基于單片機的節(jié)日彩燈設計

1、 遼 寧 工 業(yè) 大 學單片機原理及接口技術課程設計（論文）題目： 基于單片機的節(jié)日彩燈設計 院（系）： 專業(yè)班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 起止時間： 課程設計（論文）任務及評語摘 要節(jié)日彩燈時生活中常常用到的裝飾物品。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，用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時尚。它集中地運用了單片機、LED、自動控制等技術，是典型的機遇單片機的電子產(chǎn)品。彩燈控制電路時近年來隨著電子技術發(fā)展而產(chǎn)生的一種控制裝置。它能使彩燈按照要求有序地被點亮。本彩燈控制器可控制八個彩燈的一次點亮，能營造出平面上色彩變化的場景，本電路結(jié)構簡單適合

2、初學者學習。本文以AT89C51單片機為控制核心，采用模塊化得設計方案，運用LED彩燈、按鍵等組成電路，實現(xiàn)彩燈在開啟時滿足不一樣的閃亮方法。按鍵可以再彩燈使用的時候選擇不同的亮法，使彩燈變化多樣，按鍵一可以使彩燈常亮，按鍵二可以使彩燈閃爍，三號按鍵鍵使流水線亮，四號按鍵使彩燈單數(shù)等閃亮累計5次后，換雙數(shù)燈閃亮5次，依次交換。通過按鍵能方便使用者選擇不同樣的亮法。關鍵詞：LED彩燈；循環(huán)；AT89C51目 錄第1章 緒論1第2章 課程設計的方案32.1 概述32.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構3第3章 硬件設計53.1 單片機最小系統(tǒng)設計5 單片機選擇5 時鐘電路設計8 復位電路設計8 鎖存控制電路9

3、單片機最小系統(tǒng)103.2 按鍵控制電路113.3 LED彩燈顯示模塊123.4 系統(tǒng)總電路圖14第4章 軟件設計154.1 按鍵掃描子程序設計154.2 主程序設計16第5章 課程設計總結(jié)21參考文獻22第1章 緒論節(jié)日彩燈是生活中常常用到的裝飾物品。它集中地運用了單片機、LED、自動控制等技術，是典型的基于單片機的電子產(chǎn)品。隨著計算機、微電子、信息技術的快速進步，智能化技術的開發(fā)速度越來越快，智能度越來越高，應用范圍也得到了極大的擴展。在海洋開發(fā)、宇宙探測、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事、社會服務、娛樂等各個領域。在娛樂方面，場地的裝飾離不開彩燈。在建筑方面也采用彩燈來裝飾高樓大廈。彩燈有靈活多變的點亮方

4、式，裝飾效果非常好，特別是晚上似的高樓大廈更加漂亮。在國內(nèi)外，微控制系統(tǒng)主要采用單片機作為控制核心。因此，單片機的發(fā)展將有助于簡單實用電子產(chǎn)品的開發(fā)。在本設計中，采用比較先進的AT89C51單片機為控制核心，它的功耗很低。單片機技術發(fā)展至今，掌握最先進技術的仍然是國外的幾大公司。如Intel公司發(fā)展的MCS-51系列的新一代產(chǎn)品，如8xC152、80C51FA/FB、80C51GA/GB、8Xc451、8Xc452 ，還包括了Philips、Siemens、ADM、Fujutsu、OKI、Harria-Metra、ATMEL等公司以80C51為核心推出的大量各具特色、與80C51兼容的單片機。

5、新一代的單片機的最主要的技術特點是向外部接口電路擴展，以實現(xiàn)Microcomputer完善的控制功能為己任，可連接一些外部接口功能單元如A/D、PWM、PCA（可編程計數(shù)器陣列）WDT（監(jiān)視定時器）、高速I/O口、計數(shù)器的捕獲、比較邏輯等。這一代單片機中，在總線方面最重要的進展是為單片機配置了芯片間的串行總線，為單片機應用系統(tǒng)設計提供了更加靈活的方式。Philips公司還為這一代單片機80C51系列8xC52單片機引入了具有較強功能的設備間網(wǎng)絡系統(tǒng)總線CAN（Controller Area Network BUS）。 由于國內(nèi)生活水平不斷提高，人民向往較佳的生活質(zhì)素，對燈具燈飾也不斷提出了新要

6、求，近年內(nèi)地燈飾市場有以下情況： 功能細分：人們要求燈具能符合不同場合，不同照光功能的需求日高，因此適用于各種使用要求的燈具逐應運而生，如學生燈、書寫燈、應急燈、日光燈、霞光燈、晚餐燈以及不同高度的落地燈等新品疊出。 高技術化：由于電子技術被廣泛用于燈具的制造，適應不同的電壓，使可調(diào)節(jié)亮度的第三代照光燈具多起來。無頻閃燈、3種波長色譜可調(diào)燈，放射遠紅外光燈等具備保護視力功能的燈具也開始推出市場。 多功能化：符合當前的消費時尚、集多種功能于一體的燈如床頭兼作光敏電話自控燈、帶八音盒臺燈等，是近年另一需求特點。 節(jié)能環(huán)保：新推出的高科技無頻閃書寫燈，光線平穩(wěn)并可節(jié)能源50%，這種燈具很受消費者的歡

7、迎。環(huán)保是燈具生產(chǎn)技術的嶄新主題，顯示人們對居室生態(tài)環(huán)境的重視，這亦是未來家居照明的主要發(fā)展方向。 國際燈具行業(yè)現(xiàn)代化產(chǎn)品設計的潮流是：減少產(chǎn)品的尺寸，以減少材料的投入；現(xiàn)代社會對產(chǎn)品的開以制造最重要的著眼點是“經(jīng)濟”和“環(huán)境保護”。照明產(chǎn)品最好能體現(xiàn)這一潮流的是緊湊熒光燈，細管徑，超細管徑直管熒光燈和無汞的射頻(RF)或微波(MW)激發(fā)的硫燈。緊湊型熒光燈直徑和尺寸，它們的形式多種多樣用途也十分廣泛。一般來說，它們有5倍于白熾燈的光效和8倍于白熾燈的壽命。因此，它們是綠色照明工程的推薦產(chǎn)品，使用緊湊型熒光燈的燈具也日益多見。第2章 課程設計的方案2.1 概述本文提出了一種基于AT89C51單

8、片機的彩燈控制方案，實現(xiàn)對LED彩燈的控制。本方案以AT89C51單片機作為主控核心，與鍵盤、顯示、驅(qū)動等模塊組成核心主控制模塊。在主控模塊上設有4個按鍵和8個LED顯示器，可以有多種閃光模式。 2.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構利用單片機設計，框圖如圖2.1所示AT89C51單片機LED彩燈顯示電路時鐘電路按鍵電路復位電路圖2.1 利用單片機設計結(jié)構框圖LED彩燈系統(tǒng)包括5大部分，即閃爍系統(tǒng)，脈沖震蕩系統(tǒng)，核心控件（89C51主控模塊），復位電路。主控模塊，具有控制功能，閃爍系統(tǒng)是受控模塊，上面有16個LED燈及16個電阻。核心控件主要由89C51芯片組成，是整個彩燈循環(huán)系統(tǒng)的核心，是控制彩燈循環(huán)閃爍

9、等等一切功能的部件。復位開關連接控制器的RST端，實現(xiàn)復位控制。根椐彩燈的亮滅規(guī)律，為了便于控制，決定采用移位型系統(tǒng)方案。即用移位寄存器模塊的輸出驅(qū)動彩燈，彩燈亮，滅和花型的轉(zhuǎn)換通過改變移位寄存器的工作方式來實現(xiàn)。16路彩燈需要移位寄存器模塊的規(guī)模為16位，但為了便于實現(xiàn)花型4的演示花型，將其分為左，右兩個8位移位寄存器模塊LSR8和RSR8。由按鍵控制功能的流水燈,其中的LED采取共陽極接法，通過依次向連接LED的/口送出低電平，可實現(xiàn)題目要求的功能。第3章 硬件設計3.1 單片機最小系統(tǒng)設計3.1.1 單片機選擇本次設計選擇AT89C51。（1）AT89C51單片機硬件結(jié)構：AT89C51

10、是一種低功耗、低電壓、高性能的八位CMOS單片機，片內(nèi)有一個4KB的FLASH可變成可擦除只讀存儲器（FPEROM-Flash Programmable 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器技術，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MSC-51兼容。片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲單元，片內(nèi)的存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)改變程序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程。因此，AT89C51是一種功能強、靈活性高且價格合理的單片機，可方便的應用于各種控制領域。（2）主要特性：1. 與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)兼容2. 4K字節(jié)

11、可編程閃爍存儲器3. 壽命：1000寫、擦循環(huán)4. 數(shù)據(jù)保留時間：10年5. 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz6. 三級程序存儲器鎖定7. 128*8位內(nèi)部RAM8. 32可編程I/O線9. 兩個16位定時器、計數(shù)器10. 6個中斷源11. 可編程串行通道12. 低功耗的閑置和掉電模式13. 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路（3）管腳說明：VCC（40）：供電電壓，其工作電壓為5V。GND(20):接地。）:P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)、地址的第八位。再LFASH編程時，P0口作

12、為原碼輸入口，當FLASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1端口（P1.0-P1.7）：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能夠接收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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。再FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2端口（）：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，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，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。P

13、2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3端口（）：P3口管腳是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位的雙向I/O端口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入端時，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，如表1所示。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。復位RST(9)

14、：復位輸入。在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復位。復位后口均置1，引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開始運行程序。復位操作不會對內(nèi)部RAM有所影響。ALE/(30)：當訪問外部存儲器時，地址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，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部

15、數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， 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。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。(29)：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指令期間，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。EA/VPP(31)：當保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定為RESET；當端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V

16、編程電源（VPP）。XTAL1(19)：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2(18)：來自反向振蕩器的輸出。其引腳圖如圖3.1所示。表3.1 P3.6端口引腳兼用功能表 端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外中斷0）P3.3（外中斷1）P3.4T0(定時、計數(shù)0)P3.5T1（定時、計數(shù)1）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 圖3.1 AT89C51引腳圖3.1.2 時鐘電路設計單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種微操作的時間基準，復位操作則使單片機的片內(nèi)電路初始化，使單片機從一種確定的初態(tài)開始運

17、行。時鐘電路 89C51單片機的時鐘信號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(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如圖3-1所示。圖3-1中，電容器Cl，C2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鐘情號比較穩(wěn)定，實用電路中使用較多。89c51X1 X2C1 C2GND圖3.2 時鐘電路3.1.3 復位電路設計復位電路電

18、路圖如圖3.3所示當89C51單片機的復位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。根據(jù)應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關復位。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。常用的上電復位電路電容C1和電阻R1對電源+5V來說20構成微分電路。上電后，保持RST一段高電平時間，由于單片機內(nèi)的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1，也能達到上電復位的操作功能，如圖3.3所示。10µF+5VRET1K圖3.3復位電路電路圖開關復位要求電源接通后，單片機自動復位，并且在單片機運行期間，

19、用開關操作也能使單片機復位常用的上電或開關復位電路。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RESET持續(xù)一段時間的高電平。當單片機已在運行當中時，按下復位鍵K后松開，也能使RESET為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關復位的操作。3.1.4 鎖存控制電路其鎖存功能利用74LS373來實現(xiàn)，其功能表如表3.2所示，引腳圖如圖3.4所示圖3.4 74LS373引腳圖表3.2 74LS373功能表輸入輸出輸出控制使能數(shù)據(jù)DnLEOEOnHHLHLHLLXLLQ0XXHZ*（1） 鎖存使能控制端，如圖3.4中的LE。只有當鎖存使能信號有效（圖3.4是上升沿）時，寄存器才能鎖存輸入數(shù)據(jù)(d3d2

20、d1d0)，寄存器狀態(tài)得到更新。時鐘信號經(jīng)常作為鎖存使能端的輸入，以便協(xié)調(diào)時序電路的工作。（2） 控制輸入端，它的作用可同時影響寄存器的多個輸出，如圖3.4中的CR。有些控制輸入端需要與鎖存使能輸入端配合才能生效，稱這種控制為同步控制。（3） 數(shù)據(jù)輸入端，如圖3.4 在微控制器單元（MCU）中，寄存器是十分重要的資源。寄存器的主要作用是快速寄存算術邏輯運算單元（ALU）運算過程中的數(shù)據(jù)。熟悉和了解MCU的寄存器是掌握MCU應用的關鍵。MCU內(nèi)部寄存器的位數(shù)通常與MCU的總線寬度相同，如普通51系列單片機的寄存器寬度是8位，嵌入式控制器和DSP處理器的寄存器寬度通常是32位或48位。3.1.5

21、單片機最小系統(tǒng)AT89C51最小系統(tǒng)中XTAL1、XTAL2端接上晶振及兩個諧振電容，在RESET端接上相應的電阻、電容，如需要按鍵復位，加上按鍵即可組成一個最小系統(tǒng)，按要求通電后，系統(tǒng)就可以工作了。單片最小系統(tǒng)圖如下：圖3.5 單片機最小系統(tǒng)3.2 按鍵控制電路本次設計使用二極管作為彩燈，16支彩燈接在了AT89C51的P1口和P0口，這2個接口每一個在接二極管的同時在接一個小電阻，這個電阻在電路中所起的作用是限流電阻，防止電路電流過大，限制電流的作用。本次設計的按鍵部分包含四個按鍵，S0按鍵直接接在復位電路上，按下S0使彩燈亮，S1使彩燈閃爍，S2使彩燈流水線閃亮，S3使彩燈單數(shù)等閃亮累計

22、5次后，換雙數(shù)燈閃亮5次，依次交換。圖3.6 按鍵電路圖3.3 LED彩燈顯示模塊LED彩燈顯示電路實際上是由16個發(fā)光二極管和16個電阻構成的電路。發(fā)光二極管與電阻對應串聯(lián),然后接在與之相對應的P0口和P1口上。通過軟件編程對P0口和P1口輸出高低電平來實現(xiàn)不同的閃爍花型。由于發(fā)光二極管的導通電壓一般為1.7V以上，另外，他的工作電流根據(jù)型號不同一般為1mA到30mA，電阻選擇范圍100歐姆3千歐姆在此我們這里選用560歐姆的電阻。74LS373的輸出端O0-O7可直接與總線相連，總線的另一端與單片機的P0.0P0.7相連。采用74LS373來傳輸8位數(shù)據(jù)，當液晶顯示器進行寫數(shù)據(jù)時，三態(tài)允許

23、控制端OE為低電平，通過74LS373進行緩存。當數(shù)碼管顯示器進行讀數(shù)據(jù)，還要通過74LS373進行輸出，把存在液晶顯示器里的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C中。數(shù)碼管顯示模塊的D1和D8分別與74LS373的Q1到Q8相連來控制數(shù)碼管顯示模塊指令寄存器和數(shù)據(jù)寄存器讀寫條件。P0口為雙向三態(tài)口，用作輸出的時候需要接上拉電阻。74LS373這里的用法是邏輯上透明的，也就是P0輸出什么，它也輸出什么。不做鎖存。作用是提高驅(qū)動能力。這樣數(shù)碼管的電流來自373而不是單片機。數(shù)碼管是共陰極的。圖3.7 LED連接電路3.4 系統(tǒng)總電路圖系統(tǒng)總電路圖如圖3.8所示：圖3.8 系統(tǒng)總電路圖第4章 軟件設計單片機的應用系統(tǒng)由

24、硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，還需要編寫程序控制單片機管腳電平的高低變化，來實現(xiàn)發(fā)光二極管的明滅。軟件編程是多控制、多閃爍方式的LED彩燈系統(tǒng)中的一個重要的組成部分，4.1 按鍵掃描子程序設計本設計是以單片機AT89C51為核心控制16個發(fā)光二極管4種閃爍方式的變換。程序啟動時跳轉(zhuǎn)到鍵盤判斷模塊程序中，循環(huán)檢測直到有按鍵按下的時候，程序轉(zhuǎn)去相對應按鍵的彩燈顯示的花型模塊。是否有鍵按下是否有鍵按下是否有鍵按下延遲10ms是否有鍵按下掃描結(jié)束確定鍵號開始圖4.1按鍵掃描子系統(tǒng)設計流程圖4.2 主程序設計NNNNY開始長跳轉(zhuǎn)到StartP1.0=0?YYYP1.0=0?P1.0=0

25、?P1.0=0?模式二亮燈模式四亮燈模式三亮燈模式一亮燈圖4.2 主程序流程圖匯編程序如下：org 0000h ljmp start org 0003h ljmp speedup org 0090hstart:mov IE,#81h setb IT0 mov 60h,#20 mov p2,#0ffh mov p3,#0ffh mov 40h,#0 mov p0,#0ffh jnb p1.0,key1 jnb p1.1,key2 jnb p1.2,key3 sjmp start key3:lcall key33 key1:mov r4,#03h mov p3,#0f2h key1:mov p0,

26、#0fh mov p2,#32h lcall delay mov p0,#00h mov p2,#00h lcall delaysjmp key1 djnz r4,key11 mov p2,#0ffh mov p0,#0feh lcall delay restart1:mov r4,#07h mov r5,#07h mov r3,40h loop1:inc r3 mov a,r3 mov dptr,#SEG movc a,a+dptr mov p2,a mov a,p0 rl a lcall delay mov p0,a jnb p1.3,start djnz r4,loop1 inc r3

27、inc r3loop2: dec r3 mov a,r3 mov dptr,#SEG movc a,a+dptr mov p2,a mov a,p0 rr a lcall delay mov p0,a djnz r5,loop2 sjmp restart1 retkey2: mov 40h,#1 mov r1,#8h mov a,#0feh mov p0,00h mov p3,#048hLOOP3: mov p0,a mov r0,a clr a mov a,40h mov dptr,#SEG movc a,a+dptr mov p2,a lcall delay jnb p1.3,loop5 inc 40h clr a mov a,r0 rl a djnz r1,loop3 inc 40h ljmp key2 key3:clr amov 40h,#8mov r1,#8hmov a,#07fhmov p3,#60hloop4: mov p0,a mov r0,a clr a mov a,40h mo