PWM控制LED亮度單片機(jī)課程設(shè)計

信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告PAGEPAGE7摘要目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用尤為重要。而51單片機(jī)是各類單片機(jī)中最為典型和最具代表性的一種。本實驗是基于MCS-51系列單片機(jī)所設(shè)計的，以單片機(jī)芯片AT89C52作為核心控制器，通過硬件電路的制作以及軟件程序的編制，實現(xiàn)PWM控制LED的亮度。關(guān)鍵詞：AT89C51、PWM、LED目錄1項目概述和要求 11.1單片機(jī)基礎(chǔ)知識 11.3項目設(shè)計任務(wù)與設(shè)計思路 32系統(tǒng)設(shè)計 52.2元件清單 52.2.1AT89C51芯片 52.2.2LED 72.2.3其它元件 83軟件設(shè)計 93.1程序 94系統(tǒng)的仿真與調(diào)試 114.1硬件調(diào)試 114.2軟件調(diào)試 124.3軟硬件調(diào)試 125總結(jié) 14參考文獻(xiàn) 151項目概述和要求1.1單片機(jī)基礎(chǔ)知識單片機(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)。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、應(yīng)用面廣等優(yōu)點，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。同時，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)了解計算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。現(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。單片機(jī)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)，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。單片機(jī)按用途大體上可分為兩類，一種是通用型單片機(jī)，另一種是專用型單片機(jī)MCS-51單片機(jī)是美國INTEL公司于1980年推出的產(chǎn)品，與MCS-48單片機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令，指令數(shù)達(dá)111條，MCS-51單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS-51系列或其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與MSC-51單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。MCS-51系列單片機(jī)主要包括8031、8051和8751等通用產(chǎn)品。增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW（脈寬調(diào)制電路）、WDT（看門狗）、有些單片機(jī)將LCD（液晶）驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小。現(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中SMD（表面封裝）越來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。1.3項目設(shè)計任務(wù)與設(shè)計思路設(shè)計任務(wù)：基于電位器控制LED亮度設(shè)計思路：LED一般是恒流操作的，如何改變LED的亮度呢？答案就是PWM控制。在一定的頻率的方波中，調(diào)整高電平和低電平的占空比，即可實現(xiàn)。比如我們用低電平點亮一個LED燈，假設(shè)我們把一個頻率周期分為10個時間等份，如果方波中的高低電平占空比是9：1，這是就是一個比較暗的亮度，如果方波中高低電平占空比是0：10，這時，全部是高電平，燈是滅的。如果占空比是5：5，就是一個中間亮度，如果高低比是9：1，是一個比較亮的亮度，如果高低是10：0，這時全部是低電平，就是最亮的。實際上應(yīng)用中，電視屏幕墻中的幾十百萬LED象素都是這樣控制的，而且每一個象素都有紅綠藍(lán)3個LED，每個LED可以變化的亮度是幾百到幾萬或者更多的級別，以實現(xiàn)真彩色的顯示。還有在您的手機(jī)中，背光燈的亮度如果是可以變化的，也應(yīng)該是這種工作方式。目前的城市彩燈也有很多都使用了LED，需要控制亮度是也是PWM控制。2系統(tǒng)設(shè)計2.1系統(tǒng)電路原理圖圖2-1利用PWM信號控制LED亮度的驅(qū)動電路2.2元件清單2.2.1AT89C51芯片AT89C51芯片圖如下圖2-2-1圖2-2-1AT89C①簡介：AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8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。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。②主要特性: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；128×8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；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。2.2.2LED◆LED燈顯示的原理原理：LED是英文lightemittingdiode（發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。LED結(jié)構(gòu)圖如下圖所示發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。圖2-2圖2-2-22.2.3其它元件其它元件圖如下圖2-6所示。圖2-2-3其它元件圖PAGE153軟件設(shè)計3.1程序#defineucharunsignedchar//定義一下方便使用#defineuintunsignedint#defineulongunsignedlong#include<reg52.h>//包括一個52標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核的頭文件sbitP10=P1^0;//要控制的LED燈sbitP11=P1^1;sbitP12=P1^2;sbitP13=P1^3;sbitP14=P1^4;sbitP15=P1^5;sbitP16=P1^6;sbitP17=P1^7;ucharscale;//用于保存占空比的輸出0的時間份額,總共10份charcodedx516[3]_at_0x003b;//這是為了仿真設(shè)置的//模擬PWM輸出控制燈的10個亮度級別voidmain(void)//主程序{uintn;RCAP2H=0xF3;//賦T2的預(yù)置值，溢出1次是1/1200秒鐘RCAP2L=0x98;TR2=1;//啟動定時器ET2=1;//打開定時器2中斷EA=1;//打開總中斷while(1)//程序循環(huán){;//主程序在這里就不斷自循環(huán)，實際應(yīng)用中，這里是做主要工作for(n=0;n<50000;n++);//每過一會兒就自動加一個檔次的亮度scale++;if(scale==10)scale=0;}}//1/1200秒定時器2中斷timer2()interrupt5{staticuchartt;//tt用來保存當(dāng)前時間在一秒中的比例位置TF2=0;tt++;if(tt==10)//每1/120秒整開始輸出低電平{tt=0;if(scale!=0)//這里加這一句是為了消除滅燈狀態(tài)產(chǎn)生的鬼影P1=0x00;}if(scale==tt)//按照當(dāng)前占空比切換輸出高電平P1=0xff;}4系統(tǒng)的仿真與調(diào)試4.1硬件調(diào)試單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)Proteus介紹：Proteus是英國LabcenterElectro-nics公司開發(fā)的一款電路仿真軟件，軟件由兩部分組成：一部分是智能原理圖輸入系統(tǒng)ISIS(IntelligentSchematicInputSystem)和虛擬系統(tǒng)模型VSM(VirtualModelSystem)；另一部分是高級布線及編輯軟件ARES(Adv-Ancd

RoutingandEditingSoftware)也就是PCB.圖4-1ISIS啟動界面圖4-2

單片機(jī)屬性的設(shè)定硬件調(diào)試分為靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試，對于硬件調(diào)試而言，只要認(rèn)真焊接，硬件一般不會出現(xiàn)什么問題的。靜態(tài)調(diào)試一般采用的工具是萬用表，它是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排查錯誤的一種硬件檢測。調(diào)試步驟是：首先把電路分為若干模塊，調(diào)試過程中與該模塊無關(guān)的元件可以不加考慮，這樣可把故障限定在一定的范圍內(nèi)；故障清除后，把各個模塊合在一起進(jìn)行聯(lián)調(diào)，即可完成整個硬件調(diào)試工作。4.2軟件調(diào)試KeilμVision2開發(fā)環(huán)境介紹：Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機(jī)的軟件。Keil提供包括C編譯器,宏匯編，連接器，庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案。通過一個集成開發(fā)環(huán)境μVision2將這些部分組合在一起。軟件調(diào)試是通過對程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。4.3軟硬件調(diào)試軟硬件聯(lián)調(diào)是指把調(diào)試無誤的軟件程序燒制進(jìn)單片機(jī)芯片內(nèi)部，通上電源后，檢查硬件工作是否有預(yù)期的效果，如果沒有則需要檢測軟件是否在實現(xiàn)功能上有欠缺。若有錯誤，通過改寫軟件來調(diào)試，直至達(dá)到預(yù)期效果，則設(shè)計圓滿成功。本課程設(shè)計調(diào)試結(jié)果如下圖4-3所示。圖4-3調(diào)試結(jié)果圖5總結(jié)經(jīng)過將近一個星期的課程設(shè)計，PWM控制LED的亮度設(shè)計基本完成，系統(tǒng)功能基本實現(xiàn)，測試運行也基本正常。該系統(tǒng)基本上完成了模擬PWM控制LED的