基于ATC5單片機課程設(shè)計彩燈控制器

1、黃河科技學(xué)院課程設(shè)計（論文） 單位代碼 學(xué)號1201050052 分 類 號 密 級 單片機應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計 院（系）名稱 專業(yè)名稱 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2015 年 10 月 27 日黃河科技學(xué)院課程設(shè)計（論文） 摘要 隨著人民生活水平的提高和對身邊產(chǎn)品要求多樣話的增強，簡單的單一彩燈已經(jīng)不能滿足人民的需要。新型LED彩燈控制器講會解決LED下等單一的情況。而這需要借助于我們市場上的單片機，單片機即微型計算機，是集CPU、 RAM、ROM、定時器、計數(shù)器、和多種借口于一體的微控制器。LED彩燈控制器將會用到，起定時計數(shù)的功能，在單片幾中我們常見的就是51系列的單片機，它是單片機中最為典型和最

2、有代表性的一種，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。 本課題設(shè)計用單片機8951結(jié)合LED制作了一種新型的LED彩燈控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，以AT-89C51單片機作為主控核心，與按鍵、顯示器等較少的輔助硬件電路相結(jié)合，利用軟件實現(xiàn)對LED彩燈進行控制。本系統(tǒng)具有體積小、硬件少、電路結(jié)構(gòu)簡單及容易操作等優(yōu)點。 關(guān)鍵字：LED彩燈；AT89C51單片機；彩燈控制器；模塊設(shè)計 第 頁 目 錄 1、 緒 論.11.1 課題簡介.1 1.2 設(shè)計目的. .22、總體設(shè)計. . 32.1 設(shè)計思路. .32.2 原件清單.43、硬件設(shè)計.43.1 AT89C51.4 3.2 控制原理.73.3 程序框圖.84、設(shè)計步驟 .

3、84.1 硬件設(shè)計.84.2 單片機時鐘電路.84.3 復(fù)位電路.94.4 控制電路.94.5 工作電路.95、軟件設(shè)計.11 5.1 設(shè)計要求.11 5.2 軟件的流程圖.11 5.3 程序設(shè)計.126、軟件調(diào)試.18結(jié)束語.16致謝.17參考文獻.17 第 16 頁 1緒論1.1 課題簡介單片機全稱叫單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）,是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/

4、D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機械了。單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： 1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用 ：,例如

5、精密的測量設(shè)備2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用 ：用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 3.在家用電器中的應(yīng)用可從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。 5.單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 ：例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 6.在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用 ：如音樂集成單片機，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復(fù)雜的類似于計算機的原理。本設(shè)計著重

6、在于分析計算器軟件和開發(fā)過程中的環(huán)節(jié)和步驟，并從實踐經(jīng)驗出發(fā)對計算器設(shè)計做了詳細的分析和研究。本系統(tǒng)就是充分利用了8051芯片的I/O引腳。系統(tǒng)以采用MCS-51系列單片機Intel8051為中心器件來設(shè)計LED流水燈系統(tǒng)，實現(xiàn)8個LED霓虹燈的左、右循環(huán)顯示，并實現(xiàn)循環(huán)的速度可調(diào)。1.2 設(shè)計目的1.學(xué)習(xí)基本理論在實踐中綜合運用的初步經(jīng)驗，掌握電路設(shè)計的基本方法、設(shè)計步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計與調(diào)試能力。2.掌握匯編語言程序設(shè)計方法。3.培養(yǎng)實踐技能，提高分析和解決實際問題的能力。1.3 設(shè)計任務(wù)及要求1彩燈用8個發(fā)光二極管代替。2電路具有控制彩燈點亮右移、左移、全亮及全滅等功能（用按鍵切換彩燈狀態(tài)

7、）3、彩燈兩點移動時間間隔為0.5秒。2總體設(shè)計思路2.1設(shè)計思路本課題使用AT89C51單片機時無須外擴存儲器。因此，本流水燈實際上就是一個帶有八個發(fā)光二極管的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，即為由發(fā)光二極管、晶振、復(fù)位、電源等電路和必要的軟件組成的單個單片機。如果要讓接在P1.0口的LED1亮起來，那么只要把P1.0口的電平變?yōu)榈碗娖骄涂梢粤?；相反，如果要接在P1.0口的LED1熄滅，就要把P1.0口的電平變?yōu)楦唠娖?；同理，接在P1.1P1.7口的其他7個LED的點亮和熄滅的方法同LED1。因此，要實現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管LED1LED8依次點亮、熄滅，8只LED燈便會一亮一暗的做流水燈了

8、。同樣的道理，可以讓8個燈左移點亮，全亮、全滅。在此我們還應(yīng)注意一點，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)以及單片機執(zhí)行每條指令的時間很短，我們在控制二極管亮滅的時候應(yīng)該延時一段時間，否則我們就看不到“流水”效果了。在此基礎(chǔ)上，增加外擴設(shè)備，利用74LS373和8255擴展成24個LED燈循環(huán)顯示。 2.2.原件清單元件名稱型號數(shù)量/個用途單片機AT89S511控制核心晶振12MHZ1晶振電路電容30pF2晶振電路電阻Respack88上位電阻電阻10k4開關(guān)電阻電阻10k1復(fù)位電路電源+5v1提供電源撥碼開關(guān)BUTTON4發(fā)出信號LEDLed_red3顯示電路Led_blue3Led_green23硬件設(shè)

9、計3.1 AT89C511.芯片由UNTITLEDISISPROFESSIONAL實驗系統(tǒng)提供（AT89C51） 1）主要特性： 與MCS-51兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)震蕩器和時鐘電路2）管腳說明：電源引腳 Vcc（40腳）：典型值5V。 Vss（20腳）：接低電平。外部晶振 XTAL1、XTAL2分別與晶振兩端相連接。輸入輸出口引腳： P0口：I/O雙向口。作輸入口時，應(yīng)先軟件置“ 1”。

10、P1口：I/O雙向口。作輸入口時，應(yīng)先軟件置“ 1”。 P2口：I/O雙向口。作輸入口時，應(yīng)先軟件置“ 1”。 P3口：I/O雙向口。作輸入口時，應(yīng)先軟件置“ 1”?？刂埔_： RST、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp組成了MSC-51的控制總線。 RST（9腳）：復(fù)位信號輸入端（高電平有效）。 ALE/-PROG(30腳）：地址鎖存信號輸出端。 第二功能：編程脈沖輸入。 -PSEN（29腳）：外部程序存儲器讀選通信號。 -EA/Vpp(31腳）：外部程序存儲器使能端。 第二功能：編程電壓輸入端（+21V）。3）AT89C51單片機的P口特點： P0口：是一個8位漏極開路輸出型雙

11、向I/O端口。作為輸出端口時，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動8 個TTL輸入，對端口寫1時，又可作高阻抗輸入端用。在訪問外部程序或數(shù)據(jù)存儲器時，它是時分多路轉(zhuǎn)換的地址（低8位）/數(shù)據(jù)總線，在訪問期間將激活內(nèi)部的上拉電阻。 P1口：P1口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P1口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可作輸入口。P2口作輸入口使用時，因為內(nèi)部有上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（Iil）。 P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式

12、）4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可作輸入口。P2口作輸入口使用時，因為內(nèi)部有上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（Iil）。在訪問外部程序存儲器時和16位外部地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX DPTR）時，P2口送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX RI）時，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器(SFR)區(qū)中的P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不會改變。 P3口：P3口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口

13、拉到高電位，這時可作輸入口。P3口作輸入口使用時，因為內(nèi)部有上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（Iil）。（2）排阻的作用所謂排阻就是若干個參數(shù)完全相同的電阻，它們的一個引腳都連到一起，作為公共引腳。其余引腳正常引出。所以如果一個排阻是由n個電阻構(gòu)成的，那么它就有n+1只引腳，一般來說，最左邊的那個是公共引腳。它在排阻上一般用一個色點標(biāo)出來。排阻一般應(yīng)用在數(shù)字電路上，比如：作為某個并行口的上拉或者下拉電阻用。使用排阻比用若干只固定電阻更方便。 32、控制原理新型LED彩燈分為2部分，即彩燈控制器（主控模塊）和管內(nèi)LED板模塊（受控模塊）。彩燈控制器可直接與220 V交流市電相連接

14、，經(jīng)過開關(guān)電源變換，輸出直流工作電壓，一方面為管內(nèi)LED模塊提供12 V工作電源，另一方面為主控模塊單片機系統(tǒng)（彩燈控制器）提供5 V工作電源。整個系統(tǒng)工作由軟件程序控制運行，根據(jù)需要，用戶可以在LED彩燈工作時通過主控模塊上的按鍵來設(shè)定亮燈時間和燈光閃動頻率。上電后系統(tǒng)經(jīng)過初始化，查詢是否有功能切換鍵按下：有，則進入用戶設(shè)定模式狀態(tài)；無，則進入默認缺省工作狀態(tài)。在用戶設(shè)定模式狀態(tài)下，用戶可以根據(jù)個人愛好及不同場合的需要來指定調(diào)用哪些模式，同樣如果想進入用戶設(shè)定模式狀態(tài)，只需按下功能切換鍵即可。LED板模塊設(shè)計主要器件有LED彩燈（紅、綠、藍）、移位觸發(fā)模塊芯片CD4076等。根據(jù)實際應(yīng)用彩燈

15、長度需要，可將不同數(shù)量的該管內(nèi)LED模塊實現(xiàn)級連，組成一個完整的LED彩燈。考慮到功率損耗，LED板模塊之間接口處用信號正向驅(qū)動模塊芯片MC4049連接。每個LED板模塊上均勻分布3種顏色 LED燈，在實際制作PCB時采用紅、綠、藍3色互隔焊接方式，在電路板上把LED發(fā)光管按順序L1(紅)、L2(綠)、L3(藍)、L4(紅)、L5(綠)、L6(藍)依次均勻焊在板上成一條直線。33、程序框圖開關(guān)輸入AT89C5單片機流水燈圖14設(shè)計步驟4.1硬件設(shè)計硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成微機系統(tǒng)的實體和裝置，通常由運算器、控制器、存儲器、輸入接口電路和輸入設(shè)備、輸出接口電路和輸出設(shè)備等組成。單片機實質(zhì)上是一個硬件的芯

16、片，在實際應(yīng)用中，通常很難直接和被控對象進行電氣連接，必須外加各種擴展接口電路、外部設(shè)備、被控對象等硬件和軟件，才能構(gòu)成一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)。本設(shè)計選用以AT89S51單片機為主控單元。顯示部分：8個LED燈循環(huán)亮滅。4.2單片機時鐘電路時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號，單片機本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)格地按時序進行工作。在MCS-51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳X1，輸出端為引腳X2，在芯片的外部跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 此電路采用12MHz的石英晶體。

17、時鐘電路如下圖：圖24.3復(fù)位電路 電阻的作用是用于上電復(fù)位的，VCC以上電，由于電容兩端電壓不能突變，所以RST上為高電平，然后電容放電，RST就為低電平了，還可以用手動復(fù)位，此電路應(yīng)用自動復(fù)位。圖34.4控制電路控制電路用于控制工作電路的工作情況，根據(jù)要求來控制電路，本電路的控制電路用來控制流水燈的工作情況，當(dāng)按下1、2、3、4各個開關(guān)時，電路具有左移、右移、全亮、全沒的功能，具體的控制電路如下：圖44.5工作電路1） 工作電路就是根據(jù)總的電路的指令，來反應(yīng)工作情況。本電路的流水燈電路具體的如下：圖52）根據(jù)各個模塊的功能及他們的信號傳輸，連接電路如下：圖65軟件設(shè)計5.1設(shè)計要求本系統(tǒng)的

18、功能就時實現(xiàn)流水燈的循環(huán)點亮，主要有四個功能，第一，按下第一個按鈕，彩燈向上點亮循環(huán)，按下第二個，彩燈向下循環(huán)點亮，按下第三個，彩燈全亮，按下第四個，彩燈全滅。彩燈用8個發(fā)光二極管代替。電路具有的控制彩燈點亮右移、左移、全亮及全滅的功能用按鍵切換彩燈狀態(tài)，彩燈兩點移動時間間隔為0.5秒。5.2、軟件的流程圖：開始讀入四個開關(guān)的狀態(tài)判斷開關(guān)狀態(tài)燈左移點亮燈右移點亮燈 全 亮燈 全 滅燈流動運行或全亮全滅無輸入圖75.3、程序設(shè)計 ORG 0000H ;單片機上電后從00000H地址執(zhí)行 AJMP START ;跳轉(zhuǎn)到主程序存放地指出 ORG 0030H ;設(shè)置主程序開始地址START: MOV

19、SP,#60H ;設(shè)置堆棧起始地址為60H MOV DPTR,#TAB ;把TAB表首地址送入DPTRSTART1: JNB P0.0,LOOP1 ;判斷P0.0處開關(guān)是否閉合 JNB P0.1,LOOP2 ;判斷P0.1處開關(guān)是否閉合 JNB P0.2,LOOP3 ;判斷P0.2處開關(guān)是否閉合 JNB P0.3,LOOP4 ;判斷P0.3處開關(guān)是否閉合 AJMP START1 ;如果沒有開關(guān)閉合重新檢測LOOP1: CLR A ;累加器清零 MOVC A,A+DPTR ;取數(shù)值表中的數(shù)CJNE: A,#11111111B,SHOW1;檢查左移結(jié)束標(biāo)志 AJMP START ;左移結(jié)束重新檢測

20、開關(guān)狀態(tài)SHOW1: MOV P1,A ;將數(shù)據(jù)送到P1口 ACALL DELAY ;調(diào)用延時子程序 INC DPTR ;取數(shù)據(jù)表指針指向下一數(shù)據(jù) AJMP LOOP1 ;繼續(xù)查表取數(shù)據(jù)LOOP2: MOV A,#09H ;設(shè)定累加器的初始值 MOVC A,A+DPTR ;取數(shù)值表中的數(shù) CJNE A,#00000000B,SHOW2;檢查右移結(jié)束標(biāo)志 AJMP START ;右移結(jié)束重新檢查開關(guān)狀態(tài)SHOW2: MOV P1,A ;將數(shù)據(jù)送到P1口 ACALL DELAY ;調(diào)用延時子程序 INC DPTR ;取數(shù)據(jù)表指針指向下一數(shù)據(jù) AJMP LOOP2 ;繼續(xù)查表取數(shù)據(jù)LOOP3:MOV

21、 A,#08H ;設(shè)定累加器初始值 MOVC A,A+DPTR ;取數(shù)值表中的數(shù) MOV P1,A ;將數(shù)據(jù)送到P1口 AJMP START ;全滅結(jié)束重新檢測開關(guān)狀態(tài)LOOP4: MOV A,#11H ;設(shè)定累加器初始值 MOVC A,A+DPTR ;取數(shù)值表中的數(shù) MOV P1,A ;將數(shù)據(jù)送到P1口 AJMP START ;全滅結(jié)束重新檢測開關(guān)狀態(tài)DELAY:MOV R0,#10 ;延時一段時間D0: MOV R1,#200D1: MOV R2,#123 NOPD2: DJNZ R2,D2 DJNZ R1,D1DJNZ R0,D0 RET ;子程序返回TAB:DB 11111110BDB

22、 11111101BDB 11111011BDB 11110111BDB 11101111BDB 11011111BDB 10111111BDB 01111111BDB 11111111BDB 01111111BDB 10111111BDB 11011111BDB 11101111BDB 11110111BDB 11111011BDB 11111101BDB 11111110BDB 00000000B END ;程序結(jié)束6軟件調(diào)試軟件調(diào)試一般分為以下四個階段：1、   編寫程序并查錯；2、 在匯編語言的編譯系統(tǒng)中編譯源程序3、 對程序進行編譯連接，并及時發(fā)現(xiàn)程序中存在的錯誤；4、改正錯誤。 在軟件調(diào)試過程中，對出現(xiàn)的錯誤進行了認真的分析和修改