課程設(shè)計基于AT89C51單片機(jī)的花樣彩燈仿真分析

1、物理與電子信息學(xué)院課程設(shè)計基于at89c51單片機(jī)的花樣彩燈仿真分析姓名： 班級： 電子科學(xué)與技術(shù) 學(xué)號： 指導(dǎo)老師： 時間： 2011年1日6日 目 錄內(nèi)容摘要1關(guān)鍵詞1abstract11緒論12 系統(tǒng)設(shè)計22.1 設(shè)計任務(wù)與要求22.2 方案的選擇與論證23 系統(tǒng)硬件設(shè)計23.1 控制器模塊33.2 按鍵模塊53.4 led顯示模塊53.5硬件元件清單64軟件設(shè)計與仿真64.1主程序設(shè)計64.3 仿真結(jié)果84.4 系統(tǒng)調(diào)試94.5 誤差分析9結(jié)束語10內(nèi)容摘要： 隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機(jī)得到了越來越多的應(yīng)用。本設(shè)計用單片機(jī)89s51結(jié)合led（發(fā)光二極管）制作了一個廣告移動彩燈，它

2、由一塊89s51組成，通過逐次掃描其中一塊的p2.0-p2.7口，從而依次實現(xiàn)彩燈輪流點亮、逐點點亮、間隔點亮。關(guān)鍵詞：led彩燈；at-89c51單片機(jī)；彩燈控制器 abstract：along with the electronic technology rapid development, the monolithicintegrated circuit obtained more and more many applications. here iused monolithic integrated circuit 89c51 to unify led (light emitterdi

3、ode) to manufacture a belt music broadcast function advertisementmigration colored lantern with the loudspeaker, it was composed by two89c51, through gradually scanned together p3.0-p3.2 mouth, judgedwhether had the pressed key to press down, unified the port scanningand the pressed key scanning, th

4、us realized the colored lantern tolighten, to lighten, the gap point by point in turn in turn lightens.keywords: led lantern; at-89c51 single-chip microcomputer; lantern controller1緒論近年來，彩燈對于美化、亮化城市有著不可輕視的重要工作。因此作為城市裝飾的彩燈需求量越來越大，對與彩燈的技術(shù)和花樣也越來越高。但傳統(tǒng)的彩燈控制電路一般是由數(shù)字電路組成，這種彩燈控制器電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、功率損耗大，此外從功能效果上看

5、，彩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(jìn)行改進(jìn)。而單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點，可以說，智能控制與自動控制的核心就是單片機(jī)。led彩燈具有成本低、發(fā)光純度高、發(fā)光熱量小、耗電量低、超長壽命的特點。所以利用單片機(jī)作led彩燈控制，不僅是使控制花樣、路數(shù)大大增加,成本也很低，而且對環(huán)境能源沒有污染，有著很大的發(fā)展前景。本方案是一種基于at-89c51單片機(jī)的彩燈控制方案，實現(xiàn)對led彩燈的控制。主要以at-89c51單片機(jī)作為主控核心與發(fā)光二極管、晶振、復(fù)位、電源等組成電路，利用軟件編輯實現(xiàn)彩燈流水燈的效果。2 系統(tǒng)設(shè)計2.1 設(shè)

6、計任務(wù)與要求2.1.1 設(shè)計任務(wù)（1）設(shè)計一個基于單片機(jī)的花樣彩燈；（2）在設(shè)計過程中，選擇12個單元電路使用仿真軟件（例如proteus等）進(jìn)行仿真調(diào)試；（3）用計算機(jī)繪制所有的電路圖。2.1.2 設(shè)計要求（1）設(shè)計一個花樣彩燈。（2）彩燈至少有7種工作模式。（3）當(dāng)按下按鍵后，模式可以復(fù)位。2.2 方案的選擇與論證2.2.1 總體設(shè)計方案方案一：采用各類數(shù)字電路來組成鍵盤控制系統(tǒng)，進(jìn)行信號處理，如選用cpld等可編程邏輯器件。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展，對信號處理比較困難。方案二：過單片機(jī)控制二極管的閃爍，通過中斷來改變模式同時串行輸出數(shù)碼管。p0，p1口接16個

7、二極管，p3口接擴(kuò)展板的數(shù)碼顯示接口。 該方案簡單，易于設(shè)計和控制。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計按照單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展與系統(tǒng)配置狀況，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可分為最小系統(tǒng)、最小功耗系統(tǒng)及典型系統(tǒng)等。at-89c51單片機(jī)是美國atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能cmos 8位單片機(jī)，具有豐富的內(nèi)部資源：4kb閃存、128bram、32根i/o口線、2個16位定時/計數(shù)器、5個向量兩級中斷結(jié)構(gòu)、2個全雙工的串行口，具有4.255.50v的電壓工作范圍和024mhz工作頻率，使用at-89c51單片機(jī)時無須外擴(kuò)存儲器。因此，本彩燈控制系統(tǒng)實際上就是一個帶有八個發(fā)光二極管的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，即為由發(fā)光二極管、晶振、復(fù)位、電

8、源等電路和必要的軟件組成的單個單片機(jī)。其具體硬件組成如圖1所示。圖1彩燈硬件原理圖從圖1中可以看出，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)榈碗娖骄涂梢粤耍幌喾?，如果要讓接在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)彩燈功能，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彩燈了。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(jī)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“彩燈”效果了

9、。3.1 控制器模塊本系統(tǒng)控制器芯片采用at89c51單片機(jī)，其管腳圖如圖3所示。d8-d6：數(shù)據(jù)輸入線。reset：復(fù)位端口。t0，t1：計數(shù)器端口外部計數(shù)脈沖輸入線。xtal1，xtal2：時鐘電路。vcc：供電電壓。gnd：接地。圖3 89c51功能說明圖at89c51是一種帶4k字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓、高性能cmos 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。at89c2051是一種帶2k字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。

10、該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，at89c2051是它的一種精簡版本。at89c單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。at89c51具有以下特性：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：0hz-24mhz,三級程序存儲器鎖定,1288位內(nèi)部ram,32可編程i/o線,兩個16位定時器/計數(shù)器,5個中斷源,可編程串行通道,低功耗的閑置和掉電模式、

11、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。3.2 按鍵模塊采用如下所示電路來實現(xiàn)控制花樣彩燈的復(fù)位，按下開關(guān)，單片機(jī)復(fù)位，花樣彩燈按模式一閃爍。圖電源電路有三端穩(wěn)壓器7805和電容組成，外部電池供電，bat接7v左右的電壓，穩(wěn)壓輸出5v的電壓。電源電路如圖4所示。圖4.電源電路3.4 led顯示模塊led顯示電路由單片機(jī)89c51的p0口,p1口和p2口與發(fā)光二極管相連，低電平二極管發(fā)光。led顯示電路如圖2所示。圖2.led顯示電路3.5硬件元件清單系統(tǒng)元器件清單見表2。表2 系統(tǒng)元器件清單器件數(shù)量器件數(shù)量at89c511晶振器1led8排阻（4.7k）8電容（30pf）2電阻（100k）1電容（10uf）1開

12、關(guān)14軟件設(shè)計與仿真本系統(tǒng)程序包括主程序、鍵盤掃描子程序、發(fā)送鍵碼子程序、發(fā)送數(shù)據(jù)子程序、接收命令子程序等。主程序用于系統(tǒng)初始化，子程序調(diào)度等。鍵盤掃描子程序用于掃描鍵盤狀態(tài)，將被按鍵的位置號存入緩沖器中。發(fā)送鍵碼子程序用于將緩沖區(qū)鍵的接通碼或斷開碼發(fā)送給單片機(jī)接口。發(fā)送數(shù)據(jù)子程序用于將數(shù)據(jù)發(fā)給單片機(jī)接口。接收命令子程序用于接收單片機(jī)接口發(fā)來的鍵盤命令。4.1主程序設(shè)計程序流程圖：中斷程序：主程序： 4.2 仿真軟件簡介proteus是英國labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(spice)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：（

13、1）實現(xiàn)了單片機(jī)仿真和spice電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、rs232動態(tài)仿真、i2c調(diào)試器、spi調(diào)試器、鍵盤和lcd系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。（2）支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：arm7(lpc21xx)、 8051/52系列、avr系列、pic10/12/16/18系列、hc11系列以及多種外圍芯片。（3）提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三

14、方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如keil c51 uvision2、mplab等軟件。（4）具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C(jī)和spice分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。proteus7.5是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，可以仿真51系列、avr、pic等常用的mcu及其外圍電路（如lcd、ram、rom、鍵盤、馬達(dá)、led、ad/da、部分spi器件、部分iic器件等）。軟件編譯采用keil c51軟件，keil c51是美國keil software公司出品的51系列兼容單片機(jī)c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，c語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而

15、易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用c來開發(fā)，體會更加深刻。keil c51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到keil c51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。4.3 仿真結(jié)果 先按復(fù)位鍵，系統(tǒng)初始化，然后8個led開始按照要求閃爍，分別按下列模塊點亮：模塊1：循環(huán)單向閃爍，只有一個燈亮模塊2：循環(huán)單向閃爍，只有兩個燈亮模塊3：循環(huán)往復(fù)閃爍，只有一個燈亮模塊4：全亮全滅模塊5：順次點亮或者熄滅， 多個燈亮模塊6：順次點亮或者熄滅，多

16、個燈亮，一次點亮兩個模塊7：雙端對稱往返閃爍4.4 系統(tǒng)調(diào)試在調(diào)試過程中主要是對程序的修改，特別是延時子程序。開始延時較短時，當(dāng)按下開關(guān)時，led開始閃爍。如果延時較長則led閃爍更慢。通過修改程序，將延時調(diào)到適中，系統(tǒng)正常工作。4.5 誤差分析設(shè)定預(yù)設(shè)值后，記錄模式一的數(shù)據(jù)，每次送出的數(shù)據(jù)是不同，具體的數(shù)據(jù)如下表1所示 p1.7p1.6p1.5p1.4p1.3p1.2p1.1p1.0說明l8l7l6l5l4l3l2l111111110l1亮11111101l2亮11111011l3亮11110111l4亮11101111l5亮11011111l6亮10111111l7亮01111111l8亮

17、后面幾種模式的實驗結(jié)果基本和理論值一樣，沒什么誤差。結(jié)束語該設(shè)計是以at-89c51單片機(jī)為主控芯片,與發(fā)光二極管、晶振電路、復(fù)位電路和電源電路組成，通過程序控制彩燈流水花樣。本文所給程序?qū)崿F(xiàn)的功能比較簡單，旨在拋磚引玉，可以在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展成更復(fù)雜的彩燈控制，比如鍵盤控制流水花樣、控制流水燈顯示數(shù)字或圖案等等。通過花樣彩燈的制作，給我最大的體會是對一個程序整體的把握和控制，只有將子程序有效的結(jié)合起來，才能完成設(shè)計的目的。另外，在程序的調(diào)試過程中，我也遇到了很多意想不到的困難，在老師的幫助和自己的不懈努力下，我對偉福這款仿真軟件有了更深的認(rèn)識，將困難一一克服，使程序編譯成功，仿真實現(xiàn)。附錄：程序

18、清單#include#define uint unsigned intvoid delay(uint);main() uint fre=0x04; uint fre1,fre2; uint comp1=0xfe,comp2=0x80; while(1) /*- 模塊一：循環(huán)單向閃爍，只有一個燈亮 執(zhí)行3次，轉(zhuǎn)入下一種閃爍 -*/ p1=0xfe; while(1!=fre-) fre1=0x08; while(1!=fre1-) delay(30000); p1=1; p1|=0x01; if(p1=0x7f) delay(30000); p1=0xfe; /*- 模塊2：循環(huán)單向閃爍，只有兩

19、個燈亮 3次，轉(zhuǎn)入下一種閃爍執(zhí)行 -*/ p1=0xfc; while(3!=fre+) fre2=0x04; while(1!=fre2-) delay(30000); p1=2; p1|=0x03; if(p1=0x3f) delay(30000); p1=0xfc; /*- 模塊3：循環(huán)往復(fù)閃爍，只有一個燈亮 執(zhí)行3次，轉(zhuǎn)入下一種閃爍 -*/ p1=0xfe; fre1=0x04; while(1!=fre1-) while(p1!=0x7f) delay(30000); p1=1; p1|=0x80; /*- 模塊4：全亮全滅 執(zhí)行3次，轉(zhuǎn)入下一模塊 -*/ while(3!=fre1

20、+) delay(30000); p1=0x00; delay(30000); p1=0xff; /*- 模塊5：順次點亮或者熄滅， 多個燈亮，執(zhí)行3次，轉(zhuǎn)入下一模塊 -*/ while(1!=fre1-) p1=0xfe; while(p1!=0x00) delay(30000); p1=1; p1|=0x80; /*- 模塊6：順次點亮或者熄滅，多個燈亮， 一次點亮兩個，執(zhí)行3次，轉(zhuǎn)入下一模塊 -*/ while(3!=fre1+) p1=0xfc; while(p1!=0x00) delay(30000); p1=2; p1|=0xc0; delay(30000); /*- 模塊7：雙端對稱往返閃爍 執(zhí)行3次，進(jìn)行下一輪循環(huán) -*/ p1=0x7e; delay(30000); while(1!=fre1-) fre2=0x00; while(6!=fre2+) p1=0xff; comp1=1; p1&=comp1; p1=comp2; delay(300