單片機(jī)彩燈控制器的設(shè)計(jì)

1、本科生課程設(shè)計(jì)（論文）遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 單片機(jī)原理及接口技術(shù)單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文） 題目：題目： 彩燈控制器設(shè)計(jì)彩燈控制器設(shè)計(jì) 院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 起止時(shí)間：起止時(shí)間： 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）I本科生課程設(shè)計(jì)（論文）II摘 要近年來(lái)，彩燈在美化城市中起著不可忽視的主要作用。因此作為城市、家庭裝飾品的彩燈的需求越來(lái)越大，當(dāng)然對(duì)于彩燈的技術(shù)和彩燈顯示的花樣等也越來(lái)越高。但是目前市場(chǎng)上各式各樣的 LED 燈多半是采用全硬件電路實(shí)現(xiàn)，這樣的設(shè)計(jì)電

2、路復(fù)雜、功能單一和成本高等局限性。所以本設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)作為核心部件，與按鍵、開(kāi)關(guān)等較少的輔助硬件電路相結(jié)合，利用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì) 24個(gè) LED 彩燈進(jìn)行控制，根據(jù)用戶(hù)需要可以編寫(xiě)若干種亮燈模式。本設(shè)計(jì)具有體積小、硬件少、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用場(chǎng)合廣、易操作、成本低、節(jié)約資源。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) AT89C51；彩燈控制；關(guān)鍵詞 4本科生課程設(shè)計(jì)（論文）III目 錄第 1 章 緒論.11.1 彩燈發(fā)展來(lái)源.11.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀.11.3 存在問(wèn)題和解決方案.2第 2 章 課程設(shè)計(jì)方案.22.1 概述.22.2 系統(tǒng)任務(wù)分析.22.3 方案確定.22.4 主要器件選擇.3 2.4.1 單

3、片機(jī)的選擇.3 2.4.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的選擇.3第 3 章 硬件設(shè)計(jì).53.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì).53.2 按鍵電路.63.3 顯示電路.73.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路.73.5 電源轉(zhuǎn)換電路.8第 4 章 軟件設(shè)計(jì).104.1 系統(tǒng)總體圖.104.2 彩燈四級(jí)閃爍控制程序.114.3 彩燈十級(jí)遞增遞減閃爍控制程序.124.4 彩燈顯示方式.12第 5 章 系統(tǒng)模擬調(diào)試結(jié)果及說(shuō)明.14第 6 章 誤差分析.16第 7 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié).17參考文獻(xiàn).18本科生課程設(shè)計(jì)（論文）IV附錄：硬件總電路圖.19附錄：系統(tǒng)程序.20本科生課程設(shè)計(jì)（論文）0第 1 章 緒論1.1 彩燈發(fā)展來(lái)源彩燈，又名花燈，是中

4、國(guó)普遍流行，具有極高藝術(shù)價(jià)值的漢族傳統(tǒng)工藝品。彩燈藝術(shù)也就是燈的綜合性的裝飾藝術(shù)。中國(guó)彩燈，飲譽(yù)古今；自貢燈會(huì)，久負(fù)盛名。隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，人類(lèi)開(kāi)始用動(dòng)植物和礦物的油蠟來(lái)作采光的燈。周禮、司恒氏載“凡邦之大事，供燭庭燎、燭麻燭也”，可見(jiàn)，周朝就有了燭燈。到了戰(zhàn)國(guó)，燈的制造工藝蓬勃發(fā)展，這在屈原楚辭中就有所表述：“蘭膏明燭華銅錯(cuò)”。漢代是銅燈制作的鼎盛時(shí)期。西京雜記載：“漢高祖入咸陽(yáng)宮，秦有青玉五枝燈，高七尺五寸，下作蟠螭，口銜燈，燃則鱗甲皆動(dòng)，煥炳若列星盈盈?！钡搅颂瞥?，元宵放燈發(fā)展成盛況空前的燈市，京城“作燈輪高二十丈，衣以錦綺，飾以金銀，燃五萬(wàn)盞燈，簇之如花樹(shù)”。這之后，各地花燈活動(dòng)尤

5、為盛行。1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀中國(guó)古代彩燈文化就有了很大的發(fā)展，新中國(guó)成立后，彩燈藝術(shù)得到了更大的發(fā)展，特別是隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，彩燈藝術(shù)更是花樣翻新，奇招頻出，傳統(tǒng)的制燈工藝和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)緊密結(jié)合，將電子、建筑、機(jī)械、遙控、聲學(xué)、光導(dǎo)纖維等新技術(shù)、新工藝用于彩燈的設(shè)計(jì)制作，把形、色、光、聲、動(dòng)相結(jié)合，思想性、知識(shí)性、趣味性、藝術(shù)性相統(tǒng)一，自貢燈會(huì)這門(mén)古老的藝術(shù)更加絢麗多彩。中國(guó)彩燈在國(guó)內(nèi)外已聲名鵲起，先后得到國(guó)內(nèi)外數(shù)十個(gè)地區(qū)和城市的邀請(qǐng)，還將繼續(xù)赴國(guó)內(nèi)外展出。2005 年 9 月 1 日，德國(guó)慕尼黑奧林匹克體育場(chǎng)成了燈的海洋，中國(guó)自貢大型燈展在這里隆重開(kāi)幕。自貢燈展氣勢(shì)之磅礴，燈組之奇巧

6、，工藝之精湛，地方風(fēng)情之濃烈，令來(lái)賓們嘆為觀止。觀眾穿過(guò)迎賓門(mén)，只見(jiàn)滿(mǎn)目的燈山光海、珠閣瓊樓、龍游鳳舞，21 組大型彩燈組成了燈彩的大觀園，燈光的交響詩(shī)。那些根據(jù)中國(guó)名勝、古典名著、神話(huà)傳說(shuō)等題材制作的大型彩燈如天壇、九龍壁、西游記場(chǎng)景、七仙女與董永、十二生肖、八仙過(guò)海、劉姥姥進(jìn)大觀園、巨大的瓷龍燈、孔雀開(kāi)屏等等，無(wú)不讓德國(guó)觀眾驚嘆中國(guó)彩燈的精美壯觀以及自貢人巧奪天工的構(gòu)思和技藝。流連在燈廊燈亭中，倘佯在燈樹(shù)燈花下，使來(lái)賓們宛如步入夢(mèng)幻般的境界。彩燈在世界各地得到了很大的應(yīng)用，已經(jīng)成為人們?nèi)粘１究粕n程設(shè)計(jì)（論文）1生活中的一種裝飾用品，它美觀大方，尤其在節(jié)日期間，倍增節(jié)日氣氛。它蘊(yùn)涵著豐富的

7、文化底蘊(yùn)，被廣泛地應(yīng)用于各種店面的裝飾。變換無(wú)窮的彩燈樣式，給城市增添活力，吸引著人們的注意力，深受人民的喜愛(ài)。在日常生活中，人們還將彩燈擺放成各種圖案，增添美感。在技術(shù)方面，大多數(shù)彩燈都是全硬件設(shè)計(jì)，但是隨著電子技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)向著小型化、快速化、大容量、重量輕的方向發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用引起電子產(chǎn)品及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的巨大變革，國(guó)際燈具行業(yè)現(xiàn)代化產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(huì)對(duì)產(chǎn)品的開(kāi)以制造最重要的著眼點(diǎn)是“經(jīng)濟(jì)”和“環(huán)境保護(hù)”；單片機(jī)或者 PLC 的應(yīng)用也是當(dāng)前的主流。1.3 存在問(wèn)題和解決方案雖然彩燈在的發(fā)展有利很長(zhǎng)的時(shí)間，并且得到了很大的發(fā)展，到目前的國(guó)內(nèi)外

8、彩燈的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入了人們最普通的日常生活中，各式各樣的彩燈層出不窮，花樣各式各樣，為節(jié)日等活動(dòng)增加了氣氛，深受人們的喜愛(ài)。但是目前市場(chǎng)上各式各樣的 LED 燈多半是采用全硬件電路實(shí)現(xiàn)，這樣的設(shè)計(jì)電路復(fù)雜、功能單一和成本高等局限性。在自動(dòng)化空前發(fā)展的新世紀(jì)，這樣的設(shè)計(jì)最終會(huì)被前進(jìn)的潮流所遺忘，所以本設(shè)計(jì)采用單片機(jī) AT89C51 作為核心元件，在開(kāi)關(guān)、按鈕的配合下通過(guò)軟件設(shè)計(jì)控制彩燈的閃爍快慢和點(diǎn)亮的圖案。并且自編的燈光顯示方式可以?xún)?chǔ)存，掉電不丟失。本設(shè)計(jì)具有體積小、硬件少、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用場(chǎng)合廣、易操作、成本低，很好的解決了全硬件電路的缺點(diǎn)。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）0第 2 章 課程設(shè)計(jì)方案2

9、.1 概述本設(shè)計(jì)是基于 AT89C51 單片機(jī)的彩燈控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì) LED 彩燈的控制。本方案以 AT89C51 單片機(jī)作為主控核心，與鍵盤(pán)模塊、彩燈開(kāi)關(guān)控制模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊組成核心主控制模塊。在主控模塊上設(shè)有 6 個(gè)按鍵、4 個(gè)開(kāi)關(guān)和 32 個(gè) LED顯示器，彩燈閃爍速度可以改變，24 個(gè)彩燈顯示方式也可以改變。 2.2 系統(tǒng)任務(wù)分析本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)可對(duì)戶(hù)外裝飾用彩燈進(jìn)行控制的控制器，具有以下功能：燈光閃爍的快慢可以用四個(gè)開(kāi)關(guān)控制，即控制四級(jí)快慢，如當(dāng) s1 合上時(shí)，燈光亮閃最慢，當(dāng) s4 合上時(shí)，燈光亮閃最快；燈光閃爍的快慢還可采用兩個(gè)按鍵（“+”鍵和“”鍵）的方式控制燈光快慢亮閃顯示，

10、控制十級(jí)速度（19），每按一下 “+”鍵，級(jí)數(shù)加 1，燈光流動(dòng)速度逐級(jí)加快；每按一下“-” 鍵，級(jí)數(shù)減 1，燈光流動(dòng)速度逐級(jí)減慢；可工作于自編的燈光顯示方式，按下相應(yīng)編碼，彩燈以對(duì)應(yīng)的顯示方式顯示；自編的燈光顯示方式可存儲(chǔ)，掉電不丟失。要求手動(dòng)選擇彩燈閃爍速度，所以，我們采用 4 個(gè)開(kāi)關(guān)與單片機(jī)的 P1 口連接來(lái)控制彩燈閃爍速度的不同，通過(guò)檢測(cè)按鍵接口電平的高低來(lái)判斷開(kāi)關(guān)是否閉合，從而選擇彩燈的閃爍速度。再選擇兩個(gè)按鍵來(lái)控制十級(jí)彩燈閃爍速度，通過(guò)一個(gè)按鍵來(lái)增加彩燈閃爍速度，另一個(gè)按鍵來(lái)降低彩燈的閃爍速度。另外還必須有 4 個(gè)按鍵來(lái)選擇彩燈顯示方式，按下不同的按鍵，彩燈的顯示方式不同。此外還必須

11、有 LED 顯示電路，我們采用 P1 口作為輸出，連接 3 個(gè) 74LS573 以及二十四個(gè)小燈進(jìn)行控制。2.3 方案確定本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用 AT89C51 八位機(jī)作為核心單元進(jìn)行控制。采用開(kāi)關(guān)選擇燈光閃爍的快慢，4 個(gè)開(kāi)關(guān)接到單片機(jī)的 P0 口，還可以通過(guò)鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)燈光閃爍的快慢的十級(jí)控制，另個(gè)按鍵分別是閃爍加快鍵和閃爍減慢鍵。并且自己可以編寫(xiě) 4 種顯示方式，在按下相應(yīng)的鍵后會(huì)顯示不同的圖案，并且這些自編的燈光閃爍方式通過(guò) ROM 存儲(chǔ)。系統(tǒng)框圖如圖 2.1 所示。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）1圖 2.1 系統(tǒng)總體方案圖2.4 主要器件選擇本設(shè)計(jì)主要用到的器鍵有單片機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、開(kāi)關(guān)、按鈕、鍵盤(pán)和燈

12、，對(duì)這些器件的主要選擇如下所述。2.4.1 單片機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)選擇的 AT89C51 單片機(jī)是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器。是一種可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)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和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器。AT

13、89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器，128 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個(gè) I/O 口線(xiàn)，兩個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。AT89C51 成為很多微機(jī)開(kāi)發(fā)的主干，因?yàn)樗墓δ軓?qiáng)大價(jià)格低廉，所以得到了廣泛的應(yīng)用。2.4.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的選擇2

14、4C16B 是一個(gè)有 16kbit、2048 字節(jié)的 EEPROM 存儲(chǔ)器，其內(nèi)部共分 8 塊，每塊 16 頁(yè)，每頁(yè) 16 字節(jié)，其讀寫(xiě)時(shí)序符合 I2C 規(guī)程，器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線(xiàn)上，則定義為發(fā)送器；器件從總線(xiàn)上接收數(shù)據(jù)，則定義為接收器，由主器件（MCU）AT89C51燈開(kāi)關(guān)控制模塊鍵盤(pán)接口模塊24 彩燈顯示模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2控制總線(xiàn)，并產(chǎn)生串行時(shí)鐘 SCL，控制總線(xiàn)的傳送方向，并產(chǎn)生開(kāi)始和停止條件，24C16 為從器件。無(wú)論主從器件，接受 1 個(gè)字節(jié)后必須發(fā)送一個(gè)確認(rèn)信號(hào) ACK。讀寫(xiě)時(shí)序主器件發(fā)出開(kāi)始信號(hào)后，緊接著發(fā)送讀寫(xiě)控制字節(jié)，格式 1010B2 B1 B0W/R，

15、其中最高 4 位 1010 是從器件為 EEPROM 時(shí)的代碼，由 Philips 公司的規(guī)程決定，B2、B1、B0 是內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū) 8 個(gè)塊的選擇位，W0 代表寫(xiě)命令，CI2R1 代表讀命令；主器件接收到應(yīng)答位后再發(fā)送讀寫(xiě)字節(jié)的絕對(duì)地址 0 xXXX（其實(shí)就是其所在塊的相對(duì)地址，即發(fā)送 0 x0XX 即可），接收到應(yīng)答位后，主器件再發(fā)送要寫(xiě)的字節(jié)數(shù)據(jù)或是接收字節(jié)數(shù)據(jù)。24C16B 的主要參數(shù)如表 1 所示。表 1 24C16B 主要參數(shù)格式 - 存儲(chǔ)器RAM存儲(chǔ)器類(lèi)型FRAM（Ferroelectric RAM）存儲(chǔ)容量16K (2K x 8)速度1MHz接口I2C，2 線(xiàn)串口電壓 - 電源4

16、.5 V 5.5 V工作溫度-40C 85C封裝/外殼8-SOIC（0.154，3.90mm 寬）本科生課程設(shè)計(jì)（論文）3第 3 章 硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)AT89C51 是一種最常用的單片機(jī)，帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS 8 位微處理器，并且?guī)?2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器。任何單片機(jī)都必須有最小系統(tǒng)，與單片機(jī)最小系統(tǒng)有關(guān)的幾個(gè)引腳功能如下：1RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。2EA/VPP:外部訪(fǎng)問(wèn)允許。當(dāng) EA 信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì) ROM 的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器；而當(dāng) EA 信號(hào)

17、為高電平時(shí)，則對(duì) ROM 的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。 3XTAL1:振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。4XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。復(fù)位是任何單片機(jī)的初始化操作,單片機(jī)要想從起始地址 0000H 運(yùn)行,必須有可靠地復(fù)位電路。同時(shí)復(fù)位電路很容易受到外界擾動(dòng),因此復(fù)位電路必須具有一定的抗干擾能力。復(fù)位電路具有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種功能。本系統(tǒng)選擇上電自動(dòng)復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位相結(jié)合的復(fù)位方法,。51 系列單片機(jī)為高電平復(fù)位,在 RST 復(fù)位端接一個(gè)電容到 Vcc 和一個(gè)電阻到地,形成一個(gè) RC 充放電回路,以此保證在上電時(shí) RST 有足夠時(shí)間的高電平進(jìn)行復(fù)位

18、。在實(shí)際電路中,考慮到復(fù)位的可靠性、電源和晶振的穩(wěn)定時(shí)間,參數(shù)漂移等,復(fù)位時(shí)間必須要有裕度。單片機(jī)晶振電路也是單片機(jī)能開(kāi)始獨(dú)立工作所需要的最基本的外部電路,單片機(jī)每條指令的運(yùn)行都是嚴(yán)格按照機(jī)器周期來(lái)執(zhí)行的,而機(jī)器周期就是由晶振電路提供的。晶振產(chǎn)生時(shí)鐘頻率,電容幫助晶振起振以及對(duì)頻率起微調(diào)作用。為了在計(jì)算時(shí)鐘、串口通信波特率等運(yùn)算中能夠得到一個(gè)整數(shù),計(jì)算方便和結(jié)果精確,本設(shè)計(jì)選擇 22.1184MHZ 的晶振及 30pF 的電容。單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路圖如圖3.1 所示。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）4XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD13

19、8P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51+5VC122pFC222pFX112MR11kC3100pFR21

20、k圖 3.1 AT89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2 按鍵電路當(dāng)某個(gè)按鍵被動(dòng)作的時(shí)候應(yīng)該是此按鍵所對(duì)應(yīng)的引腳接地，也就是電平由高電平變?yōu)榈碗娖?。本設(shè)計(jì)用到十個(gè)按鍵，分別接到 P0.0-P0.7 和 P2.0、P2.1，工作時(shí)候處理器掃描著十個(gè)引腳，如果電平變?yōu)榈碗娖剑瑒t此引腳接通，然后經(jīng)過(guò)軟件去抖動(dòng)，此按鍵動(dòng)作完成，執(zhí)行相應(yīng)的程序。電路如圖 3.2 所示。圖 3.2 按鍵電路圖XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD7

21、32P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51R110kR210kR310kR410kR510kR610kR710kR810kR910kR1010k+5V本科生課程設(shè)計(jì)（論文）53.3 顯示電路本設(shè)計(jì)中彩燈選擇的是 LED 燈，是一

22、種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED 的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是 P 型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是 N 型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè) P-N 結(jié)。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向 P 區(qū)，在 P 區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED 燈發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成 P-N 結(jié)的材料決定的。它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)

23、光的半導(dǎo)體材料芯片，用銀膠或白膠固化到支架上，然后用銀線(xiàn)或金線(xiàn)連接芯片和電路板，然后四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線(xiàn)的作用，最后安裝外殼，所以 LED 燈的抗震性能好。24 個(gè)LED 燈組合在一起，三個(gè)一組的組合，所以一共 8 組，每組的三個(gè)燈同時(shí)動(dòng)作，在圖中每組用一個(gè)燈代替。電路連接如圖 3.3 所示。圖 3.3 LED 彩燈顯示電路3.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路24C16B 是一個(gè)有 16 kbit、2 048 字節(jié)的 EEPROM 存儲(chǔ)器，其內(nèi)部共分為 8 塊，每塊 16 頁(yè)，每頁(yè) 16 字節(jié)，其讀寫(xiě)時(shí)序符合 IC 規(guī)程，器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線(xiàn)上，則定義為發(fā)送器；器件從總線(xiàn)上接收數(shù)據(jù)，則定義為接收

24、器，由主器件（MCU）控制總線(xiàn)，并產(chǎn)生串行時(shí)鐘 SCL，控制總線(xiàn)的傳送方向，并產(chǎn)生開(kāi)始和XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A

25、922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51R11220R12220R13220R14220R15220R16220R17220R18220+5VD1LED-REDD1LED-REDD1LED-REDD1LED-REDD1LED-REDD1LED-REDD1LED-REDD1LED-RED本科生課程設(shè)計(jì)（論文）6停止條件，24C16 為從器件。無(wú)論主從器件，接受 1 個(gè)字節(jié)后必須發(fā)送一個(gè)確認(rèn)信號(hào) ACK。電路連接圖如圖 3.4 所示。圖 3.4 程序存儲(chǔ)器連接圖3.5 電源轉(zhuǎn)換電路每個(gè)元件都應(yīng)該工作在自己的額定電壓

26、下，不然會(huì)無(wú)法工作或者燒壞元件，單片機(jī)工作在 5V 的直流電壓下。本設(shè)計(jì)把 220v 交流電源送入三端穩(wěn)壓器 LM7805穩(wěn)壓，輸出+5V 穩(wěn)恒直流電，作為各元件的工作電壓。電路圖如圖 3.5 所示。XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/

27、T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51SCK6SDA5WP7U224C16BI2CSDASCLTRIG本科生課程設(shè)計(jì)（論文）7圖 3.5 電源電路圖TR1TRAN-2P2SBR12W005GC1120uFC2120uFC3100nFVI1VO3GND2U17805C450uF本科生課程設(shè)計(jì)（論文）8Y燈光顯示方式按鍵動(dòng)作圖 4.1 系統(tǒng)總體流程圖第 4 章 軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)總體圖開(kāi)始 系統(tǒng)初始化

28、方式 1方式2方式 3方式 4儲(chǔ)存YN閃爍速度按鍵動(dòng)作S1S2S3S4速度+速度-閃爍最快閃爍最慢S3閃爍s1S4閃爍s2閃爍速度增加閃爍速度最慢N本科生課程設(shè)計(jì)（論文）9本設(shè)計(jì)軟件編程采用 C 語(yǔ)言進(jìn)行編程，C 語(yǔ)言是一門(mén)通用計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，應(yīng)用廣泛。C 語(yǔ)言的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供一種能以簡(jiǎn)易的方式編譯、處理低級(jí)存儲(chǔ)器、產(chǎn)生少量的機(jī)器碼以及不需要任何運(yùn)行環(huán)境支持便能運(yùn)行的編程語(yǔ)言?，F(xiàn)在對(duì)單片機(jī)的開(kāi)發(fā)主要都用的是 C 語(yǔ)言，所以這兒也采用 C 對(duì)軟件部分進(jìn)行編程。本設(shè)計(jì)軟件部分包括四級(jí)燈光閃爍部分，逐級(jí)增減燈光閃爍素的，四種燈光顯示方式。總體系統(tǒng)流程圖如圖 4.1 所示。4.2 彩燈四級(jí)閃爍控制程序

29、控制彩燈的閃爍速度，主要的是用定時(shí)實(shí)現(xiàn)的，S1 按下時(shí)速度最慢，燈點(diǎn)亮?xí)r中間的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，S2、S3 按下時(shí)定時(shí)時(shí)間依次變短，當(dāng) S4 按下時(shí)定時(shí)最短，閃爍最快。要實(shí)現(xiàn)這些流程圖如圖 4.2 所示，x 和 y 為任意數(shù)。圖 4.2 彩燈四級(jí)閃爍流程圖開(kāi)始按鍵動(dòng)作引腳輸出低電平定時(shí) xs引腳輸出高電平定時(shí) ys本科生課程設(shè)計(jì)（論文）104.3 彩燈十級(jí)遞增遞減閃爍控制程序通過(guò)一個(gè)“+”按鍵和一個(gè)“-”按鍵控制燈光閃爍速度，當(dāng)按“+”按鍵時(shí)閃爍速度閃爍變快，按“-”按鍵時(shí)閃爍速度變慢，一共有十級(jí)速度可調(diào)控。彩燈十級(jí)遞增遞減框圖如圖 4.3 所示,。xy圖 4.3 彩燈十級(jí)遞增遞減閃爍控制程序4.4

30、 彩燈顯示方式方式一為 1、2、3、4 組燈亮，5、6、7、8 組燈滅，延時(shí) xs 后，1、2、3、4 組燈滅，5、6、7、8 組燈亮，延時(shí) ys 后返回。流程圖如圖 4.4 所示。開(kāi)始按鍵+動(dòng)作引腳輸出低電平定時(shí) xs引腳輸出高電平定時(shí) ys按鍵-動(dòng)作引腳輸出低電平定時(shí) xs引腳輸出高電平定時(shí) zs本科生課程設(shè)計(jì)（論文）11方式二為 1、3、5、7 組燈亮，2、4、6、8 組燈滅，延時(shí) xs 后，1、3、5、7 組燈滅，2、4、6、8 組燈亮，延時(shí) ys 后返回。流程圖如圖 4.5 所示。 方式 3 為流水燈，第一組亮 1 秒后滅，第二組接著亮 1 秒后滅，一直到第八組亮 1 秒后滅，然后循

31、環(huán)顯示。 方式 4 為邊沿所有燈亮 1 秒后中間的燈亮 1 秒，然后循環(huán)顯示。 返回 開(kāi)始1、2、3、4 組燈亮5、6、7、8 組燈滅定時(shí) x 秒定時(shí) y 秒 開(kāi)始 返回圖 4.4 模式一流程圖圖 4.5 模式二流程圖1、2、3、4 組燈滅5、6、7、8 組燈亮1、3、5、7 組燈亮2、4、6、8 組燈滅定時(shí) x 秒1、3、5、7 組燈滅2、4、6、8 組燈亮定時(shí) y 秒本科生課程設(shè)計(jì)（論文）12第 5 章 系統(tǒng)模擬調(diào)試結(jié)果及說(shuō)明每一個(gè)設(shè)計(jì)都應(yīng)該進(jìn)行仿真調(diào)試來(lái)證明設(shè)計(jì)是否正確，本設(shè)計(jì)在硬件電路制作完成后，在軟件中編寫(xiě)程序，編譯通過(guò)后，生成文件。利用 Proteus 軟件，將生成的文件下載到單片

32、機(jī)中，LED 燈顯示出效果。根據(jù)顯示的情況可以判斷設(shè)計(jì)的可行性。從仿真結(jié)果來(lái)看，實(shí)際效果達(dá)到了自己所期望的效果。此仿真?zhèn)戎赜趯?duì)前三種彩燈顯示方式的仿真，因?yàn)殚W爍的仿真沒(méi)法用圖片來(lái)描述，所以此處不多做仿真介紹。彩燈顯示方式 1 的仿真結(jié)果如圖 5.1 所示。從圖中可以看出此時(shí)是第1、2、3、4 組燈亮，5、6、7、8 組燈滅的狀態(tài)，達(dá)到了我們?cè)O(shè)計(jì)的要求。圖 5.1 彩燈顯示方式 1 仿真圖彩燈顯示方式 2 的仿真圖如圖 5.2 所示。從圖中可以看出此時(shí)是第1、3、5、7 組燈亮，2、4、6、8 組燈滅的狀態(tài)，達(dá)到了我們?cè)O(shè)計(jì)的要求。圖 5.2 彩燈顯示方式 2 仿真圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）13彩燈

33、顯示方式 3 的仿真圖如圖 5.3 和圖 5.4 所示。從圖中可以看出此時(shí)是第3 組燈亮，其他組燈滅的狀態(tài)，接下來(lái)就是第四組燈亮，其他組燈滅的狀態(tài)。達(dá)到了我們?cè)O(shè)計(jì)的要求。圖 5.3 第三組燈亮，其他組燈滅圖 5.4 第四組燈亮，其他組滅本科生課程設(shè)計(jì)（論文）14第 6 章 誤差分析本設(shè)計(jì)中的主要誤差來(lái)自于電源的設(shè)計(jì)，一個(gè)系統(tǒng)的誤差分析是恒量性能指標(biāo)的必要前提條件，只有充分考慮系統(tǒng)各部分的誤差才能使系統(tǒng)更好地滿(mǎn)足設(shè)計(jì)性能要求。電源在 220V 的輸入電壓后，經(jīng)過(guò)整流燈輸出 5V 直流電壓，我們可以采用 Multisim 進(jìn)行仿真，可以客觀的觀察到輸出的電壓為 5.002V，則絕對(duì)誤差為，在誤差允

34、許的范圍內(nèi)是可行的，所以本設(shè)計(jì)基本達(dá)到了002. 05-002. 5設(shè)計(jì)要求。電源電路電壓輸出值如圖 6.1 所示。圖 6.1 電源電路電壓輸出圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）15第 7 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)是對(duì)戶(hù)外裝飾用彩燈進(jìn)行控制，采用 AT89C52 作為控制核心，利用其體積小、功能強(qiáng)、可靠性高，并具有較大的靈活性和可擴(kuò)展性的特點(diǎn)，連接獨(dú)立按鍵輸入動(dòng)作指令，來(lái)達(dá)到控制彩燈閃爍快慢和顯示方式的目的，并且通過(guò)擴(kuò)展存儲(chǔ)器保存彩燈顯示方式，掉電不丟失。通過(guò) LED 燈顯示設(shè)計(jì)效果，采用了 8 組24 個(gè) LED 彩燈進(jìn)行顯示，連接方式為共陽(yáng)極。最終用 proteus 進(jìn)行了仿真，客觀的觀察到了本設(shè)計(jì)的

35、可行性。軟件編程采用 C 語(yǔ)言編程，編譯方式簡(jiǎn)易，C 也是目前微機(jī)軟件開(kāi)發(fā)主流的編程方式。本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的最大的問(wèn)題就是程序編寫(xiě)問(wèn)題，因?yàn)槌绦蚓帉?xiě)的錯(cuò)誤導(dǎo)致最后仿真時(shí)候 LED 燈不按預(yù)想的要求動(dòng)作，最后經(jīng)過(guò)多次的修改才達(dá)到了我們所要求的結(jié)果。本設(shè)計(jì)利用微處理器 AT89C51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)彩燈的閃爍速度控制和顯示方式控制，改變了市場(chǎng)上大多數(shù)彩燈顯示為全硬件連接的方式，本設(shè)計(jì)具有體積小、硬件少、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用場(chǎng)合廣、易操作、成本低燈優(yōu)點(diǎn)，并且自編的燈光顯示方式可以?xún)?chǔ)存，掉電不丟失。但是本設(shè)計(jì)還有很大的提升空間，比如可以增加燈的數(shù)量，增加到成千上萬(wàn)個(gè)燈，就可以顯示更廣的圖案。還可以多增

36、加彩燈顯示方式，本設(shè)計(jì)中的顯示方式都是最基本的顯示方式，所以在以后可以增加更多花樣的顯示。總而言之，本設(shè)計(jì)在一定程度上起到了作用，值得推廣，但是還有很大的修改空間。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）16參考文獻(xiàn)1周?chē)?guó)運(yùn).單片機(jī)原理及應(yīng)用第二版. 北京：中國(guó)水利水電出版社，20092陳梓城.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第五版. 北京：高等教育出版社，20093陳正義.單片機(jī)控制實(shí)習(xí)第二版. 北京：人民郵電出版社，20064姚富安等.實(shí)用電子實(shí)際基礎(chǔ)第四版. 北京：理工大出版社，20085梅麗鳳等.單片原理及接口技術(shù)第三版.北京：北京交通大學(xué)出版社，20096郭天祥.新概念 51 單片機(jī) C 語(yǔ)言教程M.北京:電子工業(yè)出

37、版社,2009 6宋戈,黃鶴松,員玉良等.51 單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)范例大全M.人民郵電出版社，2012本科生課程設(shè)計(jì)（論文）17附錄：硬件總電路圖附錄：系統(tǒng)程序#include R110kR210kR310kR410kR510kR610kR710kR810kR910kR1010k+5VXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/R

38、XD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51R11220R12220R13220R14220R15220R16220R17220R18220+5VSCK6SDA5WP7U224C16BI2CSDASCLTRIGD1LED-REDD1LED-REDD1LED-REDD1LED-REDD1LED-REDD1LED-REDD1LE

39、D-REDD1LED-REDTR1TRAN-2P2SBR12W005GC1120uFC2120uFC3100nFVI1VO3GND2U17805C450uF+5VC122pFC222pFX112MR11kC3100pFR21k本科生課程設(shè)計(jì)（論文）18#include/*變量定義* #define DELAY_TIME 550 unsigned char change,change1,change2;unsigned char i,j;sbit P00=P00; sbit P01=P01; sbit P02=P02;sbit P03=P03;sbit P04=P04; sbit P05=P05

40、; sbit P06=P06; sbit P07=P07; sbit P17=P17; sbit P27=P27;sbit P32=P32;sbit P33=P33; sbit P34=P34; sbit P35=P35; sbit P36=P36; sbit P37=P37; /*函數(shù)聲明* void de_lay(void); void lig_rotate1(void); void lig_rotate0(void); void lig_circle(void); void lig_jump(void); void lig_circle_light(void);void lig_all_

41、put_out(void); void Delay_us(int time); void Delay_ms(int time); /*主函數(shù)*void main(void) 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）19while(1) if(p00=0) /如果按鍵 S1 按下 P0=moshi1; /模式 1 工作 if(p01=0) /如果按鍵 S2 按下 P0=moshi2; /模式 2 工作 if(p21=0) /如果按鍵 S3 按下 P0=moshi3; /模式 3 工作 if(p03=0) /如果按鍵 S4 按下 P0=moshi4; /模式 4 工作 if(p04=0) /如果按鍵 S5 按下 P

42、0=kuai1; /閃爍最快 if(p05=0) /如果按鍵 S6 按下 P0=kuai2; /閃爍稍慢 if(p06=0) /如果按鍵 S7 按下 P0=kuai3; /閃爍稍慢 if(p07=0) /如果按鍵 S8 按下 P0=kuai4; /閃爍最慢shanshuo /*模式 1* void moshi1(void) change=0 xff; for(i=0;i=7;i+) change=1; SBUF=change; TI=0; while(!TI); P10=1; 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）20P10=0; Delay_ms(DELAY_TIME); lig_put_out(); /*

43、模式 2* void moshi2(uchar n) change=0 x55; change1=0 xaa; for(i=0;in;i+) SBUF=change; TI=0; while(!TI); P10=1; P10=0; Delay_ms(DELAY_TIME);SBUF=change1; TI=0; while(!TI); P10=1; P10=0; Delay_ms(DELAY_TIME); lig_put_out(); /*模式 3* void moshi3void) int time=1000; change=change1=change2=0 xfe; for(i=0;i55;i+) 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）21SBUF=change; TI=0; while(!TI); P10=1; P10=0; change1=7; change=change1|change2; change1=change2=change; time-=15; Delay_ms(time); change=0 xfe; change1=0