單片機(jī)節(jié)日彩燈控制器設(shè)計(jì)

1、邯鄲學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程名稱 單片機(jī) 題 目 節(jié)日彩燈控制器的設(shè)計(jì) 學(xué) 生 學(xué) 生 學(xué) 生 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 年 級(jí) 專 業(yè) 二級(jí)學(xué)院 邯鄲學(xué)院2015年 1 月 5 日邯鄲學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)院別 專業(yè) 班級(jí) 課程設(shè)計(jì)題目節(jié)日彩燈控制器的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)基本內(nèi)容與要求一、基本內(nèi)容 以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)節(jié)日彩燈控制器： P1.2開(kāi)始，按此鍵則燈開(kāi)始流動(dòng)（由上而下）。 P1.3停止，按此鍵則停止流動(dòng)，所有燈為暗。 P1.4上，按此鍵則燈由上向下流動(dòng)。 P1.5下，按此鍵則燈由下向上流動(dòng)。二、功能要求1、根據(jù)課題，查閱相關(guān)資料 2、畫出系統(tǒng)原理框圖； 3、畫出單元電路圖；

2、 4、編寫相應(yīng)部分程序；5、撰寫說(shuō)明書(shū)三、設(shè)計(jì)成果要求1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告（2000字）2、設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的protues電路圖和keil c程序。主要參考文獻(xiàn)1、靳達(dá).單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例導(dǎo)航 北京：人民郵電出版社，2003.10 2、張俊謨.單片機(jī)中級(jí)教程原理與應(yīng)用 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000.6 3、何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)（系統(tǒng)配置與接口技術(shù)）進(jìn)程安排起止時(shí)間完成內(nèi)容2015.12.16-2015.12.23據(jù)任務(wù)書(shū)搜集相關(guān)的資料2015.12.24-2015.12.30設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)2016.01.01-2016.01.01

3、撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2016.01.08-2016.01.15準(zhǔn)備答辯階段系意見(jiàn) 系主任簽字： 年 月 日摘要節(jié)日彩燈是生活中常常的裝飾物品，是我國(guó)普遍流行的傳統(tǒng)的民間的綜合工藝品。彩燈藝術(shù)也是燈的綜合性的裝飾藝術(shù)。在當(dāng)今社會(huì)里，彩燈已經(jīng)成為我們生活當(dāng)中的一部分，能給我們帶來(lái)視覺(jué)上的享受，還能美化我們的生活。彩燈控制器主要是通過(guò)產(chǎn)生有規(guī)律變化的脈沖信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)彩燈的各種變化，他集中的應(yīng)用了單片機(jī)、LED、自動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的基于單片機(jī)的電子產(chǎn)品。本文以AT89C51單片機(jī)為控制核心，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案，運(yùn)用LED彩燈、按鍵等組成電路，實(shí)現(xiàn)才在開(kāi)啟時(shí)滿足不一樣的閃亮方法及方式。按K1開(kāi)始，按此

4、鍵則燈開(kāi)始流動(dòng)（由上而下）。K2停止，按此鍵則停止流動(dòng)，所有燈為暗。K3上，按此鍵則燈由上向下流動(dòng)。K4下，按此鍵則燈由下向上流動(dòng)。按K5從亮到暗到亮循環(huán)。通過(guò)按鍵能方便使用者選擇不一樣的亮法。并用仿真軟件進(jìn)行仿真按不同的方式點(diǎn)亮LED。還有就是這節(jié)日彩燈的制作成本低、精確度高、裝調(diào)容易，為節(jié)日增添氣氛，具一定的市場(chǎng)價(jià)值，因此制作了此節(jié)日彩燈。關(guān)鍵詞：節(jié)日彩燈；單片機(jī)；LED；設(shè)計(jì)；仿真目錄摘要3一、概述5二、任務(wù)要求5三、硬件電路設(shè)計(jì)與分析51.AT89C51單片機(jī)51.1 AT89C51結(jié)構(gòu)512 AT89S51引腳描述72.鍵盤設(shè)計(jì)83.定時(shí)器與復(fù)位模塊83.1時(shí)鐘電路83.2復(fù)位電路9

5、四、軟件設(shè)計(jì)與論證10五、功能仿真實(shí)現(xiàn)12七、心得體會(huì)14八、參考文獻(xiàn)15附錄15一、概述19世紀(jì)興起的單片機(jī)以其先天的便捷、穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代電子技術(shù)電路中占有越來(lái)越重要的地位。又有數(shù)字電路與模擬電路相比有顯而易見(jiàn)的穩(wěn)定性。近年來(lái)，數(shù)字電路又有了巨大的發(fā)展?？删幊踢壿嬈骷≒AL、GAL等）的發(fā)展和普及最終使IC的設(shè)計(jì)面向了用戶（這是模擬電路無(wú)法做到的），而這毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)給用戶帶來(lái)巨大的便捷，從而奠定它在電子電路中的對(duì)位。隨著集成技術(shù)的進(jìn)一步提高，各種新技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，人類歷史橫跨數(shù)碼時(shí)代向更進(jìn)一步發(fā)展已出現(xiàn)在各大型相關(guān)企業(yè)的宏偉藍(lán)圖中。新世紀(jì)里誰(shuí)掌握了新技術(shù)誰(shuí)就得到了獲勝的資本，也僅僅是資本

6、而矣。新世紀(jì)里電子行業(yè)的發(fā)展速度令人窒息，聞名的摩爾定律更把許多人威嚇在門外。 可以展望，一個(gè)由數(shù)字構(gòu)成的新世界即將出現(xiàn)。那將是人類文明的又一飛躍，不僅可以獲得良好的觀賞效果，而且可以省電（與全部彩燈始終全亮相比）。近年來(lái)，隨著人們生活水平的較大提高，人們對(duì)于物質(zhì)生活的要求也在逐漸提高，不光是對(duì)各種各樣的生活電器的需要，也開(kāi)始在環(huán)境的幽雅方面有了更高的要求。比如日光燈已經(jīng)不能滿足于我們的需要，彩燈的運(yùn)用已經(jīng)遍布于人們的生活中，從歌舞廳到卡拉OK包房，從節(jié)日的祝賀到日常生活中的點(diǎn)綴。這些不緊說(shuō)明了我們對(duì)生活的要求有了質(zhì)的飛躍，也說(shuō)明科技在現(xiàn)實(shí)運(yùn)用中有了較大的發(fā)展。彩燈是我國(guó)普遍流行的傳統(tǒng)的民間的

7、綜合性的工藝品。彩燈藝術(shù)也就是燈的綜合性的裝飾藝術(shù)。新中國(guó)成立后，彩燈藝術(shù)得到了更大的發(fā)展，特別是隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，彩燈藝術(shù)更是花樣翻新，奇招頻出，傳統(tǒng)的制燈工藝。二、任務(wù)要求(1)PD0: 開(kāi)始,按此鍵則燈開(kāi)始流動(dòng)（由上而下）；(2)PD1: 停止,按此鍵則停止流動(dòng),所有燈為暗；(3)PD2: 上,按此鍵則燈由上向下流動(dòng)；(4)PD3: 下,按此鍵則燈由下向上流動(dòng)。三、硬件電路設(shè)計(jì)與分析 1.AT89C51單片機(jī) 1.1 AT89C51結(jié)構(gòu)AT89C51是一種低功耗/低電壓、高性能的八位CMOS單片機(jī)，片內(nèi)有一個(gè)4KB的FLASH可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Prog

8、rammable and Erasable Read Only Memory），它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MSC51兼容。片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲(chǔ)單元，片內(nèi)的存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程。因此，AT89C51是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便的應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51系列單片機(jī)對(duì)于一般用戶來(lái)說(shuō)，存在3個(gè)明顯的特點(diǎn)：(1)內(nèi)含F(xiàn)lash存儲(chǔ)器。因此在應(yīng)用2系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以十分容易的進(jìn)行程序的修改，這就大大縮短了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期；同時(shí)，在系統(tǒng)工作過(guò)程中，能

9、有效的保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外接電源損壞也不影響信息的保存。(2)與80C51插座兼容。AT89C51系列單片機(jī)的引腳與80C51是一樣的，當(dāng)用AT89C51單片機(jī)取代80C51時(shí)，可以直接進(jìn)行取代。這時(shí)，不管采用40引腳還是44引腳的產(chǎn)品，只要用相同引腳的AT89C51單片機(jī)取代80C51的單片機(jī)即可。(3)靜態(tài)時(shí)鐘方式。AT89C51單片機(jī)采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，所以可以節(jié)省電能。這對(duì)于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。圖1 AT89S51單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖12 AT89S51引腳描述VCC（40）：供電電壓，其工作電壓為5V。GND（20）：接地。P0端口（P0.0-P0.7）：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路

10、雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1端口（P1.0-P1.7）：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2端口（P2.0-P2.7）：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻

11、的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3端口（P3.0-P3.7）：P3口管腳是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位的雙向I/O端口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，

12、它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入端時(shí)，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口。P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。復(fù)位RST(9)：復(fù)位輸入。在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P3.0-P3.7口均置1，引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片為ROM的00H處開(kāi)始運(yùn)行程序。復(fù)位操作不會(huì)對(duì)內(nèi)部RAM有所影響。ALE/PROG(30)：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址

13、鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。PSEN(29)：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指令期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/VPP(31)：當(dāng)

14、_ EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器 （0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，_ EA將內(nèi)部 鎖定為RESET；當(dāng)_ EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1(19)：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(18)：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 2.鍵盤設(shè)計(jì)獨(dú)立式鍵盤是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響到其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷那個(gè)鍵被按下了。 獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡(jiǎn)單，但

15、每個(gè)按鍵需要占用一根輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。按鍵直接與單片機(jī)的I/O 口線相接，通過(guò)讀 I/O 口，判定 I/O 口線的電平狀態(tài)，即可識(shí)別出按下的按鍵。如圖2圖2獨(dú)立式按鍵仿真圖3.定時(shí)器與復(fù)位模塊3.1時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，復(fù)位操作則使單片機(jī)的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的初態(tài)開(kāi)始運(yùn)行。(1)時(shí)鐘電路 89C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩

16、方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖，如圖2所示。圖3時(shí)鐘與復(fù)位電路仿真圖圖2中，電容器C2，C3起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在5-30pF。晶振頻率的典型值為12MHz，采用6MHz的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。3.2復(fù)位電路當(dāng)AT89C51單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自

17、動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位電路電容C1和電阻R19對(duì)電源+5V來(lái)說(shuō)20構(gòu)成微分電路。上電后，保持RST一段高電平時(shí)間，由于單片機(jī)內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1，也能達(dá)到上電復(fù)位的操作功能，如圖2所示。開(kāi)關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開(kāi)關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位常用的上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位電路如圖2所示。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RESET持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵K后松開(kāi)，也能使RESET為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。 四、軟件設(shè)計(jì)與論證本方案主要是通過(guò)對(duì)基于單片機(jī)的多控制、多閃爍方式的LED彩燈

18、系統(tǒng)的設(shè)計(jì),來(lái)達(dá)到本設(shè)計(jì)的要求。其硬件以單片機(jī)為核心控制,由單片機(jī)最小系統(tǒng)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、發(fā)光二極管和獨(dú)立按鍵組成。 此設(shè)計(jì)方案中單片機(jī)的P1口接4路按鍵控制電路,實(shí)現(xiàn)彩燈花型的切換功能,單片機(jī)上的P0口接8路LED發(fā)光二極管組成彩燈電路,顯示彩燈循環(huán)情況。1、總體流程圖設(shè)計(jì)開(kāi)始正向循環(huán)開(kāi)始鍵按下？是否停止鍵按下？正向鍵按下？燈全滅是否是否反向鍵按下？反向循環(huán)是正向鍵按下？否停止鍵按下？是否是否 圖4程序流程圖2.總原理圖 圖5：總原理圖功能說(shuō)明：S1-開(kāi)始，按此鍵，燈開(kāi)始流動(dòng)（從上到下）S2-停止，按此鍵，燈停止流動(dòng)（滅燈）S3-上，按此鍵，燈從上而下流動(dòng)S4-下，按此鍵，燈從下而上流

19、動(dòng)2元件清單元件序號(hào)元件說(shuō)明數(shù)量備注AT89C51單片機(jī)芯片1R1R9限流電阻9220LED發(fā)光二極管8KEY按鍵開(kāi)關(guān)4 表1：元器件清單五、功能仿真實(shí)現(xiàn)1、開(kāi)始：從上到下流動(dòng)點(diǎn)亮2、反向：從下向上流動(dòng)點(diǎn)亮3、停止：滅燈七、心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)既要求我們對(duì)知識(shí)掌握的牢固，又要求我們對(duì)知識(shí)能夠靈活運(yùn)用。從所涉及的知識(shí)面來(lái)說(shuō)，它不僅要求我們運(yùn)用所學(xué)過(guò)的知識(shí)還要求我們?nèi)ゲ檎?，學(xué)習(xí)，借鑒其他科目或門類的知識(shí)。從時(shí)間上來(lái)說(shuō)，這次設(shè)計(jì)的時(shí)間是最長(zhǎng)的，因此我們有足夠的時(shí)間去重新溫習(xí)學(xué)過(guò)的知識(shí)，更有充足的時(shí)間去搜集學(xué)習(xí)一些我們沒(méi)有涉獵過(guò)的知識(shí)。這樣不僅鍛煉了我們學(xué)習(xí)新知識(shí)的能力，同時(shí)也拓寬了我們的知識(shí)面。并且

20、我們還有足夠時(shí)間去修改我們的設(shè)計(jì)中的缺陷，這也是對(duì)我們將來(lái)走入社會(huì)獨(dú)立完成一項(xiàng)課題的考驗(yàn)。我們經(jīng)過(guò)將近兩周的努力，終于完成本次創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)，過(guò)程雖是辛苦的，但從中我們卻學(xué)到了很多東西。首先鞏固了課上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，對(duì)于計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言的系統(tǒng)化整體化有了更深的認(rèn)識(shí)。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程最大的收獲就是意識(shí)到理論知識(shí)扎實(shí)的重要性，實(shí)踐是建立在理論之上的，平時(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)很重要。另外就是合作的重要性，每個(gè)人都有他的特長(zhǎng)一個(gè)人難免有疏漏，只有大家共同努力才能順利的完成任務(wù)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，提高了我們的自學(xué)能力，提高了理論聯(lián)系實(shí)際的能力，把自己所學(xué)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)中，對(duì)所用到的硬件有了更加深刻的理解；同時(shí)我們更加明白團(tuán)結(jié)合作、分工合作的重要性，提高了團(tuán)結(jié)合作的能力與做事效率。提高了我們克服困難的信心與決心。 八、參考文獻(xiàn)1馬潮編著.AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實(shí)踐（第二版） 北京航