單片機(jī)控制的花樣彩燈設(shè)計(jì) 精品.doc

課課程程設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)報(bào)報(bào)告告書書 題題 目目 花樣彩燈控制系統(tǒng)花樣彩燈控制系統(tǒng) 專專 業(yè) 業(yè) 電氣工程電氣工程 日期 日期 20XX 6 22 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 課程設(shè)計(jì) 任務(wù)書課程設(shè)計(jì) 任務(wù)書 一 課題設(shè)計(jì) 題目 花樣彩燈控制系統(tǒng)花樣彩燈控制系統(tǒng) 二 課程設(shè)計(jì) 使用的原始資料 數(shù)據(jù) 及設(shè)計(jì)技術(shù)要求 設(shè)計(jì)要求 利用 8031 單片機(jī) 正常情形下使 P1 口八個(gè)發(fā)光二極管做跑馬燈和流水燈 顯示 緊急情形下 使八個(gè)發(fā)光二極管做鴛鴦戲水燈顯示 三 設(shè)計(jì)任務(wù) 1 設(shè)計(jì)硬件電路 畫出電路原理圖 2 畫出程序流程圖 3 編制程序 寫出源程序代碼 4 寫出 5000 字的詳細(xì)說(shuō)明書 要求字跡工整 原理敘述正確 會(huì)計(jì)算主要 元器件的一些參數(shù) 并選擇元器件 四 主要參考資料 1 單片機(jī)原理及應(yīng)用 李建忠 西安電子科技大學(xué)出版社 20XX 年 2 單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù) 李群芳等 電子工業(yè)出版社 20XX 年 3 單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù) 陳光東等 華中科技大學(xué)出版社 1999 年 4 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐 周立功等 北京航空航天大學(xué)出版社 20XX 年 5 開放式綜合實(shí)驗(yàn) 仿真系統(tǒng) MCS51 實(shí)驗(yàn)分冊(cè) 偉福公司 電氣工程 系 電氣自動(dòng)化 專業(yè) 1001 班 學(xué)生 杜世會(huì) 指導(dǎo)教師 趙陽(yáng) 助理指導(dǎo)教師 并指出所負(fù)責(zé)的部分 教研室 教研室主任 目目 錄錄 1 1 2 3 4 4 7 8 9 1 1 引言引言 隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化 在許多場(chǎng)合可以看到彩色霓虹燈 LED 彩燈由于其豐富的燈 光色彩 低廉的造價(jià)以及控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用 用彩燈來(lái)裝飾已經(jīng)成為一種時(shí)尚 但目 前市場(chǎng)上各式樣的 LED 彩燈控制器大多數(shù)用全硬件電路實(shí)現(xiàn) 電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜 功能單一 這樣一旦制作 成品只能按照固定的模式閃亮 不能根據(jù)不同場(chǎng)合 不同時(shí)間段的需要來(lái)調(diào)節(jié)亮燈時(shí)間 模式 閃爍頻 率等動(dòng)態(tài)參數(shù) 這種彩燈控制器結(jié)構(gòu)往往有芯片過多 電路復(fù)雜 功率損耗大等缺點(diǎn) 此外從功能效果 上看 亮燈模式少而且樣式單調(diào) 缺乏用戶可操作性 影響亮燈效果 因此有必要對(duì)現(xiàn)有的彩燈控制器 進(jìn)行改進(jìn) 課程設(shè)計(jì)是學(xué)完一門課后應(yīng)用本課知識(shí)及以前的知識(shí)積累而進(jìn)行的綜合性 開放性的訓(xùn)練 是培 養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié) 進(jìn)一步鞏固和加深 單片機(jī) 課程的基本知識(shí) 了解單 片機(jī)設(shè)計(jì)知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用 綜合運(yùn)用 單片機(jī) 課程和先修課程的理論及生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)去分 析和解決電路設(shè)計(jì)問題 進(jìn)行單片機(jī)電路設(shè)計(jì)的訓(xùn)練 學(xué)習(xí)單片機(jī)設(shè)計(jì)電路的一般方法 了解和掌 握單片機(jī)電路的設(shè)計(jì)過程和進(jìn)行方式 培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和分析問題 解決問題的能力 特別是 總體電路設(shè)計(jì)能力 通過計(jì)算和繪圖 學(xué)會(huì)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)范和查閱有關(guān)技術(shù)資料等 培養(yǎng)單片機(jī)電 路設(shè)計(jì)的基本技能 該程序示例了單片機(jī)鍵盤控制p1 口流水燈花樣的方法 具體表現(xiàn)為 p3 2 3 2 3 4 3 5 四個(gè) 小本文提出 了一種基于 AT89S51 單片機(jī)的 彩燈控制方 案 實(shí)現(xiàn)對(duì) LED 彩燈的控制 按鍵 分別 實(shí)現(xiàn)了四個(gè)控制 通過這次實(shí) 驗(yàn) 我們也 了解了團(tuán)隊(duì)合作的重要性 集 體的力量是 偉大的 一個(gè) 人如何融入一個(gè) 團(tuán)隊(duì)是是一 個(gè)重要問題 講究合作才能取 得最后的成 功 2 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理 2 12 1 MCS51MCS51 單片機(jī)單片機(jī) 引腳說(shuō)明引腳說(shuō)明 MCS 單片機(jī)都采用 40 引腳的雙列直插封裝方式 圖 2 9 為引腳排列圖 40 條引腳說(shuō) 明如下 1 主電源引腳 Vss 和 Vcc Vss 接地 Vcc 正常操作時(shí)為 5 伏電源 2 外接晶振引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1 內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端 是外接晶體的一個(gè)引腳 當(dāng)采用外部振 蕩器時(shí) 此引腳接地 XTAL2 內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端 是外接晶體的另一端 當(dāng)采用外部振蕩 器時(shí) 此引腳接外部振蕩源 3 控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST VPD ALE 和 VppPROGPSENEA RST VPD 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí) 在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平 由低到高跳變 將使單片機(jī)復(fù)位 在 Vcc 掉電期間 此引腳可接 圖 2 9 8051 引腳排列圖 上備用電源 由 VPD 向內(nèi)部提供備用電源 以保持內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù) ALE 正常操作時(shí)為 ALE 功能 允許地址鎖存 提供把地址的低字節(jié)鎖存PROG 到外部鎖存器 ALE 引腳以不變的頻率 振蕩器頻率的 周期性地發(fā)出正脈沖信號(hào) 因此 6 1 它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘 或用于定時(shí)目的 但要注意 每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) 將跳 過一個(gè) ALE 脈沖 ALE 端可以驅(qū)動(dòng) 吸收或輸出電流 八個(gè) LSTTL 電路 對(duì)于 EPROM 型 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 RST VPD 9 RXD P3 0 10 TXD P3 1 11 INT0 P3 2 12 INT1 P3 3 13 T0 P3 4 14 T1 P3 5 15 WR P3 6 16 RD P3 7 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSEN 29 ALE PROG 30 EA VPP 31 P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 P0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 VCC 40 8031 8051 8751 單片機(jī) 在 EPROM 編程期間 此引腳接收編程脈沖 功能 PROG 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端 在從外部程序存儲(chǔ)取指令 或數(shù)據(jù) 期PSEN 間 在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效 同樣可以驅(qū)動(dòng)八 LSTTL 輸入 PSENPSEN Vpp Vpp 為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器選擇端 當(dāng) Vpp 為EAEAEA 高電平時(shí) 訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 當(dāng) Vpp 為低電平時(shí) 則訪問外部程序存儲(chǔ)器 EA 對(duì)于 EPROM 型單片機(jī) 在 EPROM 編程期間 此引腳上加 21 伏 EPROM 編程電源 Vpp 4 輸入 輸出引腳 P0 0 P0 7 P1 0 P1 7 P2 0 P2 7 P3 0 P3 7 P0 口 P0 0 P0 7 是一個(gè) 8 位漏極開路型雙向 I O 口 在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí) 它是分時(shí)傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線 P0 口能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)八個(gè) LSTTL 負(fù)載 P1 口 P1 0 P1 7 是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I O 口 能驅(qū)動(dòng) 吸收 或輸出電流 四個(gè) LSTTL 負(fù)載 P2 口 P2 0 P2 7 是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I O 口 在訪問外部 存儲(chǔ)器時(shí) 它輸出高 8 位地址 P2 口可以驅(qū)動(dòng) 吸收或輸出電流 四個(gè) LSTTL 負(fù)載 P3 口 P3 0 P3 7 是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I O 口 能驅(qū)動(dòng) 吸收或輸出電流 四個(gè) LSTTL 負(fù)載 2 22 2 LEDLED 顯示數(shù)碼管顯示數(shù)碼管 LED 有共陰極和共陽(yáng)極兩種 如圖所示 二極管的陰極連接在一起 通常此公共陰極接 地 而共陽(yáng)極則將發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起 接入 5V 的電壓 一位顯示器由 8 個(gè)發(fā)光 二極管組成 其中 7 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型 8 的各個(gè)筆劃 段 a g 另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為 dp 發(fā)光二極管 當(dāng)在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓時(shí) 該段筆劃即亮 不加電壓則 暗 為了保護(hù)各段 LED 不被損壞 需外加限流電阻 LEDLED 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理圖數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理圖 圖 3 AT89C2051 引腳配置 AT89C2051 芯片的 20 個(gè)引腳功能為 VCC 電源電壓 GND 接地 RST 復(fù)位輸入 當(dāng) RST 變?yōu)楦唠娖讲⒈３?2 個(gè)機(jī)器周期時(shí) 所有 I O 引腳復(fù)位至 1 XTAL1 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工 作電路的輸入 XTAL2 來(lái)自反向振蕩放大器的輸出 P1 口 8 位雙向 I O 口 引腳 P1 2 P1 7 提供內(nèi)部上拉 當(dāng)作為輸入并 被外部下拉為低電平時(shí) 它們將輸出電流 這是因內(nèi)部上拉的緣故 P1 0 和 P1 1 需要外部上拉 可用作片內(nèi)精確模擬比較器的正向輸入 AIN0 和反向輸 入 AIN1 P1 口輸出緩沖器能接收 20mA 電流 并能直接驅(qū)動(dòng) LED 顯示器 P1 口引腳寫入 1 后 可用作輸入 在閃速編程與編程校驗(yàn)期間 P1 口也可接 收編碼數(shù)據(jù) P3 口 引腳 P3 0 P3 5 與 P3 7 為 7 個(gè)帶內(nèi)部上拉的雙向 I 0 引腳 P3 6 在內(nèi)部 已與片內(nèi)比較器輸出相連 不能作為通用 I O 引腳訪問 P3 口的輸出緩沖器能 接收 20mA 的灌電流 P3 口寫入 1 后 內(nèi)部上拉 可用輸入 P3 口也可用 作特殊功能口 2 32 3 中斷指令中斷指令 高電平驅(qū)動(dòng)高電平驅(qū)動(dòng) 共陰極共陰極 低電平驅(qū)動(dòng)低電平驅(qū)動(dòng) 共陽(yáng)極共陽(yáng)極 在 CPU 和外設(shè)交換信息時(shí) 存在著快速 CPU 和慢速外設(shè)間的矛盾 機(jī)器內(nèi) 部有時(shí)也可能出現(xiàn)突發(fā)事件 為此 計(jì)算機(jī)中通常采用中斷技術(shù) CPU 和外設(shè)并行工作 當(dāng)外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 或有某種突發(fā)事件發(fā)生 時(shí)向 CPU 提出請(qǐng)求 CPU 暫停正在執(zhí)行的程序轉(zhuǎn)而為該外設(shè)服務(wù) 或處 理緊急事件 處理完畢再回到原斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行原程序 中斷優(yōu)先級(jí) 當(dāng)有多個(gè)中斷源同時(shí) 向 CPU 申請(qǐng)中斷時(shí) CPU 優(yōu)先響應(yīng)最 需緊急處理的中斷請(qǐng)求 處理完畢再響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別較低的 這種預(yù)先安排的 響應(yīng)次序 中斷的嵌套 在中斷系統(tǒng)中 高優(yōu)先級(jí)的 中斷請(qǐng)求能中斷正在進(jìn)行的較低 級(jí)的中斷源處理 1 中斷技術(shù)是實(shí)時(shí)控制中的常用技術(shù) 51 系列單片機(jī)有三個(gè)內(nèi)部中斷 二個(gè)外部中斷 所謂 外部中斷就是在外部引腳上有產(chǎn)生中斷所需要的信號(hào) 每個(gè)中斷源有固定的中斷服務(wù)程序的入口地址 稱矢量地址或向量地址 當(dāng) CPU 響應(yīng)中斷以 后單片機(jī)內(nèi)部硬件保證它能自動(dòng)的跳轉(zhuǎn)到該地址 因此 此 地址是應(yīng)該熟記的 在匯編程序 中 中斷服務(wù)程序應(yīng)存放在正確的向量地址 內(nèi) 或存放一條轉(zhuǎn)移指令 而在 C 語(yǔ)言中是靠 Interrupt n 的關(guān)鍵字 n 自動(dòng)設(shè)置的 2 單片機(jī)的中斷是靠?jī)?nèi)部的寄存器管理的 這就是中斷允許寄存器 IE 中斷優(yōu)先權(quán)寄存器 IP 必須在 CPU 開中斷即開全局中斷開關(guān) EA 開各中斷 源的中斷開關(guān) CPU 才能響應(yīng)該中斷源的 中斷請(qǐng)求 其中缺一不可 3 從程序表面看來(lái) 主程序和中斷服務(wù)程序好象是沒有關(guān)連的 只有掌 握中斷響應(yīng)的過程 才能理解中斷的發(fā)生和返回 看得懂中斷程序 并能編 寫高質(zhì)量中斷程序 表 2 1 常用中斷 符號(hào) 名 稱中 斷 引 起 原 因 中斷服務(wù)程序入口 INT0外部中斷 0P3 2 引腳的低電平或下降沿信號(hào) 0003H INT1外部中斷 1P3 3 引腳的低電平或下降沿信號(hào) 0013H T0定時(shí)器 0 中斷 定時(shí)計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)回零溢出 000BH T1定時(shí)器 1 中斷 定時(shí)計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)回零溢出 001BH T2定時(shí)器 2 中斷 定時(shí)計(jì)數(shù)器 2 中斷 TF2 或 T2EX 信號(hào) 002BH TI RI 串行口中斷 串行通信完成一幀數(shù)據(jù)發(fā)送或接收 引起中斷 0023H 2 4 硬件原理圖硬件原理圖 晶振 12MHz 定時(shí) 1 秒 對(duì)于 12MHz 的晶振而言 其時(shí)鐘周期 T 1 f 1 12us 而 89C51 的一個(gè)機(jī)器 周期包括 12 個(gè)時(shí)鐘周期 所以一個(gè)機(jī)器周期為 1us 對(duì)于 T0 而言 使之工作 于 16 bit 最大計(jì)時(shí)為 65536 1 65536us 需要多次定時(shí)才能實(shí)現(xiàn)一秒定時(shí) XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 5 T1 15 P2 7 A15 28 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 U1 AT89C51 SRCFILE 1 ASM PROGRAM 1 HEX D1 LED RED D2 LED RED D3 LED RED D4 LED RED D5 LED RED D6 LED RED D7 LED RED D8 LED RED X1 CRYSTAL C1 30nF C2 30nF VCC 5V R1 270 R2 270 R3 270 R4 270 R5 270 R6 270 R7 270 R8 270 vcc 5v C3 1nF R9 10k vcc 5v R10 10k R11 10k R12 10k R13 10k 3 程序流程圖程序流程圖 3 1 總流程圖總流程圖 N Y N Y N Y N Y N Y 初始化 INT0 按下 INT1 有鍵按 下 按下 T0 按下 T1 按下 流水燈逐點(diǎn)點(diǎn)亮間隔點(diǎn)亮動(dòng) 點(diǎn)亮 逐點(diǎn)熄滅 3 2 流水燈子程序流程圖流水燈子程序流程圖 N Y N Y 其他子程序流程圖與上圖按下其他鍵的流程圖和它相類似 p1 0 1 7 流 動(dòng)點(diǎn)亮 消除抖動(dòng) INT0 鍵按下 按鍵釋放 3 3 中斷程序流程圖中斷程序流程圖 4 匯編程序匯編程序 4 1 主程序 主程序 ORG 0000H 中斷入口程序 LJMP START ORG 0003H RETI ORG 000BH RETI ORG 0013H RETI ORG 001BH RETI CLEAR RET 初始化程序 START ACALL CLEAR 主 程 序 STAR1 MOV P3 0FFH JNB P3 2 FUN2 JNB P3 3 FUN3 關(guān)閉按紐 JNB P3 4 FUN0 JNB P3 5 FUN1 JNB F0 STAR1 曾經(jīng)有鍵按下 F0 置 1 RET FUN0 LCALL DL10MS 消除抖動(dòng) JB P3 4 STAR1 WAITL0 JNB P3 4 WAITL0 等待鍵釋放 SETB F0 FUN01 LCALL FUN00 LCALL STAR1 LJMP FUN01 FUN1 LCALL DL10MS 消除抖動(dòng) JB P3 5 STAR1 WAITL1 JNB P3 5 WAITL1 等待鍵釋放 SETB F0 FUN10 LCALL FUN11 LCALL STAR1 LJMP FUN10 FUN2 LCALL DL10MS 消除抖動(dòng) JB P3 2 STAR1 WAITL2 JNB P3 2 WAITL2 等待鍵釋放 SETB F0 FUN20 LCALL FUN22 LCALL STAR1 LJMP FUN20 FUN3 LCALL DL10MS 消除抖動(dòng) JB P3 3 STAR1 WAITL3 JNB P3 3 WAITL3 等待鍵釋放 CLR F0 MOV P1 0FFH 關(guān)顯示 LJMP STAR1 FUN00 MOV A 0FEH 從 P1 0 到 P1 7 移動(dòng)點(diǎn)亮 FUN000 MOV P0 A LCALL DL05S JNB ACC 7 OUT RL A AJMP FUN000 OUT RET FUN11 MOV A 0FEH 從 P1 0 到 P1 7 依次點(diǎn)亮 FUN111 MOV P1 A LCALL DL05S JZ OUT RL A ANL A P1 AJMP FUN111 FUN22 MOV A 0FEH 間隔點(diǎn)亮 FUN222 MOV P1 A LCALL DL01S CPL A RL A MOV P1 A LCALL DL01S RET FUN33 MOV A 01H 逐點(diǎn)熄滅 FUN333 MOV P1 A LCALL DL01S JNZ OUT RL A ORL A P1 AJMP FUN333 DL01S MOV R2 0FFH 延時(shí)程序 MOV R7 02H LOOP1 DJNZ R2 LOOP1 LOOP5 DJNZ R7 DL512 RET DL10MS MOV R3 14H LOOP2 LCALL DL512 DJNZ R3 LOOP2 RET DL05S MOV R4 0AH LOOP3 LCALL DL10MS DJNZ R4 LOOP3 RET DL30S MOV R5 03H LOOP4 LCALL DL05S DJNZ R5 LOOP4 RET END 4 2 一秒鐘定時(shí)程序一秒鐘定時(shí)程序 MOV B 0AH 允許中斷 MOV TMOD 01H 工作方式 1 MOV TH0 0B0H MOV TL0 3CH SETB TR0 啟動(dòng)計(jì)數(shù) SETB EA 開中斷 BU JBC TF0 SHI SJMP BU SHI MOV TH0 3CH MOV TL0 0B0H RET 小結(jié)小結(jié) 經(jīng)過努力 我們組終于完成這次數(shù)字彩燈的課程設(shè)計(jì)任務(wù) 我們首先查閱了大量的書本 資料 接著又上網(wǎng)搜集了許多有用信息 有時(shí)候?yàn)榱苏业揭?