基于单片机的循环彩灯设计.doc
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1、本科毕业设计(论文)题目: 基于单片机的循环彩灯设计 摘要1绪论3选题依据3应用价值4第1章方案设计51.1设计方案51.2方案选择7硬件设计72.2.1 AT89c51结构及功能简介72.2.2 供电电路10图2-1三端固定式集成稳压电源电路图2.2.2112.2.3 复位电路112.2.4时钟电路12单片机最小系统122.2.6 LED彩灯显示电路132.2.7按键控制电路14第3章软件设计16系统的仿真与调试174.1 系统仿真174.1.1 protuse174.1.2 Keil uVision3 编程调试器18总结21参考文献22附录123LED彩灯设计控制程序代码23附录229摘要
2、本文介绍了一种简易LED彩灯控制系统的软硬件设计过程,本方案以AT89C51单片机作为主控核心,按键控制电路、彩灯显示电路以及单片机最小系统等模块组成的核心主控制电路。利用软件编程烧录程序到单片机来实现对LED彩灯进行控制,本系统亮灯模式多,用户根据操作提示可以随意变换想要的闪烁方式和控制彩灯的闪烁频率。本系统具有电路结构简单、易操作、硬件少、体积小、成本低、低能耗等优点,具有一定的实用和参考价值。关键词LED彩灯;彩灯控制系统;闪烁方式AbstractThis paper introduces a kind of simple LED lights control system hardwa
3、re and software design process, this plan to AT89C51 as the master core, button control circuit, lantern show circuit module, such as single chip minimize system and form the nucleus of the main control circuit. Using the software programming burn procedures to microcontroller to achieve the LED lig
4、hts, this system to control more than a light mode according to operating hints, users can be optional transform want flashing lights flickering way and control frequency. This system has the circuit structure is simple, easy to operate, hardware, small volume, less cost is low, low energy consumpti
5、on advantages, has certain practical and reference value. Key words:LED lights; Lantern control system; Flashing way绪论选题依据自1879年美国科学家爱迪生发明了白炽灯以来,便结束了人类“黑暗“的历史,给人类以光明,创造了巨大的财富。如今灯光已成为人民生活中必不可少的家用品。而相续发展起来的的循环彩灯也成为时代前沿的时尚艺术,它以现代高科技为基础,随着高技术日新月异的发展,其艺术性和表现力都产生了质的飞跃,实现了艺术上的创新与突破,不断创造出令人惊叹、叫绝的视觉艺术效果,给人们带
6、来了美的享受和心灵上的震撼。伴随着人们生活环境的不断改善和美化,在许多场合可以看到霓虹灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩,低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用,用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现,电路结构复杂、功能单一,这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮,不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态 参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点而且价格昂贵。此外从功能效果上看,亮灯模式少而且样式单调,缺乏用户可操作性,影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进行
7、改进。 利用控制电路可使彩灯按一定的规律不断的改变状态,不仅可以获得良好的观赏效果,而且可以省电(与全部彩灯始终全亮相比)。再由于人们对于物质生活的要求也在逐渐提高,不光是对各种各样的生活电器的需要,也开始在环境的幽雅方面有了更高的要求。比如日光灯已经不能满足于我们的需要,彩灯的运用已经遍布于人们的生活中,从歌舞厅到卡拉OK包房,从节日的祝贺到日常生活中的点缀。这些不紧说明了我们对生活的要求有了质的飞跃,也说明科技在现实运用中有了较大的发展。在这一设计中我们将涉及有关彩灯控制器的设计,从原理上使我们对这一设计有所了解。将其确实的与我们生活相联系起来。完成循环彩灯的控制,以目前所学专业知识可用三
8、种方案来实现:一种是用PLC数控逻辑设计,一种是用数字逻辑设计,最后一种是单片机。用PLC数控逻辑设计虽然简单,容量大但设计所需设备不方便,此处不便采用。 数字逻辑设计具有电路结构复杂、功能单一、芯片过多、功率损耗大等缺点,而且价格昂贵,此外从功能效果上看亮灯模式少而且样式单调,缺乏用户可操作性,因此也未采用。单片机外围元件少结构简单,易于维护,节约能源用户可操作性强,设备方便,价格合理,因此本设计采用单片机实现该功能。单片机是通过内部编程实现控制每个引脚。本设计就是通过编写程序来达到控制引脚的目的,让其引脚输出低电平则该灯亮,输出高电平则该灯灭。全部输出为高电平则全灭,全部输出低电平则全亮。
9、在每步执行完都调用内部延时循环程序达到外部引脚亮灭延时的目的。最终实现设计要求所需循环彩灯控制电路。应用价值在家庭装饰、商业区、许多户外广告、公益广告等的灯光布置中经常需要完成彩灯循环点亮以实现灯光动态效果,做到广告、彩灯等作品色彩鲜艳,富有创艺,变化形式丰富,起着宣传和美化环境的作用,营造文明和亮丽氛围,增添人们生活乐趣。彩灯控制现已广泛用于广告、舞厅、商店方面。伴随着经济的发展和夜市的兴起循环彩灯的用途将越来越广,必然是现代都市的发展和人们生活水平提高要求的需要。第1章方案设计随着人们生活环境的不断改善和美化,在许多场合可以看到彩色霓虹灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩,低廉的造价以及控制
10、简单等特点而得到了广泛的应用,用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现,电路结构复杂、功能单一,这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮,不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看,亮灯模式少而且样式单调,缺乏用户可操作性,影响彩灯效果,因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。1.1设计方案彩灯控制器大致可分为两种方案实现。一种是利用电子电路装置控制,另一种是采用单片机控制。方案一:根据设计任务要求介绍的彩灯控制电路的基本
11、组成,可以确定彩灯控制器应由振荡电路、计数/时序分配电路、移位位寄存器和彩灯显示五部分组成。其框图如图1-1所示。振荡电路控制电路译码器LED显示电路计数器图1-1彩灯循环控制器硬件框图方案二:本方案主要是通过对基于单片机的多控制、多闪烁方式的LED彩灯循环系统的设计,来达到本设计的要求。其硬件构成框图如图1-2所示,以单片机为核心控制,由单片机最小系统(时钟电路、复位电路、电源)、按键控制电路、LED发光极管和5V直流电源电路组成。AT89C51单片机时钟电路复位电路按键控制电路直流5V电源电路供电信号LED彩灯图1-2单片机彩灯循环控制系统硬件框图此设计方案中单片机的P1口接5路按键控制电
12、路,实现彩灯花型的切换功能;单片机的P3.7引脚接上一个按钮开关以实现对彩灯闪烁频率的控制,即实现了快慢两种节拍实现花型的变换;单片机上的P2口接八路LED发光二极管组成彩灯电路,显示彩灯循环情况。1.2方案选择结合设计任务书比较以上两种方案可知:利用电子电路装置控制,其电路不很复杂,制作相对较容易点,成本也相对较低,但可调性差,亮灯模式少而且样式单调,达不到设计任务要求或实现困难。采用单片机控制其优点是电路集成度高,工作原理简单,清晰明了,自定义编程,控制的图案花样多,移植性好等。综上,显然方案二各方面优越于方案一,以及为了体现专业优势,本次设计采用第二种方案。第二章 硬件设计 2.2.1
13、AT89c51结构及功能简介AT89C51是美国ATMEL公司生产低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CUP)和Flash存储单元,功能强大AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合,灵活应用于各种控制领域。(1)主要特性:与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命:1000写/擦循环数据保留时间:10年全静态工作:0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*
14、8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 (2)功能特性概述: AT89C51提供以下标准功能:4K字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内震荡器及时钟电路。同时,AT89C51可降至0Hz 的静态逻辑系操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信接口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但震荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
15、(3)主要引脚及芯片基本工作条件说明40个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚,当8051通电,时钟电路开始工作,在RESET引脚上出现2个时钟周期以上的高电平,系统即初始复位。8051的复位方式可以是自动复位,也可以是手动复位,如图2 3 复位电路。此外RESET/Vpd还是一复用脚,Vcc掉电其间,此脚可接上备用电源,以保证单片机内部RAM的数据不丢失。Pin20、40:分别是单片机的主电源引脚。20脚是芯片的接地端。40脚则是芯片的电源端。二者是必不可少的,它们是单片机基本工作的
16、条件。Pin18、19:XTAL1接外部晶振的一个引脚。在单片机内部,它是上述振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡时,该引脚接受振荡器的信号,即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。则XTAL2接外部晶振另一个引脚。在单片机内部它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时该引脚应该悬空。(4)管脚说明VCC:供电电压。 GND:接地。 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校
17、验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时
18、,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示: 口管脚 备选功能 P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外部中断0) P
19、3.3 /INT1(外部中断1) P3.4 T0(记时器0外部输入) P3.5 T1(记时器1外部输入) P3.6 /WR(外部数据存储器写选通) P3.7 /RD(外部数据存储器读选通) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数
20、据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。 /PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLAS
21、H编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。 XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2:来自反向振荡器的输出。 单片机管脚图2.2.2 供电电路对于一个完整的设计,解决它的电源问题是重要的第一步,电源电路的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。单片机工作的电压为4.0-5.5V。这里可以用变压器直接接家庭用电转化为单片机可用电源,这样就可以给单片机提供稳定的电压。现在比较受大家欢迎的单片机电源有USB电源,直接输出的电源就是5v,比较方便使用。也可用3节1.5v的干电池提供单片机工作的电压。 图2-1三端固定式集成稳压电源电路图2.2.2 2.2.3 复位
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