基于ATC单片机专业课程设计彩灯控制器.doc

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学　　号150052
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单片机应用技术课程设计

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指导老师

年 10 月 27 日

摘要
伴随人民生活水平提升和对身边产品要求多样话增强，简单单一彩灯已经不能满足人民需要。新型LED彩灯控制器讲会处理LED下等单一情况。而这需要借助于我们市场上单片机，单片机即微型计算机，是集CPU、 RAM、ROM、定时器、计数器、和多个借口于一体微控制器。LED彩灯控制器将会用到，起定时计数功效，在单片几中我们常见就是51系列单片机，它是单片机中最为经典和最有代表性一个，广泛应用于各个领域。
本课题设计用单片机8951结合LED制作了一个新型LED彩灯控制系统设计方法，以AT-89C51单片机作为主控关键，和按键、显示器等较少辅助硬件电路相结合，利用软件实现对LED彩灯进行控制。本系统含有体积小、硬件少、电路结构简单及轻易操作等优点。
关键字：LED彩灯；AT89C51单片机；彩灯控制器；模块设计

目 录
1、 绪 论.............................................................1
1.1 课题介绍.........................................................1
1.2 设计目标............................. ...........................2
2、总体设计.................... ........................................ 3
2.1 设计思绪.............. ..........................................3
2.2 原件清单.........................................................4
3、硬件设计..............................................................4
3.1 AT89C51...........................................................4
3.2 控制原理..........................................................7
3.3 程序框图..........................................................8
4、设计步骤 ..............................................................8
4.1 硬件设计..........................................................8
4.2 单片机时钟电路....................................................8
4.3 复位电路..........................................................9
4.4 控制电路..........................................................9
4.5 工作电路..........................................................9
5、软件设计..............................................................11
5.1 设计要求.........................................................11
5.2 软件步骤图.....................................................11
5.3 程序设计.........................................................12
6、软件调试.............................................................18
结束语...................................................................16
致谢.....................................................................17
参考文件.................................................................17

1．绪论
1.1 课题介绍
单片机全称叫单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）,是一个集成在电路芯片，是采取超大规模集成电路技术把含有数据处理能力中央处理器CPU随机存放器RAM、只读存放器ROM、多个I/O口和中止系统、定时器/计时器等功效（可能还包含显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上组成一个小而完善计算机系统。　
现在单片机渗透到我们生活各个领域，几乎极难找到哪个领域没有单片机踪迹。导弹导航装置，飞机上多种仪表控制，计算机网络通讯和数据传输，工业自动化过程实时控制和数据处理，广泛使用多种智能IC卡，民用豪华轿车安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机控制，和程控玩具、电子宠物等等，这些全部离不开单片机。更不用说自动控制领域机器人、智能仪表、医疗器械和多种智能机械了。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备智能化管理及过程控制等领域，大致可分以下多个范围： 1.在智能仪器仪表上应用 ：,比如精密测量设备　2.在工业控制中应用 ：用单片机能够组成形式多样控制系统、数据采集系统。比如工厂流水线智能化管理，电梯智能化控制、多种报警系统，和计算机联网组成二级控制系统等。 3.在家用电器中应用可从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随地可见移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 5.单片机在医用设备领域中应用 ：比如医用呼吸机，多种分析仪，监护仪，超声诊疗设备及病床呼叫系统等等。 6.在多种大型电器中模块化应用 ：如音乐集成单片机，看似简单功效，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机原理），就需要复杂类似于计算机原理。
本设计着重在于分析计算器软件和开发过程中步骤和步骤，并从实践经验出发对计算器设计做了具体分析和研究。本系统就是充足利用了8051芯片I/O引脚。系统以采取MCS-51系列单片机Intel8051为中心器件来设计LED流水灯系统，实现8个LED霓虹灯左、右循环显示，并实现循环速度可调。
1.2 设计目标
1.学习基础理论在实践中综合利用初步经验，掌握电路设计基础方法、设计步骤，培养综合设计和调试能力。
2.掌握汇编语言程序设计方法。
3.培养实践技能，提升分析和处理实际问题能力。
1.3 设计任务及要求
1．彩灯用8个发光二极管替换。
2．电路含有控制彩灯点亮右移、左移、全亮及全灭等功效（用按键切换彩灯状态）
3、彩灯两点移动时间间隔为0.5秒。

2．总体设计思绪
2.1设计思绪
本课题使用AT89C51单片机时无须外扩存放器。所以，本流水灯实际上就是一个带有八个发光二极管单片机最小应用系统，即为由发光二极管、晶振、复位、电源等电路和必需软件组成单个单片机。
假如要让接在P1.0口LED1亮起来，那么只要把P1.0口电平变为低电平就能够了；相反，假如要接在P1.0口LED1熄灭，就要把P1.0口电平变为高电平；同理，接在P1.1～P1.7口其它7个LED点亮和熄灭方法同LED1。所以，要实现流水灯功效，我们只要将发光二极管LED1～LED8依次点亮、熄灭，8只LED灯便会一亮一暗做流水灯了。一样道理，能够让8个灯左移点亮，全亮、全灭。
在此我们还应注意一点，因为人眼视觉暂留效应和单片机实施每条指令时间很短，我们在控制二极管亮灭时候应该延时一段时间，不然我们就看不到“流水”效果了。
在此基础上，增加外扩设备，利用74LS373和8255扩展成24个LED灯循环显示。

2.2.原件清单
元件名称
型号
数量/个
用途
单片机
AT89S51
1
控制关键
晶振
12MHZ
1
晶振电路
电容
30pF
2
晶振电路
电阻
Respack8
8
上位电阻
电阻
10k
4
开关电阻
电阻
10k
1
复位电路
电源
+5v
1
提供电源
拨码开关
BUTTON
4
发出信号

LED
Led_red
3

显示电路
Led_blue
3
Led_green
2

3．硬件设计
3.1 AT89C51
1.芯片由UNTITLED—ISISPROFESSIONAL试验系统提供（AT89C51）
1）关键特征：
和MCS-51兼容
4K字节可编程闪烁存放器
寿命：1000写/擦循环
数据保留时间：
全静态工作：0Hz—24Hz
三级程序存放器锁定
128*8位内部RAM
32可编程I/O线
5个中止源
可编程串行通道
低功耗闲置和掉电模式
片内震荡器和时钟电路
2）管脚说明：
①电源引脚
Vcc（40脚）：经典值＋5V。
Vss（20脚）：接低电平。
②外部晶振
XTAL1、XTAL2分别和晶振两端相连接。
③输入输出口引脚：
P0口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。
P1口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。
P2口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。
P3口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。
④控制引脚：
RST、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp组成了MSC-51控制总线。
RST（9脚）：复位信号输入端（高电平有效）。
ALE/-PROG(30脚）：地址锁存信号输出端。
第二功效：编程脉冲输入。
-PSEN（29脚）：外部程序存放器读选通信号。
-EA/Vpp(31脚）：外部程序存放器使能端。
第二功效：编程电压输入端（+21V）。
3）AT89C51单片机P口特点：
P0口：是一个8位漏极开路输出型双向I/O端口。作为输出端口时，每位能以吸收电流方法驱动8 个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。在访问外部程序或数据存放器时，它是时分多路转换地址（低8位）/数据总线，
在访问期间将激活内部上拉电阻。
P1口：P1口是一个带有内部上拉电阻8位双向I/O端口。P1口输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方法）4个TTL输入。对端口写1时，经过内部上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P2口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低引脚会输出一个电流（Iil）。
P2口：P2口是一个带有内部上拉电阻8位双向I/O端口。P2口输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方法）4个TTL输入。对端口写1时，经过内部上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P2口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低引脚会输出一个电流（Iil）。在访问外部程序存放器时和16位外部地址外部数据存放器（如实施 MOVX @DPTR）时，P2口送出高8位地址。在访问8位地址外部数据存放器（如实施 MOVX @RI）时，P2口引脚上内容（就是专用寄存器(SFR)区中P2寄存器内容），在整个访问期间不会改变。
P3口：P3口是一个带有内部上拉电阻8位双向I/O端口。P3口输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方法）4个TTL输入。对端口写1时，经过内部上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P3口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低引脚会输出一个电流（Iil）。
（2）排阻作用
所谓排阻就是若干个参数完全相同电阻，它们一个引脚全部连到一起，作为公共引脚。其它引脚正常引出。所以假如一个排阻是由n个电阻组成，那么它就有n+1只引脚，通常来说，最左边那个是公共引脚。它在排阻上通常见一个色点标出来。排阻通常应用在数字电路上，比如：作为某个并行口上拉或下拉电阻用。使用排阻比用若干只固定电阻更方便。
3．2、控制原理
新型LED彩灯分为2部分，即彩灯控制器（主控模块）和管内LED板模块（受控模块）。彩灯控制器可直接和220 V交流市电相连接，经过开关电源变换，输出直流工作电压，首先为管内LED模块提供12 V工作电源，其次为主控模块单片机系统（彩灯控制器）提供5 V工作电源。整个系统工作由软件程序控制运行，依据需要，用户能够在LED彩灯工作时经过主控模块上按键来设定亮灯时间和灯光闪动频率。上电后系统经过初始化，查询是否有功效切换键按下：有，则进入用户设定模式状态；无，则进入默认缺省工作状态。在用户设定模式状态下，用户能够依据个人爱好及不一样场所需要来指定调用哪些模式，一样假如想进入用户设定模式状态，只需按下功效切换键即可。
LED板模块设计关键器件有LED彩灯（红、绿、蓝）、移位触发模块芯片CD4076等。依据实际应用彩灯长度需要，可将不一样数量该管内LED模块实现级连，组成一个完整LED彩灯。考虑到功率损耗，LED板模块之间接口处用信号正向驱动模块芯片MC4049连接。每个LED板模块上均匀分布3种颜色 LED灯，在实际制作PCB时采取红、绿、蓝3色互隔焊接方法，在电路板上把LED发光管按次序L1(红)、L2(绿)、L3(蓝)、L4(红)、L5(绿)、L6(蓝)……依次均匀焊在板上成一条直线。

3．3、程序框图

开关
输入
AT89C5１
单片机
流水灯

图1

4．设计步骤
4.1硬件设计
硬件系统是指组成微机系统实体和装置，通常由运算器、控制器、存放器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。单片机实质上是一个硬件芯片，在实际应用中，通常极难直接和被控对象进行电气连接，必需外加多种扩展接口电路、外部设备、被控对象等硬件和软件，才能组成一个单片机应用系统。本设计选择以AT89S51单片机为主控单元。显示部分：8个LED灯循环亮灭。
4.2单片机时钟电路
时钟电路用于产生单片机工作所需要时钟信号，单片机本身就是一个复杂同时时序电路，为了确保同时工作方法实现，电路应在唯一时钟信号控制下严格地按时序进行工作。
在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚X1，输出端为引脚X2，在芯片外部跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就组成了一个稳定自激振荡器。 此电路采取12MHz石英晶体。时钟电路以下图：

图2
4.3复位电路
电阻作用是用于上电复位，VCC以上电，因为电容两端电压不能突变，所以RST上为高电平，然后电容放电，RST就为低电平了，还能够用手动复位，此电路应用自动复位。

图3
4.4控制电路
控制电路用于控制工作电路工作情况，依据要求来控制电路，本电路控制电路用来控制流水灯工作情况，当按下1、2、3、4各个开关时，电路含有左移、右移、全亮、全没功效，具体控制电路以下：

图4
4.5工作电路
1） 工作电路就是依据总电路指令，来反应工作情况。本电路流水灯电路具体以下：

图5
2）依据各个模块功效及她们信号传输，连接电路以下：

图6
5．软件设计
5.1设计要求
本系统功效就时实现流水灯循环点亮，关键有四个功效，第一，按下第一个按钮，彩灯向上点亮循环，按下第二个，彩灯向下循环点亮，按下第三个，彩灯全亮，按下第四个，彩灯全灭。彩灯用8个发光二极管替换。电路含有控制彩灯点亮右移、左移、全亮及全灭功效用按键切换彩灯状态，彩灯两点移动时间间隔为0.5秒。

5.2、软件步骤图：
开始
读入四个开关状态
判定开关状态
灯左移点亮
灯右移点亮
灯 全 亮
灯 全 灭
灯流动运行或全亮全灭
无输入

图7
5.3、程序设计
ORG 0000H ;单片机上电后从00000H地址实施
AJMP START ;跳转到主程序存放地指出
ORG 0030H ;设置主程序开始地址
START: MOV SP,#60H ;设置堆栈起始地址为60H
MOV DPTR,#TAB ;把TAB表首地址送入DPTR
START1: JNB P0.0,LOOP1 ;判定P0.0处开关是否闭合
JNB P0.1,LOOP2 ;判定P0.1处开关是否闭合
JNB P0.2,LOOP3 ;判定P0.2处开关是否闭合
JNB P0.3,LOOP4 ;判定P0.3处开关是否闭合
AJMP START1 ;假如没有开关闭合重新检测
LOOP1: CLR A ;累加器清零
MOVC A,@A+DPTR ;取数值表中数
CJNE: A,#11111111B,SHOW1;检验左移结束标志
AJMP START ;左移结束重新检测开关状态
SHOW1: MOV P1,A ;将数据送到P1口
ACALL DELAY ;调用延时子程序
INC DPTR ;取数据表指针指向下一数据
AJMP LOOP1 ;继续查表取数据
LOOP2: MOV A,#09H ;设定累加器初始值
MOVC A,@A+DPTR ;取数值表中数
CJNE A,#00000000B,SHOW2;检验右移结束标志
AJMP START ;右移结束重新检验开关状态
SHOW2: MOV P1,A ;将数据送到P1口
ACALL DELAY ;调用延时子程序
INC DPTR ;取数据表指针指向下一数据
AJMP LOOP2 ;继续查表取数据
LOOP3: MOV A,#08H ;设定累加器初始值
MOVC A,@A+DPTR ;取数值表中数
MOV P1,A ;将数据送到P1口
AJMP START ;全灭结束重新检测开关状态
LOOP4: MOV A,#11H ;设定累加器初始值
MOVC A,@A+DPTR ;取数值表中数
MOV P1,A ;将数据送到P1口
AJMP START ;全灭结束重新检测开关状态
DELAY: MOV R0,#10 ;延时一段时间
D0: MOV R1,#200
D1: MOV R2,#123
NOP
D2: DJNZ R2,D2
DJNZ R1,D1
DJNZ R0,D0

RET ;子程序返回
TAB:
DB 11111110B
DB 11111101B
DB 11111011B
DB 11110111B
DB 11101111B
DB 11011111B
DB 10111111B
DB 01111111B
DB 11111111B
DB 01111111B
DB 10111111B
DB 11011111B
DB 11101111B
DB 11110111B
DB 11111011B
DB 11111101B
DB 11111110B
DB 00000000B
END ;程序结束

6．软件调试
软件调试通常分为以下四个阶段：
1、   编写程序并查错；
2、 在汇编语言编译系统中编译源程序
3、 对程序进行编译连接，并立即发觉程序中存在错误；
4、更正错误。
在软件调试过程中，对出现错误进行了认真分析和修改，数次调试成功后，能够很好达成既定设计效果。
此系统能够改善为能够经过对开关调整来控制流水灯电路含有控制彩灯点亮右移、左移、全亮及全灭等功。

结束语
经过对此次课程论文编写，使我明白应用主控模块输出控制信号去控制灯管内LED板模块工作，使得产品性能稳定，便以安装轻易操作。因为控制程序存放在89C51单片机 电可擦除Flash闪存EPROM中，假如用户需要更改系统亮灯模式，无须改变系统硬件电路，只需修改其中程序即可，是一个很有发展前途彩灯控制器。
经过编写论文，使我对单片机实现彩灯原理及其使用问题有了更深刻认识，是我从中体会到《单片机原理及技术应用》课题关键意义，值得我们探讨，使我更深了解和学会综合利用单片机技术、模拟电子电路、数字电子电路、传感器，软件技术、计算机软件编程技术，设计彩灯。经过设计全方面地培养和锻炼了机电专业学生综合利用本专业知识分析问题和处理问题能力。

致谢

此次课程设计已经靠近尾声。因为经验匮乏，难免有很多考虑不周全地方，假如没有指导老师督促指导，想要完成这个设计是难以想象。在这里首先要感谢我课程设计指导老师郭老师。在她平日里工作繁多，但在我做课程设计每个阶段，全部给了我悉心指导。

最终还要感谢我单片机老师，是在她教育下，让我掌握了坚实专业知识基础，为我以后扬帆远航注入了动力。
谢谢你们！
参考文件
单片机课程设计指导书 皮大能 北京理工大学出版社 .7
8051单片机实践和应用 吴金戎 清华大学出版社 .8
单片机技术基础教程和实践 夏路易 电子工业出版社　 .1
单片机原理及应用 张毅刚 高等教育出版社 .11
基于Proteus单片机系统设计和仿真实例 蒋辉平 机械工业出版社