單片機花樣彩燈課程設計報告.doc

1、引言隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到彩色霓虹燈。 LED 彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應用，用彩燈來裝飾已經(jīng)成為一種時尚。但目前市場上各式樣的 LED 彩燈控制器大多數(shù)用全硬件電路實現(xiàn)，電路結構復雜、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)不同場合、不同時間段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時間、模式、閃爍頻率等動態(tài)參數(shù)。這種彩燈控制器結構往往有芯片過多、電路復雜、功率損耗大等缺點。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。因此有必要對現(xiàn)有的彩燈控制器進行改進。 事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠超過PC機和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。課程設計是學完一門課后應用本課知識及以前的知識積累而進行的綜合性、開放性的訓練，是培養(yǎng)學生工程意識和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。進一步鞏固和加深“單片機”課程的基本知識，了解單片機設計知識在實際中的應用。綜合運用“單片機”課程和先修課程的理論及生產(chǎn)實際知識去分析和解決電路設計問題，進行單片機電路設計的訓練。學習單片機設計電路的一般方法，了解和掌握單片機電路的設計過程和進行方式，培養(yǎng)正確的設計思想和分析問題、解決問題的能力，特別是總體電路設計能力。通過計算和繪圖，學會運用標準、規(guī)范和查閱有關技術資料等，培養(yǎng)單片機電路設計的基本技能。該程序示例了單片機鍵盤控制p1口流水燈花樣的方法;具體表現(xiàn)為:p3.2 3.2 3.4 3.5四個小本文提出了一種基于AT89S51單片機的彩燈控制方案，實現(xiàn)對LED彩燈的控制。按鍵，分別實現(xiàn)了四個控制。通過這次實驗，我們也了解了團隊合作的重要性，集體的力量是偉大的，一個人如何融入一個團隊是是一個重要問題，講究合作才能取得最后的成功！2、設計原理2.1 MCS51單片機引腳說明MCS單片機都采用40引腳的雙列直插封裝方式。圖2-9為引腳排列圖， 40條引腳說明如下：1、主電源引腳Vss和Vcc Vss接地 Vcc正常操作時為+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，是外接晶體的一個引腳。當采用外部振蕩器時，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。當采用外部振蕩器時，此引腳接外部振蕩源。3、控制或與其它電源復用引腳RST/VPD，ALE/，和/Vpp RST/VPD 當振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機復位在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/ 正常操作時為ALE功能（允許地址鎖存）提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器，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。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。但要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖，ALE 端可以驅動（吸收或輸出電流）八個LSTTL電路。 對于EPROM型單片機，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖（功能） 外部程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲取指令（或數(shù)據(jù)）期間，在每個機器周期內(nèi)兩次有效。同樣可以驅動八LSTTL輸入。 /Vpp 、 /Vpp為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當/Vpp為高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，當/Vpp 為低電平時，則訪問外部程序存儲器。對于EPROM型單片機，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8位漏極開路型雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線，P0口能以吸收電流的方式驅動八個LSTTL負載。 P1口（P1.0 - P1.7）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口。能驅動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載。 P2口（P2.0 - P2.7）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址。P2口可以驅動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載。 P3口（P3.0 - P3.7）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口。能驅動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載2.2 LED顯示數(shù)碼管LED有共陰極和共陽極兩種。如圖所示。二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，而共陽極則將發(fā)光二極管的陽極連接在一起，接入+5V的電壓。一位顯示器由8個發(fā)光二極管組成，其中7個發(fā)光二極管構成字型“8”的各個筆劃（段）ag，另一個小數(shù)點為dp發(fā)光二極管。當在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓時，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護各段LED不被損壞，需外加限流電阻。LED數(shù)碼管結構原理圖：共陽極AT89C2051芯片的20個引腳功能為：VCC 電源電壓。GND 接地。RST 復位輸入。當RST變?yōu)楦唠娖讲⒈３?個機器周期時，所有I/O引腳復位至“1”。XTAL1 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2 來自反向振蕩放大器的輸出。P1口 8位雙向I/O口。引腳P1.2P1.7提供內(nèi)部上拉，當作為輸入并被外部下拉為低電平時，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，并能直接驅動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期間，P1口也可接收編碼數(shù)據(jù)。P3口 引腳P3.0P3.5與P3.7為7個帶內(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。2.3中斷指令。在CPU和外設交換信息時，存在著快速CPU和慢速外設間的矛盾，機器內(nèi)部有時也可能出現(xiàn)突發(fā)事件，為此，計算機中通常采用中斷技術。CPU和外設并行工作，當外設數(shù)據(jù)準備好( 或有某種突發(fā)事件發(fā)生)時向CPU提出請求，CPU暫停正在執(zhí)行的程序轉而為該外設服務(或處 理緊急事件)，處理完畢再回到原斷點繼續(xù)執(zhí)行原程序。中斷優(yōu)先級：當有多個中斷源同時 向CPU申請中斷時，CPU優(yōu)先響應最需緊急處理的中斷請求，處理完畢再響應優(yōu)先級別較低的 ，這種預先安排的響應次序。 中斷的嵌套：在中斷系統(tǒng)中，高優(yōu)先級的 中斷請求能中斷正在進行的較低級的中斷源處理，（1）中斷技術是實時控制中的常用技術，51系列單片機有三個內(nèi)部中斷，二個外部中斷。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。每個中斷源有固定的中斷服務程序的入口地址(稱矢量地址或向量地址)。當CPU響應中斷以 后單片機內(nèi)部硬件保證它能自動的跳轉到該地址。因此，此地址是應該熟記的，在匯編程序 中，中斷服務程序應存放在正確的向量地址內(nèi)。(或存放一條轉移指令)；而在C語言中是靠Interrupt n的關鍵字n自動設置的。 （2）單片機的中斷是靠內(nèi)部的寄存器管理的，這就是中斷允許寄存器IE，中斷優(yōu)先權寄存器IP ，必須在CPU開中斷即開全局中斷開關EA，開各中斷源的中斷開關，CPU才能響應該中斷源的 中斷請求，其中缺一不可。（3）從程序表面看來，主程序和中斷服務程序好象是沒有關連的，只有掌握中斷響應的過程， 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 常用中斷符號名 稱中 斷 引 起 原 因中斷服務程序入口INT0外部中斷0P3.2引腳的低電平或下降沿信號0003HINT1外部中斷1P3.3引腳的低電平或下降沿信號0013HT0定時器0中斷定時計數(shù)器0計數(shù)回零溢出000BHT1定時器1中斷定時計數(shù)器1計數(shù)回零溢出001BHT2定時器2中斷定時計數(shù)器2中斷(TF2或T2EX信號）002BHTI/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0023H3、硬件原理圖晶振（12MHz）定時1秒，對于12MHz的晶振而言，其時鐘周期T=1/f=1/12us,而89C51的一個機器周期包括12個時鐘周期，所以一個機器周期為1us，對于T0而言，使之工作于16-bit，最大計時為65536*1=65536us，需要多次定時才能實現(xiàn)一秒定時。4、軟件設計4.1流程圖初始化 INT1按下？有鍵按下？ N YT1按下？T0按下？INT1按下？INT0按下？ N Y N Y N Y N Y間隔點亮動點亮逐點熄滅逐點點亮流水燈4.2源程序ORG 0000H ;中斷入口程序;LJMP STARTORG 0003HRETIORG 000BHRETIORG 0013HRETIORG 001BHRETICLEAR: RET; ; 初始化程序 ;START:ACALL CLEAR ; 主 程 序 STAR1:MOV P3,#0FFHJNB P3.2,FUN2JNB P3.3,FUN3 ;關閉按紐JNB P3.4,FUN0JNB P3.5,FUN1JNB F0,STAR1 ;曾經(jīng)有鍵按下F0置1RET;FUN0:LCALL DL10MS ;消除抖動JB P3.4,STAR1WAITL0:JNB P3.4,WAITL0 ;等待鍵釋放SETB F0FUN01:LCALL FUN00LCALL STAR1LJMP FUN01;FUN1:LCALL DL10MS ;消除抖動JB P3.5,STAR1WAITL1:JNB P3.5,WAITL1 ;等待鍵釋放SETB F0FUN10:LCALL FUN11LCALL STAR1LJMP FUN10;FUN2:LCALL DL10MS ;消除抖動JB P3.2,STAR1WAITL2:JNB P3.2,WAITL2 ;等待鍵釋放SETB F0FUN20:LCALL FUN22LCALL STAR1LJMP FUN20;FUN3:LCALL DL10MS ;消除抖動JB P3.3,STAR1WAITL3:JNB P3.3,WAITL3 ;等待鍵釋放CLR F0MOV P1,#0FFH ;關顯示LJMP STAR1;FUN00:MOV A,#0FEH ；從P1.0到P1.7移動點亮FUN000:MOV P0,ALCALL DL05SJNB ACC.7,OUTRL AAJMP FUN000OUT: RET;FUN11:MOV A,#0FEH ；從P1.0到P1.7依次點亮FUN111:MOV P1,ALCALL DL05SJZ OUTRL AANL A,P1AJMP FUN111;FUN22:MOV A,#0FEH ；間隔點亮FUN222:MOV P1,ALCALL DL01SCPL ARL A MOV P1,ALCALL DL01SRET;FUN33: MOV A,#01H ；逐點熄滅FUN333: MOV P1,ALCALL DL01SJNZ OUTRL AORL A,P1AJMP FUN333DL01S:MOV R2,#0FFH ; 延時程序 MOV R7，#02HLOOP1: DJNZ R2,LOOP1LOOP5：DJNZ R7，DL512RETDL10MS:MOV R3,#14HLOOP2: LCALL DL512DJNZ R3,LOOP2RETDL05S:MOV R4,#0AHLOOP3: LCALL DL10MSDJNZ R4,LOOP3RETDL30S:MOV R5,#03HLOOP4:LCALL DL05SDJNZ R5,LOOP4 RET END4.2一秒鐘定時程序MOV B,#0AH ；允許中斷MOV TMOD,#01H ；工作方式1MOV TH0,#0B0H MOV TL0,#3CHSETB TR0 ；啟動計數(shù)SETB EA ；開中斷BU:JBC TF0,SHISJMP BUSHI:MOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HRET5、小結經(jīng)過努力，我們組終于完成這次數(shù)字彩燈的課程設計任務。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，有時候為了找到一個合適的電路而苦惱，有時候又為取得一點成功而由衷的高興。通過課程設計，我們增強了對單片機的理解，學會查尋資料比較方案，學會單片機的設計計算；進一步提高分析解決實際問題的能力，創(chuàng)造一個動腦動手獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析解決程序編寫問題的