基于PROTEUS的彩灯控制设计.docx

本设计是循环彩灯控制,运用了单片机AT89c51作为核心芯片，英国Labcenter 公司开发的Proteus ISIS电路分析与实物仿真软件仿真，美国Ke订Software公 司出品的51系列兼容单片机C语言软件Ke订C51 uVision2编程调试按设定的时 间有规律的循环点亮彩灯,先红、绿、黄三组彩灯各九个，每一个分别按按0.5S的 速度跑动一次；然后再所有红、黄、绿三组彩灯按5S的速度分别跑动一次，依次 循环目录第一章绪论 11.1选题依据 11.2系统设计任务要求 21.3应用价值 2第二章系统电路设计 32. 1系统设计 32.1.1系统设计框图 32. 2各功能模块作用 42. 2. 1 AT89c51结构及功能简介 42. 2. 2供电电路 52. 2. 3复位电路 62. 2. 4 P0接口驱动电路 72. 2.5晶振电路 72. 2. 6电源指示灯电路 72. 3灯的各个状态转换及端口定义 82.4程序设计与仿真 8第三章仿真测试 153. 1仿真平台 153. 1. 1 Keil uVision2 编程调试器 153. 1. 2 Proteus 介绍 153.2仿真结果 16第四章制作与调试 174. 1系统总原理图 174.2元件选择购买 174. 3安装工艺 184.4装配电路板 184. 5整机调试 194. 5. 1硬件调试 194. 5. 2软件调试 194. 6实验现象 20第五章总结 21致谢 错误！未定义书签。

□录参考文献 23附录一元器件清单 24附录二循环彩灯源程序 25第一章绪论1. 1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0K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1 ■ 2系统设计任务要求（1） 共有红、绿、黄3色彩灯各9个，要求安一定顺序和时间关系运行 动作要求：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按0. 5S的速度跑动一次，然后， 全 部红灯亮5S,再黄灯，后绿灯，各一次以此循环2） 对各组灯的控制，要求有驱动电路3） 对跑动电路，可以每3个一组，交叉安装，分别点亮每一组，利用视 觉暂停，达到跑动的效果4） 系统要求仿真实验1.3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。

第二章系统电路设计2.1系统设计2. 1. 1系统设计框图图2-1循环彩灯系统框图2. 1.2系统工作原理按下电源开关系统开始工作，单片机把程序计数器（PC）中地址送到程序存 储器，并从中取出需要执行指令的操作码和操作数指令执行阶段可以对指令操 作码进行译码，以产生一系列控制信号，从而完成指令的执行相应外部引脚也 随着产生一系列按设计要求的变化达到设计目的通过控制对核心芯片AT89c51 内部系统编程，设想哪个引脚外发光二极管亮（除接晶振，电源，地的引脚外） 则对其系统内部编程设为低电平，哪个引脚外灭则相应的设为高电平设想引脚 外全部发光二极管亮对应的所有引脚则全设为低电平，设想引脚外相应的发光二 极管全灭则引脚全设为高电平按照上面所讲用一定的外围元件就可实现该电路 晶振采用6MHZ,可知输出延迟时间为2us,再对内部编写循环程序以达到设计要 求就可控制彩灯点亮时间先红、绿、黄三组灯中的每个灯依次点亮0. 5S,然后 三组灯按红、黄、绿点亮5S以此循环完成设计按下复位按钮系统恢复到初始状 态并开始工作2. 2各功能模块作用2. 2. 1 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4K bytes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*8位内部RAM• 32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（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/Vm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/%还是一复用脚，V“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条件Pinl8、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AT89C51引脚分布图2—2：PDIP(T2) T2 EX){R XD) (TXD) (INTO ) (Tim) (TO) LLJ) (VVR)P1 .0 P 1 . 1 P1.2P1.3Pl .4PI . 5PI . 6P1.7 RSTP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5 P3.6P3.7XTAL2XTAL1GND01234567890nnnnnnnnnnnnnnnnnnnn0987654 32109876543214333333 3333222222222VCCPOO (AP0.1 (AP0.2 (AP0.3 (AP0.4 (AP0.5 (AP0.6 (AP0.7 (AVPPALE. PROGPSENO1234567 D D D D D D D DP2.7(A1 5)P2.6(A14)P2.5(A1 3)P2.4(A1 2)P2.3-•P2.2(A10)P2.1(A9)P2.0(A8)图2—2 AT89C51引脚分布图2. 2. 2供电电路随着半导体工艺的发展，稳压电路也采用集成电路器件来制成。

可采用独立 的稳压电源这种供电方式的优点是稳压可靠，且有各种成熟电路可供选择由 集成稳压器具有体积小，外界线路简单，使用方便，工作可靠等优点因此，在 各种电子设备中应用十分普遍，为了跟上时代的发展，可采用W7800系列三端稳 压器，主要利用它的输出电压是固定的在使用中不能进行调整等优点但这次设计为了电源的简洁，采用了 USB接口为循环彩灯系统电路提供稳定5V 的工作电压这样能使整体电路更简洁，更节约成本，从而减少硬件设计的复杂性2. 2. 3复位电路单片机在开机或工作中因干扰而使程序失控或工作中程序处于某种死循环状 态等情况下都需要复位复位的作用是使中央处理器CPU以及其他功能部件都恢 复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作AT89C51单片机的复位是靠外 部电路实现，信号由RESET (RST)引脚输入，高电平有效，在振荡器工作时，只 要保持RST引脚高电平两个机器周期，单片机即复位复位方式一般有上电复位、 手动复位和自动复位电路三种，在本设计中米用的是手动复位电路如下。