LED彩燈控制電路的設(shè)計說明

1、 . . . 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）（2011屆）題 目彩燈控制電路的設(shè)計系 別 信息電子系 專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級 應(yīng)電0811 學(xué) 號 0837101004 姓 名 何賢強(qiáng) 指導(dǎo)教師 斐 2011年5 月10 日目錄第1章概述31.1課題的背景與意義31.2總體設(shè)計方案4第2章硬件電路設(shè)計52.1單機(jī)片最小系統(tǒng)52.2按鍵控制電路62.3中斷電路62.4 LED顯示電路72.5單機(jī)片的介紹8第3章軟件設(shè)計113.1軟件設(shè)計思路113.2軟件設(shè)計流程12參考文獻(xiàn)13附錄A 課題設(shè)計電路原理圖14附錄B 課程設(shè)計系統(tǒng)程序15致22彩燈控制電路設(shè)計摘要 本文介紹了一種由16個LED

2、發(fā)光二極管組成多功能發(fā)光形式的簡易彩燈控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計過程，方案以AT89C51單片機(jī)作為主控核心， 且以復(fù)位電路、時鐘電路、按鍵電路、中斷電路以與彩燈顯示電路組成，利用軟件編程燒錄程序到單片機(jī)來實現(xiàn)對LED彩燈進(jìn)行多樣控制。該控制電路能完成多種閃燈模式以與隨意變換想要的閃爍方式和控制彩燈的閃爍頻率等功能。該系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、易操作、硬件少、體積少、成本低、能耗低等優(yōu)點，有一定的實用價值。關(guān)鍵詞8051單片機(jī)，LED彩燈，控制系統(tǒng)，閃爍方式第1章 概述1.1課題的背景與意義現(xiàn)代化生活當(dāng)中彩燈控制電路的應(yīng)用越來越受到人們的喜歡，因為其不僅能美化環(huán)境，渲染氣氛，還可以用于娛樂場所和電子玩具

3、、廣告牌當(dāng)中等，因此我們選擇了4種不同方式控制點亮16個LED發(fā)光二極管的彩燈控制電路設(shè)計作為畢業(yè)課題，利用本人在大學(xué)期間所學(xué)的模擬電子技術(shù)、通訊電路、語言程序設(shè)計等一些課程的知識進(jìn)行了這次畢業(yè)課題設(shè)計與制作，這次設(shè)計能在很大程度上提高了我們個人的學(xué)以致用能力和實際獨(dú)立操作能力，不論是對知識的運(yùn)用還是對論文的撰寫方面都有了很大的提高，同時也為了我們以后踏上社途工作發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。彩燈控制電路的設(shè)計，其電路設(shè)計品種多樣，工作電壓圍寬，功耗低，外圍元件少，因此適用于現(xiàn)實生活中多種電子產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計與制作。此課題設(shè)計的作品不能為了只追求“跳躍”而給人凌亂的感覺，不管采用何種色彩、何種圖案，都應(yīng)

4、該聚而不散，且有順序的漸變和跳躍，給觀眾一種主次感、秩序感，也方便于群眾順著有規(guī)律的節(jié)奏接著看第二遍、第三遍。在設(shè)計制作時，既要給人帶來變換的吸引力，又要顯得主次分明，沒有色彩和圖案凌亂的感覺。變換、閃爍、跳躍式的彩燈為市場促進(jìn)了銷售，為生活營造了多姿多彩的氣氛，因此，越來越受到人們的肯定、重視、歡迎。1.2總體設(shè)計方案設(shè)計思路: 本方案這要是通過對基于單片機(jī)的多控制、多閃爍方式的LED彩燈循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計，來達(dá)到本設(shè)計的要求。本課題設(shè)計的總體框圖如下圖1-2所示圖1-2 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖系統(tǒng)設(shè)計如下：此設(shè)計方案中單片機(jī)的P1口接4路按鍵控制電路，實現(xiàn)彩燈閃爍方式的切換功能；單片機(jī)的P3.3引腳

5、接上一個按鍵開關(guān)以實現(xiàn)對彩燈中斷的控制；單片機(jī)上的P0和P2口接16路LED發(fā)光二極管組成彩燈顯示電路，實現(xiàn)多種形式的閃爍功能。第二章 硬件電路設(shè)計2.1單機(jī)片最小系統(tǒng)要使單片機(jī)工作起來，最基本的電路構(gòu)成由單片機(jī)、時鐘電路、復(fù)位電路等組成。單片機(jī)最小系統(tǒng)由復(fù)位電路和時鐘信號電路組成（如圖2-1）。復(fù)位電路：確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動過程。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和手動按鍵復(fù)位。本設(shè)計采用上電自動復(fù)位。單片機(jī)最小系統(tǒng)還有一塊模塊叫時鐘電路。時鐘電路由一個晶振和兩個小電容組成，用來產(chǎn)生時鐘頻率。AT89C51單片機(jī)芯片部有一個反向放大器構(gòu)成的振蕩器，XTAL1和XTAL2

6、分別為振蕩器電路的輸入端和輸出端，時鐘可由部和外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件，部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振頻率選擇12MHz，電容值取30PF,電容的大小頻率起微調(diào)的作用。復(fù)位電路時鐘電路圖2-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖2.2按鍵控制電路按鍵控制電路（如圖2-2）是由4個按鍵開關(guān)構(gòu)成的。他們分別接在單片機(jī)AT89C51的P1.0P1.3引腳上，為了一對一方式控制16個LED彩燈的不同閃爍形式。當(dāng)按下開關(guān)key1時，16個LED發(fā)光二極管閃爍第一種彩燈方式；當(dāng)按下開關(guān)key2時，16個LED發(fā)光二極管閃爍第二種彩燈方式；同

7、理，當(dāng)按下開關(guān)key3時，16個LED發(fā)光二極管閃爍第三種彩燈方式；當(dāng)按下開關(guān)key4時，16個LED發(fā)光二極管閃爍第四種彩燈方式。key3key2key4key1圖2-2按鍵控制電路圖2.3中斷電路單片機(jī)的P3.3引腳街上一個按鍵開關(guān)以實現(xiàn)對彩燈中斷的控制（如圖2-3）。當(dāng)彩燈系統(tǒng)正在實現(xiàn)無論哪一種控制方式時，按下中斷開關(guān)使過程終止，16個LED發(fā)光二極管同時會處于熄滅狀態(tài)，停止當(dāng)前工作；當(dāng)再次按一下中斷開關(guān)時，彩燈系統(tǒng)會繼續(xù)進(jìn)行工作，閃光方式會與中斷之前的方式一樣。如圖2-3 中斷控制電路圖2.4 LED顯示電路流水燈采用的是發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode），簡稱LE

8、D，是一種將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導(dǎo)體器件，具有體積小、耗電低的優(yōu)點，常被用作微型計算機(jī)與數(shù)字電路的輸出裝置。當(dāng)LED兩端加上一定的正向電壓，使之流過一定的工作電流就會發(fā)光，其亮度隨流過的電流增加而增加，但電流過大LED的壽命也將縮短。普通LED正向電流一般為520mA。由于51 的I/O 是弱上拉的方式，在輸出高電平時，只能輸出幾十微安的電流，而在輸出低電平時，I/O最大可以輸入幾十毫安的電流。所以，通常采用灌電流的方式，即電流從電源經(jīng)LED流向I/O口。為了不讓流過LED的電流太大而把它燒壞，還得串上限流電阻R，當(dāng)P0和P2口輸出高電平（+5V）時，LED兩端沒有電壓降，所以熄滅；當(dāng)P0和P2

9、口輸出低電平（即P0/P2=0）時, LED正向?qū)òl(fā)光。此時LED兩端電壓VD約為1.7V，則限流電阻R兩端將存在3.3V（即5-1.7=3.3V）。查閱AT89C51技術(shù)手冊后發(fā)現(xiàn)，單個I/O口的輸入電流不能超過10mA；P0口的輸入電流總和不能超過26mA；P1、P2、P3的輸入電流總和不能超過15mA；所有I/O口的輸入電流總和不能超過71mA。（如圖2-4）圖2-4 led顯示電路圖2.5單機(jī)片的介紹AT89C51管腳圖如下圖2-5所示圖2-5 AT89C51引腳排列VCC：供電電壓+5V。GND：接地。P0口：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(dāng)P1口

10、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。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。本系統(tǒng)中P0口接LED數(shù)碼管的段選段。 P1口：P1口是一個部提供上拉電阻的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，被部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收7。P2口：P2口為一個部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2

11、口被寫“1”時，其管腳被部上拉電阻拉高，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。這是由于部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。本系統(tǒng)中語音芯片ISD1420的地址端接P2口。P3口：P3口是8個帶部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3

12、口將輸出電流，這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表2.5所示。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。表2.5P3口的第二功能口管腳備選功能信號名稱P3.0RXD串行輸入口P3.1TXD串行輸出口P3.2/INT0外部中斷0P3.3/INT1外部中斷1P3.4T0記時器0外部輸入P3.5T1記時器1外部輸入P3.6/WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.7/RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)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)。在平時，ALE端以不

13、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(dāng)用作外部數(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。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)/EA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

14、部程序存儲器。注意加密方式1時，EA將部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時，此間部程序存儲器。在本設(shè)計中，對ROM的讀操作只在部程序存儲器中，所以EA置應(yīng)高電平。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入與部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出8。第三章 軟件設(shè)計3.1軟件設(shè)計思路單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成，上述硬件各電路搭建完成后，我們還不能看到多控制、多閃爍方式的LED燈系統(tǒng)循環(huán)點亮的現(xiàn)象，我們還需要告訴單片機(jī)怎么樣進(jìn)行控制，即編寫程序控制單片機(jī)管腳電平的高低變化，來實現(xiàn)發(fā)光二極管的閃爍。軟件編程是多控制、多閃爍方式的LED燈系統(tǒng)中的一個重要的組成部分，是本設(shè)計的重點和難點

15、。所以我來闡述多控制、多閃爍方式的LED燈系統(tǒng)是如何實現(xiàn)16個LED燈的循環(huán)點亮，來介紹實現(xiàn)流水燈控制的軟件編程方法。本設(shè)計是以單片機(jī)AT89C51為核心控制16個發(fā)光二極管4種閃爍方式的變換。硬件電路如圖附錄A所示，16個發(fā)光二極管分別接在單片機(jī)的P0和P2接口上。例如，當(dāng)給P0.0口輸出“0”時，發(fā)光二極管點亮，當(dāng)輸出“1”時，發(fā)光二極管熄滅。同理，接在P0和P2口的其他15個LED的點亮和熄滅的方法同P0.0引腳上的燈管。因此，要實現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管按照不同方式依次點亮、熄滅，16只LED燈便會一亮一暗的成流水燈了。程序設(shè)計流程如圖3-2。3.2軟件設(shè)計流程圖3-2 程序

16、設(shè)計流程圖參考文獻(xiàn)1. 天漢，模擬電子技術(shù)，師大學(xué) 2005年 8月2. 侯玉寶、忠平、成群，基于Proteus的51系列單片機(jī)設(shè)計與仿真電子工業(yè) 2008年9月3. 天漢、錢衛(wèi)星、雪娟，單片機(jī)原理與接口技術(shù)（第3版），電子工業(yè)2009年3月4. 全利 ，單片機(jī)原理與接口技術(shù)M，高等教育 2006年12月5. 忠國、剛 ，單片機(jī)應(yīng)用技能實訓(xùn)，人民郵電 2006年附錄A 課題設(shè)計電路原理圖附錄B 課程設(shè)計系統(tǒng)程序#include<reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charconst tab1=0xFE,0x

17、FD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F;const tab2=0xFF,0xFE,0xFC,0xF8,0xF0,0xE0,0xC0,0x80,0x00;const tab3=0xFF,0x7F,0x3F,0x1F,0x0F,0x07,0x03,0x01,0x00;const tab4=0xFF,0xFE,0xFA,0xEA,0xAA,0x2A,0x0A,0x02,0x00; /1,3,5,7const tab5=0xFF,0x7F,0x5F,0x57,0x55,0x54,0x50,0x40,0x00; /2,4,6,8uchar key=0;uchar state=0

18、;uchar stateTemp=0;uchar flag=0;void delay(uint n)/延時uint i;for(i=0;i<n;i+);void fun1(void)P0=0x00;P2=0x00;delay(30000);P0=0xff;P2=0xff;delay(30000); void fun2(void)uchar i;for(i=0;i<8;i+)/向上逐次單個點亮P2=tab17-i;delay(10000);if(state!=2)P0=0xFF;P2=0xFF;return;P2=0xFF;for(i=0;i<8;i+)P0=tab17-i;d

19、elay(10000);if(state!=2)P0=0xFF;P2=0xFF;return;P0=0xFF;for(i=0;i<8;i+) /向下逐次單個點亮P0=tab1i;delay(10000);if(state!=2)P0=0xFF;P2=0xFF;return;P0=0xFF;for(i=0;i<8;i+)P2=tab1i;delay(10000);if(state!=2)P0=0xFF;P2=0xFF;return;P2=0xFF;void fun3(void)uchar i;for(i=0;i<9;i+)P0=tab4i;P2=tab5i;delay(2500

20、0);if(state!=3)P0=0xFF;P2=0xFF;return;for(i=0;i<3;i+)P0=0xAA;P2=0xAA;delay(20000);P0=0x55;P2=0x55;delay(20000);if(state!=3)P0=0xFF;P2=0xFF;return;for(i=0;i<9;i+)P0=tab48-i;P2=tab58-i;delay(25000);if(state!=3)P0=0xFF;P2=0xFF;return; void fun4(void)uchar i;for(i=0;i<9;i+) /向上逐個點亮P2=tab3i;dela

21、y(10000);if(state!=4)P0=0xFF;P2=0xFF;return;for(i=0;i<9;i+)P0=tab3i;delay(10000);if(state!=4)P0=0xFF;P2=0xFF;return;for(i=0;i<9;i+)/向下逐個熄滅P0=tab38-i;delay(10000);if(state!=4)P0=0xFF;P2=0xFF;return;P0=0xFF;for(i=0;i<9;i+)P2=tab38-i;delay(10000);if(state!=4)P0=0xFF;P2=0xFF;return;P2=0xFF;for(

22、i=0;i<9;i+) /向下逐個點亮P0=tab2i;delay(10000);if(state!=4)P0=0xFF;P2=0xFF;return;for(i=0;i<9;i+)P2=tab2i;delay(10000);if(state!=4)P0=0xFF;P2=0xFF;return;for(i=0;i<9;i+) /向上逐個熄滅P2=tab28-i;delay(10000);if(state!=4)P0=0xFF;P2=0xFF;return;P2=0xFF;for(i=0;i<9;i+)P0=tab28-i;delay(10000);if(state!=4)P0=0xFF;P2=0xFF;return;P0=0xFF; void timer0(void)interrupt 1 using 1TL0= 0x00;/重置初值TH0 = 0xBE;TL0 = 0xE5;key