LED彩灯控制器的设计与实现-毕业论文.doc
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河北工程技木学院 半亚设计（论文）题目： LED彩灯控制器的设计与实现系（部） 信息技术学院 专业班级 电子信息工程技术专业 学 号 14590201007 学生姓名 周飞达 指导教师 杨志云 职 称 2017年 3 月 1 日LED彩灯控制器的设计与实现主商要： 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木系统具有电路结构简单、易操作、硬件少、体积小、成木低、低能耗等优点，具有一定的实用和参考价值目录摘要一、 前言 4（一） 单片机的概况和基本结构 4（二） 彩灯控制器的研宄现状及意义 6二、 彩灯控制器系统总体设计 6（一）方案分析 6三、 彩灯控制器系统硬件设计 8（一） 单片机选择 8（二） 单片机最小系统 10（三） LED彩灯晶示电路 11（四） 受控模块硬件电路图 12四、 软件设计 13（―）设计介绍 13（二）程序流程图 14五、 彩灯控制器的焊接与调试 15（一） 组装成品焊接 15（二） 电路的调试 16（三） 设计中存在的问题及解决方案 17结束语 17（一） 论文总结 17（二） 工作展望 18参考文献 19射 20P付€卜） 21PCB*及 21附录（二） 22LED彩灯控制器的设计与实现一、前言（一）单片机的概况和基本结构单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit）,常用英文字母的缩写M⑶表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一 个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
单片机由运算器、控制 器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相 比，单片机缺少了外围设备等概括的讲：一块芯片就成了一台计算机它的体积小、 质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件同时，学习使用单片机是了 解计算机原理与结构的最佳选择它最早是被用在工业控制领域单片机的全称是单片微型计算机（Single Chip Microcomputer） o为了用户使用方 便，它把组成计算机的主要功能部件：中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存 储器（ROM、EPROM, EEPROM或FLASH）、定吋/计数器和各种输入/输出接口电路等都集 成在一块半导体芯片上，构成一个完整的计算机系统与通用计算机不同，单片机的指令功能是按照工业控制的要求设计，因此它又被称为微控制器（Micro Controller Unit）in在日新月异的21世纪里，家用电子产品得到了迅速发展许多家电设备都趋于人 性化、智能化，这些电器设备大部分都含冇CPU控制器或者是单片机单片机以其高可 靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广， 广泛应用于工业控制系统、通讯设备、日常消费类产品和玩具等。
并H己经深入到工业 生产的各个环节以及人民生活的各个方面，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型 家用电器（冰箱、空调、彩电）等用单片机来控制的小型家电产品具冇便携实用，操 作简单的特点基本结构1. 运算器运算器由运算部件 算术逻辑单元（Arithmetic & Logical Unit,简称ALU）、累加器和寄存器等几部分组成ALU的作用是把传来的数据进行算术或逻辑运算，输入 来源为两个8位数据，分别来自累加器和数据寄存器ALU能完成对这两个数据进行加、 减、与、或、比较大小等操作，最后将结果存入累加器例如，两个数6和7相加，在 相加之前，操作数6放在累加器中，7放在数据寄存器中，当执行加法指令时，ALU即 把两个数相加并把结果13存入累加器，取代累加器原来的内容6运算器有两个功能：（1）执行各种算术运算2) 执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试，如零值测试或两个值的比较运算器所执行全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的，并且，一个算术操 作产生一个运算结果，一个逻辑操作产生一个判决2. 控制器控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和操作控制器等组成， 是发布命令的“决策机构”，即协调和指挥整个微机系统的操作。
其主要功能有：(1) 从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置2) 对指令进行译码和测试，并产生相应的操作控制信号，以便于执行规定的动作3) 指挥并控制CPU、内存和输入输出设备之间数据流动的方向微处理器内通过内部总线把ALU、计数器、寄存器和控制部分互联，并通过外部总 线与外部的存储器、输入输出接U电路联接外部总线又称为系统总线，分为数据总线 DB、地址总线AB和控制总线CB通过输入输出接U电路，实现与各种外围设备连接3. 主要寄存器(1) 累加器A累加器A是微处理器中使用最频繁的寄存器在算术和逻辑运算时它有双功能：运 算前，用于保存一个操作数；运算后，用于保存所得的和、差或逻辑运算结果2) 数据寄存器DR数据寄存器通过数据总线向存储器和输入/输出设备送(写)或取(读)数据的暂 存单元它可以保存一条正在译码的指令，也可以保存正在送往存储器中存储的一个数 据字节等等3) 指令寄存器IR和指令译码器ID 指令包括操作码和操作数指令寄存器是用来保存当前正在执行的一条指令当执行一条指令时，先把它从内 存中取到数据寄存器中，然后再传送到指令寄存器当系统执行给定的指令时，必须对 操作码进行译码，以确定所要求的操作，指令译码器就是负责这项工作的。
其中，指令 寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入4) 程序计数器PCPC用于确定下一条指令的地址，以保证程序能够连续地执行下去，因此通常又被称 为指令地址计数器在程序幵始执行前必须将程序的第一条指令的内存单元地址(即程 序的首地址)送入PC,使它总是指向下一条要执行指令的地址5) 地址寄存器AR地址寄存器用于保存当前CHJ所要访问的内存单元或I/O设备的地址由于内存与 CPU之间存在着速度上的差异，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存读/ 写操作完成为止显然，当CPU向存储器存数据、CPU从内存取数据和CPU从内存读出指令时，都要 用到地址寄存器和数据寄存器同样，如果把外围设备的地址作为内存地址单元来看的 话，那么当CPU和外围设备交换信息时，也需要用到地址寄存器和数据寄存器［|:（二）彩灯控制器的研究现状及意义19世纪兴起的数字电路以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占冇越 来越重要的地位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流水 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己经成为一种吋尚。
随着人们生活水平的提高，大家的生活环境也不断改善和美化忙碌的一天生活过 去，人们往往会去娱乐场所放松一下节日的到来，城市中张灯结彩，举办节目来庆祝 节日的到来UW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，但目前市场上各样 式的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，影响亮灯效果因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进［人本文提出了一种基于AT89C51单片机的彩灯控制方案，实现对LED彩灯的控制本 方案以AT89C51单片机作为主控核心，与键盘、显示、驱动等模块组成核心主控制模块 在主控模块上设有8个按键和5位七段码LED显示器，根据用户需要可以编写若干种亮 灯模式，利用其内部定时器TO实现一个基本早位时间为5 ms的定吋中断，根据各种亮 灯时间的不同需要，在不同吋刻输出灯亮或灯火的控制信号，然后驱动各种颜色的灯亮 或火，产品实际应用效果较好，亮灯模式多，用户可以根据不同场合和吋间来调节亮灯 频率和亮灯时间。
与普通LED彩灯相比，具有体积小、价格低、低能耗等优点二、彩灯控制器系统总体设计（一）方案分析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，男一种是采 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计数器译码器> LED显示电路图1-1彩灯循环控制器硬件框图方案二：木方案主要是通过对基于单片机的多控制、多闪烁方式的WD彩灯循环系统的设计， 来达到木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、LH）发光二极管和5V直流电 源电路组成时钟 按键控电路 ► < 制电路AT89C51单片机复位 电路 ► 彩灯1直流5V电源电路 ►供电 ►信号图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路按键控制电路，实现彩灯花型的切换功能；車 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，即实现丫快慢两种 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。
二）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，成木也相对较低，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网难釆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，木次设计采用第 二种方案 三、彩灯控制器系统硬件设计(-)单片机选择单片机是主控制器核心，我们选择的是AT89C51AT89C51是一种带4K字节闪 烁 口J编程可擦除只读存储器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机该器件采用ATMEL高 密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容由 于将多功能8位CPU和W烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高 效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案芯片如图3.1 所示RST
