單片機(jī)LED燈調(diào)光畢業(yè)設(shè)計論文最終要點(diǎn)

1、石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 基于STC89C52單片機(jī)的燈具調(diào)光器設(shè)計 屆 系專業(yè) 班級 學(xué)號 姓名 指導(dǎo)教師 完成日期 石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書姓 名學(xué) 號專 業(yè)班 級畢業(yè)設(shè)計題目基于STC89C52單片機(jī)的燈具調(diào)光器設(shè)計指導(dǎo)教師姓名職 稱工作單位 畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容、基本要求、重點(diǎn)研究問題、主要設(shè)計方法（或步驟）： 一、設(shè)計內(nèi)容：利用STC89C52單片機(jī)調(diào)節(jié)燈具亮度 二、基本要求：以介紹開發(fā)的板子展開，然后從硬件、軟件、調(diào)試等方面進(jìn)行說明和介紹，使別 人能認(rèn)識并了解這塊電路板的作用。 三、重點(diǎn)研究內(nèi)容：電路板的硬件結(jié)構(gòu)和組成、電路板的軟件使用 四、主要設(shè)計方法：

2、1、電路板的硬件、軟件 2、電路板能完成的功能 主要參考文獻(xiàn)、資料： 1 李學(xué)海，經(jīng)典80C51單片機(jī)輕松入門與上手，清華大學(xué)出版社，2009 2 李學(xué)海，80C51時鐘振蕩器的原理分析和設(shè)計考慮，清華大學(xué)出版社，2006 3 李學(xué)海，標(biāo)準(zhǔn)80C51單片機(jī)基礎(chǔ)教程，北京航空航天大學(xué)出版社，2006 4 李學(xué)海，80C51復(fù)位標(biāo)志位的設(shè)置與應(yīng)用研究，北京航空航天大學(xué)出版社，2006 5 網(wǎng)絡(luò)資料搜集 計劃進(jìn)度： 1、 年 月 日 年 月 日 選論題 2、 年 月 日 年 月 日 資料搜集,進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計 3、 年 月 日 年 月 日 購買電路板元器件，焊接電路板 4、 年 月 日 年 月 日 撰寫

3、論文初稿 5、 年 月 日 年 月 日 修改,定稿打印 6、 年 月 日 答辯 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計評定書姓 名學(xué) 號專 業(yè)班 級畢業(yè)設(shè)計題目基于STC89C52單片機(jī)的燈具調(diào)光器設(shè)計 指導(dǎo)教師評語：指導(dǎo)教師建議成績（60）指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日答辯小組建議成績（40）組長簽字： 年 月 日 答辯委員會最后審定成績主任簽字： 年 月 日 備 注摘 要現(xiàn)當(dāng)今，單片機(jī)的應(yīng)用無處不在。利用單片機(jī)控制燈具的實(shí)例也不勝枚舉，可控制燈具的芯片也相當(dāng)之多，而利用單片機(jī)控制燈具，達(dá)到人們預(yù)想效果的方法最為廣泛。它有功能多、價格優(yōu)、外部電路簡單的特點(diǎn)，深受單片機(jī)愛好者及燈

4、具控制制造商的青昧，用80C51 單片機(jī)及少數(shù)外部電路控制LED燈光，使LED燈產(chǎn)生明暗效果，并在燈光達(dá)到最亮與最暗時伴隨響亮的告警音。通過硬件電路的制作以及軟件程序的編制，使燈光的亮度與告警音配合得當(dāng)。LED又稱為發(fā)光二極管，是一種新型光源，具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、使用壽命長等其他光源無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。作為綠色照明光源產(chǎn)品，國家綠色照明推廣使用的產(chǎn)品，代表著未來照明技術(shù)的發(fā)展方向。本文介紹了以STC89C52為控制核心，利用PWM調(diào)光技術(shù)，通過調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比從而控制電流，進(jìn)而達(dá)到對LED進(jìn)行光度亮暗的控制調(diào)節(jié)的效果，實(shí)現(xiàn)對LED燈的PWM調(diào)光控制。關(guān)鍵詞：單片機(jī) PWM 硬件

5、系統(tǒng) 軟件系統(tǒng) 控制程序結(jié)構(gòu)目 錄1 前 言12 單片機(jī)基礎(chǔ)知識12.1 單片機(jī)的定義12.2 單片機(jī)的組成12.3 單片機(jī)的應(yīng)用22.4 STC89C52單片機(jī)簡介23 PWM基本概述33.1 PWM簡介33.2 PWM控制LED亮度原理34 硬件結(jié)構(gòu)44.1 80C51電路結(jié)構(gòu)44.2 PWM電路55 程序設(shè)計思路與方案55.1 程序設(shè)計思路55.2 程序設(shè)計方案55.2.1 引腳圖與主控電路55.2.2 LED驅(qū)動65.2.3 手動控制66 系統(tǒng)軟件設(shè)計與程序燒錄76.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計76.2 控制程序代碼76.3 生成HEX文件107 總 結(jié)13致 謝14參考文獻(xiàn)141 前 言二十世紀(jì)

6、跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時代。不過，這種電腦通常是指個人計算機(jī)，簡稱PC機(jī)。還有一類大多數(shù)人不怎么熟悉的計算機(jī)，這就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路即可進(jìn)行簡單運(yùn)算和控制。它的出現(xiàn)是近代計算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個里程碑，因為它體積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里，起著有如人腦的作用。 單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，目前正以前所未見的速度取代著傳統(tǒng)電子線路構(gòu)成的經(jīng)典系統(tǒng)，蠶食著傳統(tǒng)數(shù)字電路與模擬電路固有的領(lǐng)地。它的這些優(yōu)點(diǎn)為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)了解計算機(jī)原

7、理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛。彩電、冰箱、空調(diào)、錄像機(jī)、VCD、遙控器、游戲機(jī)、電飯煲等無處不見單片機(jī)的影子，單片機(jī)早已深深地融入我們每個人的生活之中。不但如此，他還能大大地提高這些產(chǎn)品的智能性、易用性及節(jié)能性等主要性能指標(biāo)，在給我們的生活帶來舒適和方便的同時，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上也極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時，也在很大程度上降低了生產(chǎn)的成本。2 單片機(jī)基礎(chǔ)知識2.1 單片機(jī)的定義單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示。單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把

8、一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上的微型計算機(jī)。單片機(jī)由運(yùn)算器，控制器，存儲器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個微型的計算機(jī)，和計算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備，若有需要，只需在開發(fā)板上接入相關(guān)I/O設(shè)備即可。2.2 單片機(jī)的組成8051單片機(jī)主要有以下部分組成： 1、中央處理單元CPU（8位）：用于數(shù)據(jù)處理、位操作（位測試、置位、復(fù)位）； 2、只讀存儲器ROM（4KB或8KB）：用于永久性存儲應(yīng)用程序； 3、隨機(jī)存取存取器RAM（128B/256B）：用于程序運(yùn)行中存儲工作變量和數(shù)據(jù)； 4、并行輸入/輸出口I/O（32線）：用作系統(tǒng)總線、擴(kuò)展外存、I/O接口芯片； 5、串行輸入/輸出口UART（

9、二線）：串行通信、擴(kuò)展I/O接口芯片； 6、定時/計數(shù)器（16位增量可編程）：與CPU之間各自獨(dú)立工作，當(dāng)計數(shù)滿時向CPU中斷； 7、時鐘電路：分為內(nèi)部振蕩器、外接振蕩電路； 8、中斷系統(tǒng)：五源中斷、兩級優(yōu)先，可編程進(jìn)行控制。2.3 單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)是電路中的控制核心，它控制著整個電路各個模塊的電流通斷與工作狀態(tài)。實(shí)際生活中并不是任何需要單片機(jī)的場合都需要高性能的單片機(jī)來進(jìn)行工作，而是視所需工作的難易程度來選擇適合的單片機(jī)，應(yīng)用的關(guān)鍵是看是否夠用，力求性價比最大化，若要實(shí)現(xiàn)低難度的工作就沒有必要采用高性能單片機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會集成有單片機(jī)，手機(jī)、電話、計算器

10、、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有單片機(jī)。單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過PC機(jī)和其他計算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。 2.4 STC89C52單片機(jī)簡介STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器（如圖2-1），具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。 如圖2-1 STC89C52單片機(jī)實(shí)物圖STC89C52單片機(jī)具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810

11、復(fù)位電路，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。3 PWM基本概述3.1 PWM簡介脈沖寬度調(diào)制（PWM），是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字信號對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。PWM控制技術(shù)以其控制

12、簡單、靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWM技術(shù)，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機(jī)PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等。3.2 PWM控制LED亮度原理對于控制LED燈由亮到暗或由暗到亮，采用的是脈寬PWM法。它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作PWM波形，通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達(dá)到控制電流的目的。圖3-1是單片機(jī)通過PWM調(diào)節(jié)燈光亮暗基本原理電路圖：圖3-1 單片機(jī)通過PWM調(diào)

13、節(jié)燈光亮暗基本原理電路圖這次設(shè)計利用51單片機(jī)產(chǎn)生占空比可變的矩形波，當(dāng)產(chǎn)生此矩形波的I/O通過濾波電路再與LED燈相連接后，由于輸出矩形波占空比不斷變化，那么一個周期內(nèi)有一部分時間LED導(dǎo)通，一部分時間截止，從整體來看有一個平均電壓，因為PWM信號頻率周期很高，無法通過肉眼來觀察到每一個周期LED燈亮滅的變化過程，所以通過平均電壓的方式來決定LED燈的亮的程度。隨著波形占空比的不斷變化，LED燈也會有著由暗到亮或由亮到暗的不斷變化。4 硬件結(jié)構(gòu)4.1 80C51電路結(jié)構(gòu)80C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路如圖4-1，其特點(diǎn)如下：圖4-1 80C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路l 工作電壓：VDD為2.63.6V（CPU

14、）,VDDH為VDD5.5V（I/O）；l CPU時鐘為0.3249.152MHz；l 內(nèi)置存儲器：RAM為512KB，內(nèi)存Flash為8KB；l 可編程音頻處理；l 2個16位可編程定時器/計數(shù)器；l 7通道10位ADC（內(nèi)置麥克風(fēng)放大和自動增益控制功能）；l 2個10位DAC；l 32路可編程通用輸入輸出端口；l 串行輸入輸出接口；l 低電壓監(jiān)測/低電壓復(fù)位功能；l 14個中斷源可來自定時器、外部時鐘輸入、鍵喚醒等；l 內(nèi)置在線仿真電路ICE。4.2 PWM電路PWM 電路主要功能是將輸入電壓的振幅轉(zhuǎn)換成寬度一定的脈沖，換句話說它是將振幅資料轉(zhuǎn)換成脈沖寬度。一般輸出電路只能輸出電壓振幅一定

15、的信號，為了輸出類似正弦波之類電壓振幅變化的信號，因此必須將電壓振幅轉(zhuǎn)換成脈沖信號。 5 程序設(shè)計思路與方案5.1 程序設(shè)計思路采用STC89C52單片機(jī)輸出一定頻率的PWM來驅(qū)動場效應(yīng)管的開斷，用獨(dú)立鍵盤來實(shí)現(xiàn)PWM占空比的連續(xù)可調(diào)，設(shè)置為手動控制，分為兩檔，通過輸出不同的PWM占空比對LED的電流進(jìn)行控制，一檔增加亮度一檔降低亮度，從而實(shí)現(xiàn)對光度的調(diào)節(jié)。5.2 程序設(shè)計方案 引腳圖與主控電路STC89C52單片機(jī)引腳圖如下：圖5-1 STC89C52單片機(jī)引腳圖使用STC89C52作為主MCU的主控電路，屬于MCS-51系列。本設(shè)計所選用的晶振為12MHz，晶振電容為30pF。STC89C

16、52單片機(jī)主控電路圖如下：圖5-2 STC89C52單片機(jī)主控電路單片機(jī)主控模塊包括了振蕩電路、復(fù)位電路，同時接入了各個模塊的接口，保證了整個系統(tǒng)的靈活性。單片機(jī)是整個系統(tǒng)的控制中樞，它指揮外圍器件協(xié)調(diào)工作，從而完成特定的功能。硬件實(shí)現(xiàn)上采用模塊化設(shè)計，每一模塊只實(shí)現(xiàn)一個特定功能，最后再將各個模塊搭接在一起。這種設(shè)計方法可以降低系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。5.2.2 LED驅(qū)動LED的亮度受電流控制，通過控制電流調(diào)節(jié)LED燈的亮度。利用公式可知，利用調(diào)整PWM不同的占空比就可以控制電流的大小。5.2.3 手動控制手動控制分為兩檔，對應(yīng)與KEY1與KEY2兩個按鍵，按KEY1鍵LED燈亮度漸漸變暗，按KE

17、Y2鍵LED燈亮度漸漸變亮。6 系統(tǒng)軟件設(shè)計與程序燒錄6.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計該系統(tǒng)控制程序主要包含系統(tǒng)初始化程序、實(shí)時時鐘芯片處理程序、鍵盤檢測與處理程序、鬧鐘中斷以及定時器產(chǎn)生PWM程序構(gòu)成。軟件流程圖如圖6-1所示。YESYESYESYESNO 開始初始化I/O、定時器P1.0輸出230Hz占空比為20% 的PWM是否有鍵按下？PWM占空比加1PWM占空比減1亮度+亮度復(fù)位PWM占空比為20%結(jié)束圖6-1 軟件流程圖6.2 控制程序代碼/*/ 利用定時器控制產(chǎn)生占空比可變的 PWM 波/ 按K1，PWM值增加，則占空比減小,LED 燈漸暗。/ 按K2，PWM值減小，則占空比增加,LED 燈漸

18、亮。/ 當(dāng)PWM值增加到最大值或減小到最小值時，蜂鳴器將報警。/*/#include < reg51.h >#include < intrins.h >sbit K1 =P32 ; /增加鍵sbit K2 =P33 ; /減少鍵sbit BEEP =P23 ; /蜂鳴器unsigned char PWM=0x7f ; /賦初值void Beep();void delayms(unsigned char ms);void delay(unsigned char t);/*/void main() P1=0xff; TMOD=0x21 ; TH0=0xfc ; /1ms延時

19、常數(shù) 12M TL0=0x18 ; /頻率調(diào)節(jié) TH1=PWM ; /脈寬調(diào)節(jié) TL1=0 ; EA=1; ET0=1; ET1=1; TR0=1 ; while(1) do if(PWM!=0xff) PWM+ ;delayms(10); else Beep() ; while(K1=0); do if(PWM!=0x02) PWM- ;delayms(10); else Beep() ; while(K2=0); /*/ 定時器0中斷服務(wù)程序./*/void timer0() interrupt 1 TR1=0 ; TH0=0xfc ; TL0=0x66 ; TH1=PWM ; TR1=1

20、 ; P1=0x00 ; /啟動輸出/*/ 定時器1中斷服務(wù)程序/*/void timer1() interrupt 3 TR1=0 ; P1=0xff ; /結(jié)束輸出/*/蜂鳴器子程序/*/void Beep() unsigned char i ; for (i=0 ;i<100 ;i+) delay(100) ; BEEP=!BEEP ; /Beep取反 BEEP=1 ; /關(guān)閉蜂鳴器 delayms(100); /*/ 延時子程序/*/ void delay(unsigned char t) while(t-) ; /*/ 延時子程序/*/void delayms(unsigned

21、 char ms) unsigned char i ; while(ms-) for(i = 0 ; i < 120 ; i+) ; /*/6.3 生成HEX文件以上C程序需要在Keil uVision3軟件中編寫并調(diào)試好，Keil軟件界面如圖6-2所示。圖6-2 Keil uVision軟件界面C程序是不能直接導(dǎo)入進(jìn)單片機(jī)的，而HEX文件可以，所以這就需要把剛剛編譯好的C程序生成為HEX文件。右擊圖6-3中的1項目文件夾，彈出項目功能菜單，選擇“Options for TargetTarget1”，彈出項目選項設(shè)置窗口，轉(zhuǎn)到Output選項頁如圖6-4所示，圖中“Select Fold

22、er for Objcets.”是選擇編譯輸出的路徑，“Name of Executable”是設(shè)置編譯輸出生成的文件名，“Create HEX Fil”則是決定是否要創(chuàng)建HEX文件，選中它就可以輸出HEX文件到指定的路徑中。然后再將它重新編譯一次，很快在編譯信息窗口中就顯示HEX文件創(chuàng)建到指定的路徑中了，如圖6-5。這樣我們就可以用燒錄軟件將程序燒錄進(jìn)芯片中了。圖6-3 項目功能菜單圖6-4 項目選項窗口圖6-5 編譯信息窗口雙擊打開“STC_ISP_V483.exe”燒錄工具，如圖6-6，在“MCU Type”的下拉列表中選擇單片機(jī)類型為STC89C52，點(diǎn)擊“打開程序文件”，找到生成的H

23、EX文件所在位置并導(dǎo)入，將單片機(jī)通過USB線連入電腦，選擇正確的COM串行口，打開實(shí)驗板開關(guān)上電，點(diǎn)擊“Download/下載”按鈕，幾秒鐘后程序就被燒錄進(jìn)單片機(jī)中了。圖6-6 燒錄工具界面之后重啟實(shí)驗板，按KEY1鍵與KEY2鍵進(jìn)行驗證，看到LED燈有明顯的明暗變化，證明設(shè)計成功。7 總 結(jié)計算機(jī)成為我們生活的主流已是家喻戶曉的事情，然而，伴隨著計算機(jī)的舉起，單片機(jī)也隨之飛速的發(fā)展，單片機(jī)以完成某一個邏輯功能的芯片而得名。具體一點(diǎn)說，是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜，為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件，為單片機(jī)的靈活，方便，結(jié)

24、構(gòu)簡單奠定了基礎(chǔ)，自身通過程序的編寫、測試、運(yùn)行，來完成一個具體的功能，便此，單片機(jī)運(yùn)用到了各個領(lǐng)域。單片機(jī)LED燈調(diào)光只是單片機(jī)的一個小小的應(yīng)用。通過本次設(shè)計我發(fā)現(xiàn)，整個單片機(jī)控制音樂播放程序便不復(fù)雜，函數(shù)之間相互牽扯。標(biāo)志位在程序的實(shí)現(xiàn)過程中扮演著非常重要的角色，正是依靠這些標(biāo)志位，程序才能很好地實(shí)現(xiàn)各個功能之間的切換，而標(biāo)志位的值是通過軟件模塊返回的參數(shù)修改的。因此程序的實(shí)現(xiàn)過程應(yīng)該是閱讀參數(shù)修改標(biāo)志位發(fā)送指令翻譯控制發(fā)生器驅(qū)動LED燈變換，整個過程一氣呵成。 本次設(shè)計是基于80C51單片機(jī)和PWM調(diào)光的LED燈，以STC89C52作為主控芯片，通過輸出不同的PWM占空比實(shí)現(xiàn)了對光度的手動調(diào)節(jié)。該LED燈具調(diào)光電路有效地調(diào)節(jié)了8個LED燈的明暗，并且在最明與最暗時均有蜂鳴器報警。同時，在本次課程設(shè)計中，主要有以下體會：1、對單片機(jī)的基礎(chǔ)知