单片机-节日彩灯控制器.doc

《单片机原理》课程设计

题目： 节日彩灯控制器

姓 名： 贾明
学 号： 1042157134
专 业： 10计科特色班B组
院 系： 信息工程学院
指导老师： 史先桂
完成时间： 2012年 12 月 15 日

安徽新华学院教务处制

17

摘 要

计算机系统的发展已明显地朝三个方向发展；这三个方向就是：巨型化，单片化，网络化。以解决复杂系统计算和高速数据处理的仍然是巨型机在起作用，故而，巨型机在目前在朝高速及处理能力的方向努力。单片机在出现时，Intel公司就给其单片机取名为嵌入式微控制器。单片机的最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中。这一点是巨型机和网络不可能做到的。
节日彩灯使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。
本文以AT89C51单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，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。按键可以在彩灯使用的时候选择不同的亮法，使彩灯变化多样，键一可以使彩灯依次循环点亮，健二可以使彩灯从左到又从右到左循环点亮，三号键使两端灭，中间亮，再对半交替亮，然后再奇偶亮。通过按键能方便使用者选择不同样的亮法。

关键词：计算机系统；AT89C51; 节日彩灯;循环

ABSTRACT

With the development of computer system has obviously in three directions; the three direction is: giant, single chip, network. In order to solve complex system calculation and high speed data processing is still a huge machine is in play, therefore, the giant machines at present in high speed and processing power direction. Single chip microcomputer in appearance, Intel company will give its single-chip named embedded microcontroller. SCM is the most obvious advantage, can be embedded into a variety of instruments, equipment. This is a huge machine and the network can not do it.
Lantern Festival makes life are often used in decorative items. It focuses on use of SCM, LED,, the automatic control technology, is a typical electronic products based on single chip microcomputer.
This paper takes AT89C51 MCU as the control core, modular design, use LED lights, keyboard circuit, realizes illumination when opened to meet different flashing method. Keys can be in lights when using different light method, make the lantern varied, keys can make lanterns are lit cycle, healthy two can make the lamp from the left to and from right to left light cycle, number three are destroyed, shine in the middle, then the alternating light, then odd even brighter. Through the button convenient for users to choose not to the same light method.

KEYWORDS: Computer system; AT89C51; Lantern Festival; circulation

目 录

摘 要 I
ABSTRACT II
2 系统简介 2
2.1 系统开发背景 2
2.2 系统操作流程图 2
3 系统开发方法及工具简介 3
3.1 系统开发简介 3
3.2 开发工具介绍 3
3.2.1 80C51简介 3
4 系统分析 6
4.1 系统分析介绍 6
4.1.3 操作可行性分析 6
4.2 系统的综合要求 6
7.1 正向运行 13
7.2 反向运行 13
总结 14
参考文献 15
谢辞 16

1绪论

现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。
MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径
自从第一台计算机诞生以来，伴随着半个世纪的迅猛发展，人们看到了一个信息时代的美好前景。
现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
节日彩灯使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。
本文以AT89C51单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，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。通过按键能方便使用者选择不同样的亮法。

2 系统简介
2.1 系统开发背景
随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。 led 彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的 LED 彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。
2.2 系统操作流程图
通过以上的描述，画出系统的操作流程图如下：

图2.2 节日彩灯操作流程图

3 系统开发方法及工具简介
3.1 系统开发简介
单片机（SCM）是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）的简称。它是把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时/计数器以及输入输出适配器都集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机。随着SCM在技术上、体系上不断扩展其控制功能，国际上已经采用MCU（MicroControllerUnit）代替单片机的名词。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部。但存储量小，输入输出适配器简单，功能较低。目前，单片机在民用和工业测控领域得到最广泛的应用，早已深深地融入人们的生活中。近年来，AT89C51在我国非常流行，它最大的特点是内部有可以多次重复编程的闪烁ROM,并且闪烁ROM可以直接用编程器来擦写（电擦写），使用起来比较方便【10】。
一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM﹑RAM﹑I/O口﹑定时/记数器﹑中断系统等能量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统配置，既要按照系统功能要求配置外围设备，如键盘显示器﹑打印机﹑A/D﹑D/A转换器等，又要设计合适的接口电路。
本系统采用AT89C51单片机作为中央处理器。其主要任务收集按键的信息，判断按键时否按下来执行相应彩灯的点亮方式
在本系统中，AT89C51单片机的P1口用于接按键，方便使用者选择方式。P0口接的时LED彩灯。

3.2 开发工具介绍
本次设计主要用到的是80C51单片机，以及LED灯，电阻，振荡器，电容等简单器件构成，元件简单，操作方便。
3.2.1 80C51简介
单片微型计算机简称为单片机，又称为微型控制器，是微型计算机的一个重要分支。单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于同一硅片的器件。80年代以来，单片机发展迅速，各类新产品不断涌现，出现了许多高性能新型机种，现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱产业之一。
1）四个I/O口：
P0口有三个功能
　1、外部扩展存储器时，当作数据总线（如图1中的D0~D7为数据总线接口）
　2、外部扩展存储器时，当作地址线（如图1中的A0~A7为地址总线接口）
　3、不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。
P1口
只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。
P2口有两个功能
1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用
2、做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻；
P3口有两个功能
除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置，具体功能请参考我们后面的引脚说明。
有内部EPROM的单片机芯片（例如8751），为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式提供的，
即：编程脉冲：30脚（ALE/PROG）
编程电压（25V）：31脚（EA/Vpp）
接触过工业设备的兄弟可能会看到有些印刷线路板上会有一个电池，这个电池是干什么用的呢？这就是单片机的备用电源，当外接电源下降到下限值时，备用电源就会经第二功能的方式由第9脚（即RST/VPD）引入，以保护内部RAM中的信息不会丢失。
3）汇编指令
指令由于操作码和操作数。分为单字节指令，双字节指令，三字节指令。
4）寻址方式：
立即寻址：操作数包含在指令字节中，指令操作码后面字节的内容就是操作数本身。
直接寻址：1内部数据存储器的低128个字节单元（00H-7FH）2位地址空间；3专用功能寄存器
寄存器寻址：由指令指出某一个寄存器中的内容作为操作数，这种寻址方式称为寄存器寻址。
寄存器间接寻址：由指令指出某一个寄存器的内容作为操作数的地址。
基址寄存器加变址寄存器间接寻址：用于访问程序存储器中的数据表格。
相对寻址：以PC的内容作为基地址，加上指令中给定的偏移量所得结果作为转移地址，只适用于双字节转移指令。

4 系统分析
4.1 系统分析介绍
4.1.1 技术可行性

51系列单片机是目前应用最为广泛的一类微处理器，它以低廉的价格和强大的功能，受到广大电子设计爱好者和工程师的欢迎。51系列单片机内部具有丰富的硬件资源，例如定时器/计数器、中断系统、串行接口，并且它还提供了详尽的指令操作系统，可以供程序员很方便地进行程序设计。在51系列单片机的开发过程中，程序设计是重点也是难点。初学者往往很难快速掌握单片机指令的应用、各个功能部件的编程方法及程序设计思路。 因此，技术上完全可行。

4.1.2 经济可行性

本系统由于本身并不复杂，不需要投入太多的人力、物力，从而开发所需要的资金投入也不会很大，在经济上是完全可行的。
4.1.3 操作可行性分析
随着校园网的建成与发展，正是此系统大显身手的好机会，且此系统是在校园内部网上运行的。
通过以上方面的分析得出结论：基于校园网的毕业设计综合管理系统符和软件开发是完全可行的。

4.2 系统的综合要求
1、设计4个按键key5、key6、key7、key8,
key5—开始，按此键则灯开始流动（由上而下）。
key6—停止，按此键则停止流动，所有灯为暗。
key7—上，按此键则灯由上向下流动。
key8—下，按此键则灯由下向上流动。
2、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Ｉ/Ｏ口送出低电平，可实现题目要求的功能。
3、要求做出实物。

5 系统设计

5.1 系统总体设计

5.1.1 系统的综合要求
1、了解节日彩灯控制器的工作原理
2、掌握按键输入的消抖处理程序和延时程序的编写
3、掌握电路板的实物焊接

5.1.2 系统的电路图

电路图连接如下

图5.1.2 系统的电路图

6 程序设计代码
代码如下:
#include<reg52.h>
#include<intrins.h>
//单片机上的4个独立按键
sbit key5 = P1^4; //开始键
sbit key6 = P1^5; //停止键
sbit key7 = P1^6; //上
sbit key8 = P1^7; //下
void delay_ms(int n) //延时n毫秒
{
int i,j;
for(i=0;i<n;i++)
for(j=0;j<110;j++);
}

void main()
{
char tmp;
int key = 7, flag=0;
tmp = 0xfe; //让最低位的LED灯得到低电平点亮
while(1)
{
if(key5==0) //判断按键key5是否按下
{
delay_ms(10); //延时重新判断按键是否按下，延时消除抖动
if(key5==0)
{
key = 5;
}
}

if(key6==0) //判断按键key6是否按下
{
delay_ms(10); //延时重新判断按键是否按下，延时消除抖动
if(key6==0)
{
key = 6;
}
}

if(key7==0) //判断按键key7是否按下
{
delay_ms(10); //延时重新判断按键是否按下，延时消除抖动
if(key7==0)
{
key = 7;
}
}
if(key8==0) //判断按键key8是否按下
{
delay_ms(10); //延时重新判断按键是否按下，延时消除抖动
if(key8==0)
{
key = 8;
}
}

if(key==5) {flag=1; key=7;}
if(key==6) flag=0;
if(flag==1)
{
if(key==7)tmp=_crol_(tmp,1); //⑶灯开始由上而下流动
if(key==8)tmp=_cror_(tmp,1); //⑷灯由下向上流动

}

P0=tmp;
delay_ms(300); //亮300毫秒
}
}

7 运行结果
7.1 正向运行

7.2 反向运行

总结

通过本次课程设计，我对51系列单片机有了更进一步的了解，同时对汇编语言的使用也有了更深一步的认识。学会了Proteus以及keil51这两款软件的使用，知道了如何用这两款软件进行程序编译以及仿真。
本次课程设计的题目是节日单片机节日彩灯控制器。接手这个题目后，我们查询了相关的资料，了解了相关内容，知道了这是一个利用了简单的循环以及延时程序汇编成的。因为我们学习单片机的时间不长，对单片机的汇编语言都不太了解，最后决定用nop命令来实现延时的效果。通过不断的调试以及优化，最后成功的将课程设计完成。

参考文献
【1】胡汉才．单片机原理及其接口技术．清华大学出版社，2004
【2】吴飞青等．单片机原理与应用实践指导．机械工业出版社 2009.2
【3】李建忠.单片机原理与应用（第二版）.西安电子科技大学出版社
【4】李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.杭州：北京航天航空大学出版社，1998
【5】李广弟.单片机基础[M].北京：北京航天航空大学出版社，1994
【6】阎石.数字电子技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社，1989
【7】廖常初.现场总线概述[J].电工技术，1999
【8】周良权，傅恩锡，李世馨.模拟电子技术基础（第二版）.北京：北京高等教育出版社，2001..12
【9】李干林，《STAR ES598PCI试验仪 微机原理实验指导书》[M].南京工
【10】 李建忠，单片机原理及应用 西安电子科技大学出版社
【11】徐爱钧 ，彭秀华， Keil Cx51 V7.0单片机高级语言编程与μ Vision2应用实践 电子工业出版社
【12】 颜永军，李梅，Protel 99 电路设计与应用 国防工业出版社
【13】 清源计算机工作室,Protel 99 SE原理图与PCB及仿真 机械工业出版社
【14】 赵广林,Protel 99 SE 电路设计与制版 电子工业出版社

谢辞