24个LED彩灯控制器的设计.doc

XXXXXXXX课程设计课程名称： 单片机原理与应用 题 目： 节日彩灯控制器的设计 / 引言 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特别是每当节日的到来,节日彩灯更是到处都看的到节日彩灯已成为生活中不可缺少的装饰物它集中地运用了单片机、LED、,自动控制等技术,是典型的基于单片机的电子产品本文以AT89C51单片机为控制核心,采用模块化的设计方案,运用LED彩灯、按键等组成电路,实现彩灯在开启时满足不一样的闪亮方法按键可以在彩灯使用的时候选择不同的亮法,使彩灯变化多样,键一可以使彩灯依次循环点亮,健二可以使彩灯从左到又从右到左循环点亮,三号键使两端灭,中间亮,再对半交替亮,然后再奇偶亮通过按键能方便使用者选择不同样的亮法 节日彩灯使生活中常常用到的装饰物品,是我国普遍流行的传统的民间的综合性的工艺品彩灯艺术也就是灯的综合性的装饰艺术在当今的社会里,彩灯已经成为我们生活的一部分,能给我们带来视觉上的享受还能美化我们的生活。

彩灯控制器主要是通过电路产生有规律变化的脉冲信号来实现彩灯的各种变化,它集中地运用了单片机、LED、,自动控制等技术,是典型的基于单片机的电子产品本文以AT89C51单片机为控制核心,采用模块化的设计方案,运用LED彩灯、按键等组成电路,实现彩灯在开启时满足不一样的闪亮方法按P1.2键使灯开始流动；按P1.3键则停止流动；按P1.4键则灯由上向下流动；按P1.5键则灯由下向上流动通过按键能方便使用者选择不同样的亮法并用proteus仿真能使八盏彩灯顺序点亮,逆序点亮和停止第一章 任务设计1.1设计要求以单片机为核心,设计一个节日彩灯控制器控制24个LED灯：l P1.2—开始,按此键则灯开始流动〔由上而下〕l P1.3—停止,按此键则停止流动,所有灯为暗l P1.4—上,按此键则灯由上向下流动l P1.5—下,按此键则灯由下向上流动1.2实验原理 本题目本质上是由按键控制功能的流水灯,LED工作的方式通过键盘的扫描实现其中的LED采取共阳极接法,通过依次向连接LED的Ｉ/Ｏ口送出低电平,可实现题目要求的功能1.3方案论证方案一以80C51单片机为控制核心,采用模块化的设计方案,运用LED彩灯、按键等组成电路,实现彩灯在开启时满足不一样的闪亮方法。

按键可以在彩灯使用的时候选择不同的亮法,使彩灯流动的方向改变,键一可以使彩灯由上而下开始流动,键二可以使彩灯停止,三号键可以使彩灯由上而下流动,四键则可以使彩灯由下而上流动通过按键能方便使用者选择节日彩灯的开启、流动方向和停止系统框图如下：ATC89C51时钟以及复位电路锁存控制电路电源电路数据显示电路图1.系统框图方案二利用模电原理设计,电路用数字电路完成结构复杂,以RY169电路为核心,加上发光二极管的特性以及继电器的原理构成,故障系数大,不易调试,成本可能较高利用单片机设计电路,由于使用软硬件结合的方式代替了数字电路的复杂性,所以电路结构简单、调试也相对方便,经济实惠与第二种方案比较优点是非常明显的此彩灯精度较高、造价低廉、装调容易因此选择第一种方案来设计第二章 系统电路的设计单片机〔SCM〕是单片微型计算机〔Single Chip Microcomputer〕的简称它是把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时/计数器以及输入输出适配器都集成在一块芯片上,构成一个完整的微型计算机随着SCM在技术上、体系上不断扩展其控制功能,国际上已经采用MCU〔MicroControllerUnit〕代替单片机的名词。

它的最大优点是体积小,可放在仪表部但存储量小,输入输出适配器简单,功能较低目前,单片机在民用和工业测控领域得到最广泛的应用,早已深深地融入人们的生活中近年来,AT89C51在我国非常流行,它最大的特点是部有可以多次重复编程的闪烁ROM,并且闪烁ROM可以直接用编程器来擦写〔电擦写〕,使用起来比较方便一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分容：一是系统扩展,即单片机部的功能单元,如ROM﹑RAM﹑I/O口﹑定时/记数器﹑中断系统等能量不能满足应用系统的要求时,必须在片外进行扩展,选择适当的芯片,设计相应的电路二是系统配置,既要按照系统功能要求配置外围设备,如键盘显示器﹑打印机﹑A/D﹑D/A转换器等,又要设计合适的接口电路2.1 AT89C51单片机硬件结构AT89C51是一种低功耗/低电压、高性能的八位CMOS单片机,片有一个4KB的FLASH可编程可擦除只读存储器〔FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory〕,它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术,而且其输出引脚和指令系统都与MSC—51兼容。

片置通用8位中央处理器〔CPU〕和FLASH存储单元,片的存储器允许在系统改编程序或用常规的非易失性存储器编程因此,AT89C51是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机,可方便的应用于各种控制领域2.1.1主要特性<1>与MCS-51产品指令系统兼容<2>4K字节可编程闪烁存储器<3>寿命：1000写/擦循环<4>数据保留时间：10年<5>全静态工作：0Hz-24Hz<6>三级程序存储器锁定<7>128*8位部RAM<8>32可编程I/O线<9>两个16位定时器/计数器<10>6个中断源<11>可编程串行通道<12>低功耗的闲置和掉电模式<13>片振荡器和时钟电路2.1.2 管脚说明VCC〔40〕：供电电压,其工作电压为5VGND〔20〕：接地P0端口〔P0.0-P0.7〕：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P1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进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高P1端口〔P1.0-P1.7〕：P1口是一个部提供上拉电阻的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,被部上拉为高电平,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端口〔P2.0-P2.7〕：P2口为一个部上拉电阻的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,P2口输出地址的高八位在给出地址"1"时,它利用部上拉优势,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端口〔P3.0-P3.7〕：P3口管脚是一个带有部上拉电阻的8位的双向I/O端口,可接收输出4个TTL门电流当P3口写入"1"后,它们被部上拉为高电平,并用作输入作为输入端时,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流〔ILL〕P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如表1所示P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号复位RST<9>：复位输入。

在振荡器运行时,有两个机器周期〔24个振荡周期〕以上的高电平出现在此引脚时,将使单片机复位,只要这个脚保持高电平,51芯片便循环复位复位后P3.0-P3.7口均置1,引脚表现为高电平,程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零当复位脚由高电平变为低电平时,芯片为ROM的00H处开始运行程序复位操作不会对部RAM有所影响ALE/<30>：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<29>：外部程序存储器的选通信号在由外部程序存储器取指令期间,每个机器周期两次有效但在访问外部数据存储器时,这两次有效的信号将不出现EA/VPP<31>：当保持低电平时,则在此期间外部程序存储器〔0000H-FFFFH〕,不管是否有部程序存储器。

注意加密方式1时,将部锁定为RESET；当端保持高电平时,此间部程序存储器在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源〔VPP〕XTAL1<19>：反向振荡放大器的输入及部时钟工作电路的输入XTAL2<18>：来自反向振荡器的输出其引脚图如图2所示表1.P3端口引脚兼用功能表图2.AT89C51引脚图2.1.3 振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出该反向放大器可以配置为片振荡器石晶振荡和陶瓷振荡均可采用如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接有余输入至部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度2.1.4芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成在芯片擦除操作中,代码阵列全被写"1"且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行此外,AT89C51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式在闲置模式下,CPU停止工作但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作在掉电模式下,保存RAM的容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。

2.1.5 AT89C51最小系统AT89C51最小系统中XTAL1、XTAL2端接上晶振及两个谐振电容,在RESET端接上相应的电阻、电容,如需要按键复位,加上按键即可组成一个最小系统,按要求通电后,系统就可以工作了2.2 电路及连线设计将MUC、LED和按键进行电路设计打开PROTEUS的ISIS编辑环境,从PROTEUS中选取该电路所需要的元器件,放置元器件、放置电源和地、连线得到如图3所示的电气原理图,再点菜单栏工具下拉的电气规则检查,当规则检查出现："NETLIST GENERATED OK NO ERC ERRORD FOUND",表示通过检查电路设计完成图3电气原理图第三章 系统软件设计3.1程序设计程序设计是指设计、编制、调试程序的方法和过程它是目标明确的智力活动在进行微机控制系统设计时,除了系统硬件设计外,大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。