆在此我们这里选用560欧姆的电阻。74LS373的输出端O0-O7可直接与总线相连，总线的另一端与单片机的P0.0P0.7相连。采用74LS373来传输8位

23、数据，当液晶显示器进行写数据时，三态允许控制端OE为低电平，通过74LS373进行缓存。当数码管显示器进行读数据，还要通过74LS373进行输出，把存在液晶显示器里的数据传输到单片机中。数码管显示模块的D1和D8分别与74LS373的Q1到Q8相连来控制数码管显示模块指令寄存器和数据寄存器读写条件。P0口为双向三态口，用作输出的时候需要接上拉电阻。74LS373这里的用法是逻辑上透明的，也就是P0输出什么，它也输出什么。不做锁存。作用是提高驱动能力。这样数码管的电流来自373而不是单片机。数码管是共阴极的。图3.7 LED连接电路3.4 系统总电路图系统总电路图如图3.8所示：图3.8 系统总

24、电路图第4章 软件设计单片机的应用系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，还需要编写程序控制单片机管脚电平的高低变化，来实现发光二极管的明灭。软件编程是多控制、多闪烁方式的LED彩灯系统中的一个重要的组成部分，4.1 按键扫描子程序设计本设计是以单片机AT89C51为核心控制16个发光二极管4种闪烁方式的变换。程序启动时跳转到键盘判断模块程序中，循环检测直到有按键按下的时候，程序转去相对应按键的彩灯显示的花型模块。是否有键按下是否有键按下是否有键按下延迟10ms是否有键按下扫描结束确定键号开始图4.1按键扫描子系统设计流程图4.2 主程序设计NNNNY开始长跳转到StartP1.

25、0=0?YYYP1.0=0?P1.0=0?P1.0=0?模式二亮灯模式四亮灯模式三亮灯模式一亮灯图4.2 主程序流程图汇编程序如下：org 0000h ljmp start org 0003h ljmp speedup org 0090hstart:mov IE,#81h setb IT0 mov 60h,#20 mov p2,#0ffh mov p3,#0ffh mov 40h,#0 mov p0,#0ffh jnb p1.0,key1 jnb p1.1,key2 jnb p1.2,key3 sjmp start key3:lcall key33 key1:mov r4,#03h mov p

26、3,#0f2h key1:mov p0,#0fh mov p2,#32h lcall delay mov p0,#00h mov p2,#00h lcall delaysjmp key1 djnz r4,key11 mov p2,#0ffh mov p0,#0feh lcall delayrestart1:mov r4,#07h mov r5,#07h mov r3,40h loop1:inc r3 mov a,r3 mov dptr,#SEG movc a,a+dptr mov p2,a mov a,p0 rl a lcall delay mov p0,a jnb p1.3,start dj

27、nz r4,loop1 inc r3 inc r3loop2: dec r3 mov a,r3 mov dptr,#SEG movc a,a+dptr mov p2,a mov a,p0 rr a lcall delay mov p0,a djnz r5,loop2 sjmp restart1 retkey2: mov 40h,#1 mov r1,#8h mov a,#0feh mov p0,00h mov p3,#048hLOOP3: mov p0,a mov r0,a clr a mov a,40h mov dptr,#SEG movc a,a+dptr mov p2,a lcall de

28、lay jnb p1.3,loop5 inc 40h clr a mov a,r0 rl a djnz r1,loop3 inc 40h ljmp key2 key3:clr amov 40h,#8mov r1,#8hmov a,#07fhmov p3,#60hloop4: mov p0,a mov r0,a clr a mov a,40h mov dptr,#SEG movc a,a+dptr mov p2,a lcall delay jnb p1.3,loop5 dec 40h clr a mov a,r0 rr a djnz r1,loop4 ljmp key3loop5:jmp sta

29、rt SEG:db 0feh,0f2h,48h,60h,32h,24h,04h,0f0h,00hspeedup: dec 60h dec 60h retidelay:mov r2,60h mov r6,#25loop7:mov r7,#25loop8:nop nop djnz r7,loop8 djnz r6,loop7 djnZ r2,loop7 ret end第5章 课程设计总结经过几天的努力，完成了单片机的彩灯设计。过程虽是辛苦的，但从中我却学到了很多东西。这次课程设计使我意识到理论与实际相结合的重要，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践结合起来，从而提高自己的实际动手能

30、力和独立思考能力。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握的不够牢固。巩固了课上学习的理论知识，对于计算机汇编语言的系统化整体化有了更深的认识。整个设计过程最大的收获就是意识到理论知识扎实的重要性，实践是建立在理论之上的，只有平时掌握知识扎实，才能在实践时熟练运用，课程设计把平时所学的知识灵活运用结合起来，锻炼我们的思维和动手能力。参考文献1 马秀娟.电工电子实践教程M.：工业大学，2004.157-160.2 正义.单片机控制实习M.：人民邮电，2006.3-90. 3 吉雷：Protel99从入门到精通，电子科技大学，2000.104 郭永贞.电子技术试验与课程设计指导模拟电路分册M.：东南大学，2004.34-39.5 科技：单片机典型模块设计实例导航，人民邮电，2004.56 西华大学老师.电子技术试验指导书M.：西华大学电工电子试验实习中心，2009.105-188.7 褚南峰.电工技术试验与课程设计M.：中国电力，2005.166-168.