單片機節(jié)日彩燈控制器設(shè)計(共18頁)

1、 PAGE 19邯鄲(hn dn)學(xué)院課程設(shè)計報告(bogo) 課程名稱 單片機 題 目 節(jié)日彩燈(ci dn)控制器的設(shè)計 學(xué) 生 學(xué) 生 學(xué) 生 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 年 級 專 業(yè) 二級學(xué)院 邯鄲學(xué)院2015年 1 月 5 日邯鄲(hn dn)學(xué)院單片機課程設(shè)計任務(wù)書院別 專業(yè) 班級 課程設(shè)計題目節(jié)日彩燈控制器的設(shè)計課程設(shè)計基本內(nèi)容與要求一、基本內(nèi)容 以單片機為核心，設(shè)計一個節(jié)日彩燈控制器： P1.2開始，按此鍵則燈開始流動（由上而下）。 P1.3停止，按此鍵則停止流動，所有燈為暗。 P1.4上，按此鍵則燈由上向下流動。 P1.5下，按此鍵則燈由下向上流動。二、功能要求1、根據(jù)課題，查閱相關(guān)

2、資料2、畫出系統(tǒng)原理框圖；3、畫出單元電路圖；4、編寫相應(yīng)部分程序；5、撰寫說明書三、設(shè)計成果要求1、課程設(shè)計報告（2000字）2、設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的protues電路圖和keil c程序。主要參考文獻1、靳達.單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實例導(dǎo)航 北京：人民郵電出版社，2003.102、張俊謨.單片機中級教程原理與應(yīng)用 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000.63、何立民.MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計（系統(tǒng)配置與接口技術(shù)）進程安排起止時間完成內(nèi)容2015.12.16-2015.12.23據(jù)任務(wù)書搜集相關(guān)的資料2015.12.24-2015.12.30設(shè)計并實現(xiàn)2016.01.01-2016.

3、01.01撰寫課程設(shè)計說明書2016.01.08-2016.01.15準備答辯階段系意見 系主任簽字： 年 月 日摘要(zhiyo)節(jié)日彩燈是生活中常常的裝飾物品，是我國普遍流行的傳統(tǒng)的民間的綜合工藝品。彩燈藝術(shù)也是燈的綜合性的裝飾藝術(shù)。在當今社會里，彩燈已經(jīng)成為我們生活當中的一部分，能給我們帶來視覺上的享受，還能美化我們的生活。彩燈控制器主要是通過產(chǎn)生有規(guī)律變化的脈沖信號來實現(xiàn)彩燈的各種( zhn)變化，他集中的應(yīng)用了單片機、LED、自動控制等技術(shù)，是典型的基于單片機的電子產(chǎn)品。本文以AT89C51單片機為控制核心，采用模塊化的設(shè)計方案，運用LED彩燈、按鍵等組成電路，實現(xiàn)才在開啟時滿足不一

4、樣的閃亮方法及方式。按K1開始(kish)，按此鍵則燈開始流動（由上而下）。K2停止，按此鍵則停止流動，所有燈為暗。K3上，按此鍵則燈由上向下流動。K4下，按此鍵則燈由下向上流動。按K5從亮到暗到亮循環(huán)。通過按鍵能方便使用者選擇不一樣的亮法。并用仿真軟件進行仿真按不同的方式點亮LED。還有就是這節(jié)日彩燈的制作成本低、精確度高、裝調(diào)容易，為節(jié)日增添氣氛，具一定的市場價值，因此制作了此節(jié)日彩燈。關(guān)鍵詞：節(jié)日彩燈；單片機；LED；設(shè)計；仿真目錄(ml) TOC o 1-3 f h z u HYPERLINK l _Toc439687946 摘要(zhiyo) PAGEREF _Toc43968794

5、6 h 3 HYPERLINK l _Toc439687947 一、概述(i sh) PAGEREF _Toc439687947 h 5 HYPERLINK l _Toc439687948 二、任務(wù)要求 PAGEREF _Toc439687948 h 5 HYPERLINK l _Toc439687949 三、硬件電路設(shè)計與分析 PAGEREF _Toc439687949 h 5 HYPERLINK l _Toc439687950 1.AT89C51單片機 PAGEREF _Toc439687950 h 5 HYPERLINK l _Toc439687951 1.1 AT89C51結(jié)構(gòu) PAG

6、EREF _Toc439687951 h 5 HYPERLINK l _Toc439687952 12 AT89S51引腳描述 PAGEREF _Toc439687952 h 7 HYPERLINK l _Toc439687953 2.鍵盤設(shè)計 PAGEREF _Toc439687953 h 8 HYPERLINK l _Toc439687954 3.定時器與復(fù)位模塊 PAGEREF _Toc439687954 h 8 HYPERLINK l _Toc439687955 3.1時鐘電路 PAGEREF _Toc439687955 h 8 HYPERLINK l _Toc439687956 3.

7、2復(fù)位電路 PAGEREF _Toc439687956 h 9 HYPERLINK l _Toc439687957 四、軟件設(shè)計與論證 PAGEREF _Toc439687957 h 10 HYPERLINK l _Toc439687958 五、功能仿真實現(xiàn) PAGEREF _Toc439687958 h 12 HYPERLINK l _Toc439687959 七、心得體會 PAGEREF _Toc439687959 h 14 HYPERLINK l _Toc439687960 八、參考文獻 PAGEREF _Toc439687960 h 15 HYPERLINK l _Toc4396879

8、61 附錄 PAGEREF _Toc439687961 h 15一、概述(i sh)19世紀興起的單片機以其先天的便捷、穩(wěn)定的優(yōu)點在現(xiàn)代(xindi)電子技術(shù)電路中占有越來越重要的地位。又有數(shù)字電路與模擬電路相比有顯而易見的穩(wěn)定性。近年來，數(shù)字電路又有了巨大的發(fā)展。可編程邏輯器件（PAL、GAL等）的發(fā)展和普及最終使IC的設(shè)計面向了用戶（這是模擬電路無法做到的），而這毫無疑問會給用戶帶來巨大的便捷，從而奠定它在電子電路中的對位。隨著集成技術(shù)的進一步提高，各種新技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，人類(rnli)歷史橫跨數(shù)碼時代向更進一步發(fā)展已出現(xiàn)在各大型相關(guān)企業(yè)的宏偉藍圖中。新世紀里誰掌握了新技術(shù)誰就得到了獲勝

9、的資本，也僅僅是資本而矣。新世紀里電子行業(yè)的發(fā)展速度令人窒息，聞名的摩爾定律更把許多人威嚇在門外。 可以展望，一個由數(shù)字構(gòu)成的新世界即將出現(xiàn)。那將是人類文明的又一飛躍，不僅可以獲得良好的觀賞效果，而且可以省電（與全部彩燈始終全亮相比）。近年來，隨著人們生活水平的較大提高，人們對于物質(zhì)生活的要求也在逐漸提高，不光是對各種各樣的生活電器的需要，也開始在環(huán)境的幽雅方面有了更高的要求。比如日光燈已經(jīng)不能滿足于我們的需要，彩燈的運用已經(jīng)遍布于人們的生活中，從歌舞廳到卡拉OK包房，從節(jié)日的祝賀到日常生活中的點綴。這些不緊說明了我們對生活的要求有了質(zhì)的飛躍，也說明科技在現(xiàn)實運用中有了較大的發(fā)展。彩燈是我國普

10、遍流行的傳統(tǒng)的民間的綜合性的工藝品。彩燈藝術(shù)也就是燈的綜合性的裝飾藝術(shù)。新中國成立后，彩燈藝術(shù)得到了更大的發(fā)展，特別是隨著我國科學(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。二、任務(wù)要求(1)PD0: 開始,按此鍵則燈開始流動（由上而下）；(2)PD1: 停止,按此鍵則停止流動,所有燈為暗；(3)PD2: 上,按此鍵則燈由上向下流動；(4)PD3: 下,按此鍵則燈由下向上流動。三、硬件電路設(shè)計與分析 1.AT89C51單片機 1.1 AT89C51結(jié)構(gòu)AT89C51是一種低功耗/低電壓、高性能的八位(b wi)CMOS單片機，片內(nèi)有一個4KB的FLASH可編程可擦除只讀存儲器（

11、FPEROMFlash 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(shù)(jsh)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MSC51兼容。片內(nèi)置通用(tngyng)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)改編程序或用常規(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(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51系列單片機對于一般用戶來說，存在3個明顯的特點：(1)內(nèi)含F(xiàn)lash存儲器。因此在應(yīng)用2系統(tǒng)的開發(fā)過程中可以十分容易的進行程序的修改

12、，這就大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期；同時，在系統(tǒng)工作過程中，能有效的保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外接電源損壞也不影響信息的保存。(2)與80C51插座兼容。AT89C51系列單片機的引腳與80C51是一樣的，當用AT89C51單片機取代80C51時，可以直接進行取代。這時，不管采用40引腳還是44引腳的產(chǎn)品，只要用相同引腳的AT89C51單片機取代80C51的單片機即可。(3)靜態(tài)時鐘方式。AT89C51單片機采用靜態(tài)時鐘方式，所以可以節(jié)省電能。這對于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。圖1 AT89S51單片機結(jié)構(gòu)圖12 AT89S51引腳描述(mio sh)VCC（40）：供電電壓(diny)，其工作電壓

13、為5V。GND（20）：接地。P0端口（P0.0-P0.7）：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。在FIASH編程時，P0 口作為(zuwi)原碼輸入口，當FIASH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口緩沖器能接收輸出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。在FLAS

14、H編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2端口（P2.0-P2.7）：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻(dinz)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(shr)。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。P2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(nib)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

15、（P3.0-P3.7）：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。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。復(fù)位RST(9)：復(fù)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(fù)位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P3.0-P3.7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(fù)位腳由高電平變?yōu)?/p>

16、低電平時，芯片為ROM的00H處開始運行程序。復(fù)位操作不會對內(nèi)部RAM有所影響。ALE/PROG(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。PSEN(29)：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器

17、取指令期間，每個機器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不出現(xiàn)。EA/VPP(31)：當_ EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器 （0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，_ EA將內(nèi)部 鎖定為RESET；當_ EA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(gngzu)電路的輸入。XTAL2(18)：來自(li z)反向振蕩器的輸出。 2.鍵盤(jinpn)設(shè)計獨立式鍵盤是各按鍵相互獨立，每個按鍵各接

18、一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響到其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷那個鍵被按下了。 獨立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單，但每個按鍵需要占用一根輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。按鍵直接與單片機的I/O 口線相接，通過讀 I/O 口，判定 I/O 口線的電平狀態(tài)，即可識別出按下的按鍵。如圖2圖2獨立式按鍵仿真圖3.定時器與復(fù)位模塊3.1時鐘電路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(fù)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)開始運行。(1)時

19、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(gòu)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(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖，如圖2所示。圖3時鐘(shzhng)與復(fù)位電路仿真圖圖2中，電容器C2，C3起穩(wěn)定振蕩(zhndng)頻率、快速起振的作用，其電容值一般在5-30pF。晶振頻率(pnl)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信號比較穩(wěn)定，實用電路中使用較多。3.2復(fù)位電路當AT89C51單片機的復(fù)位引腳RST(全稱

20、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(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位電路電容C1和電阻R19對電源+5V來說20構(gòu)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(fù)位的操作功能，如圖2所示。開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機自動復(fù)位，并且在單片機運行期間，用開關(guān)操作也能使單片機復(fù)位常用的上電或開關(guān)復(fù)位電路如圖2所示。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RESET

21、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(fù)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(guān)復(fù)位的操作。 四、軟件(run jin)設(shè)計(shj)與論證本方案主要是通過對基于單片機的多控制(kngzh)、多閃爍方式的LED彩燈系統(tǒng)的設(shè)計,來達到本設(shè)計的要求。其硬件以單片機為核心控制,由單片機最小系統(tǒng)、時鐘電路、復(fù)位電路、發(fā)光二極管和獨立按鍵組成。 此設(shè)計方案中單片機的P1口接4路按鍵控制電路,實現(xiàn)彩燈花型的切換功能,單片機上的P0口接8路LED發(fā)光二極管組成彩燈電路,顯示彩燈循環(huán)情況。1、總體流程圖設(shè)計開始正向循環(huán)開始鍵按下？是否停止鍵按下？正向鍵按下？燈全滅是否是

22、否反向鍵按下？反向循環(huán)是正向鍵按下？否停止鍵按下？是否是否 圖4程序流程圖2.總原理圖 圖5：總原理圖功能(gngnng)說明：S1-開始(kish)，按此鍵，燈開始流動（從上到下）S2-停止(tngzh)，按此鍵，燈停止流動（滅燈）S3-上，按此鍵，燈從上而下流動S4-下，按此鍵，燈從下而上流動2元件清單元件序號元件說明數(shù)量備注AT89C51單片機芯片1R1R9限流電阻9220LED發(fā)光二極管8KEY按鍵開關(guān)4 表1：元器件清單五、功能(gngnng)仿真實現(xiàn)1、開始(kish)：從上到下流動點亮2、反向(fn xin)：從下向上流動點亮3、停止(tngzh)：滅燈七、心得體會本次課程設(shè)計既

23、要求我們對知識掌握的牢固，又要求我們對知識能夠靈活運用。從所涉及的知識面來說，它不僅要求我們運用所學(xué)過的知識還要求我們?nèi)ゲ檎?，學(xué)習(xí)，借鑒其他科目或門類的知識。從時間上來說，這次設(shè)計的時間是最長的，因此我們有足夠的時間去重新溫習(xí)學(xué)過的知識，更有充足的時間去搜集學(xué)習(xí)一些我們沒有涉獵(shli)過的知識。這樣不僅鍛煉了我們學(xué)習(xí)新知識的能力，同時也拓寬了我們的知識面。并且我們還有足夠時間去修改我們的設(shè)計中的缺陷，這也是對我們將來走入社會獨立完成一項課題的考驗。我們經(jīng)過將近兩周的努力，終于完成本次創(chuàng)新課程設(shè)計，過程雖是辛苦的，但從中我們卻學(xué)到了很多東西。首先鞏固(gngg)了課上學(xué)習(xí)的理論知識，對于計算機C語言的系統(tǒng)化整體化有了更深的認識。整個設(shè)計過程最大的收獲就是意識到理論知識扎實的重要性，實踐是建立在理論之上的，平時的基礎(chǔ)知識很重要。另外就是合作的重要性，每個人都有他的特長一個人難免有疏漏，只有大家共同努力才能順利的完成任務(wù)。通過本次課程設(shè)計，提高了我們的自學(xué)能力，提高了理論(lln)聯(lián)系實際的能力，把自己所學(xué)應(yīng)用到實驗中，對所用到的硬件有了更加深刻的理解；同時我們更加明白團結(jié)合作、分工合作的重要性，提高了團結(jié)合作的能力與做事效率。提高了我們克服困難的信心與決心