单片机课程设计：彩灯控制器地设计

1、word黄河科技学院课程设计任务书工 学院 机械 系机械设计制造与其自动化 专业09 级1班学号某某朱施泽 指导教师 郭晓君题目: 彩灯控制器的设计 课程:单片机课程设计 课程设计时间2012年 12月21日至2012年1月3日共2周课程设计工作内容与根本要求(设计要求、设计任务、工作计划、所需相关资料)纸X不够可加页1设计要求利用AT89C51单片机作为微控制器，用16盏以上的LED小灯，实现至少4种彩灯灯光效果不含全部点亮，全部熄灭；可以用输入按钮在几种灯光效果间切换；可以通过按钮暂停彩灯效果，使小灯全亮，再次按下一样按钮后继续之前的效果。2. 设计任务与要求系统硬件电路设计根据该系统设计的功能要求选择所用元器件，设计硬件电路。要求用Proteus绘制整个系统电路原理图。软件设计根据该系统要求的功能进展软件设计，绘制整个系统的软件流程图；根据流程图编写程序并汇编调试通过；列出软件清单，软件清单要求逐条加以注释。2.3 Proteus仿真用Proteus对系统进展仿真并进展软硬件调试。2.4 编写设计说明书内容包括任务书、设计方案分析、硬件局部设计、软件局部设计、调试结果整理分析、设

2、计调试的心得体会等，字数不少于4000字；硬件局部设计要绘制整个系统电路原理图，对各局部电路设计原理做出说明；软件设计局部要绘制整个系统与各局部的软件流程图，列出程序清单，逐条加以注释，并在各功能块前加程序功能注释。3工作计划 序号设计内容所用时间1布置任务与调研天3制作与调试天4撰写设计报告书2天合 计14天4主要参考资料 指导教师签字: 日 期:目 录1 系统硬件设计41.1 电路设计41.2 主要元器件介绍51.2.1 AT89c51单片机芯片介绍51.2.2 主要特性52 系统软件设计72.1 综述72.2 主程序与流程图72.2.1 主程序72.3 子程序的编程思路8延迟子程序流程图93 系统调试与仿真分析113.1 软件调试113.1.1 单片机C语言113.1.2 Keil uVision2113.1.3 Proteus123.2 软件仿真结果与分析13闪光效果一：单灯向里移动13闪光效果二：流水左移14闪光效果三：3灯走马右移15闪光效果三：红色流水内外移动164 致谢175 参考文献18附录程序代码181 系统硬件设计整个系统以AT-89C51单片机作为主控核心，与发

3、光二极管LED等较少的辅助硬件电路相结合，利用软件实现对LED彩灯进展控制。本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单与容易操作等优点。1.1 电路设计彩虹灯控制器电路见【图1】。其主要设计器件有AT89C51，复位电路，时钟电路，5个按钮其中一个为检测按钮。通过软件设计，使单片机P0和P1作为LED驱动信号输出口，4个外部按钮作为按钮输入口。图1 彩虹灯控制器电路图1.2 主要元器件介绍1.2.1 AT89c51单片机芯片介绍AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。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和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C单片机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。1.2.2 主要特性与MCS-51 兼容 4K

4、字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保存时间：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；引脚定义与功能见【图2】。图2 AT89C51引脚图1 输入输出引脚P0、P1和P2端口引脚P0P3是89C51与外界联系的4个8位双向并行I/O口。本设计中P0和P1口作为LED驱动信号输出口，P2口与4个按钮连接作为按钮输入口，控制4中彩虹灯效果。2 AT89C51单片机的根本结构见【图3】图3 AT89C51根本结构2 系统软件设计2.1 综述本次的任务是设计一个基于单片机的LED彩灯控制器，需要循环运行四种以上预设的彩灯闪烁方案，这里的各种的方案还有显示方式都是由单片机内部的程序控制。在这里我将16个发光二极管分别接在P0和P1口，通过程序控制这两个端口的电平上下，将16个发光二极管的负极接P0和P1口，正极接外部高电平，即P0和P1口的相应端口为低电平时LED就能被点亮。再通过程序循环的让各个端口以不同的方式点亮来达到各种把戏的效果

5、，并且当中要有一定的延时，延时时间小于人眼视觉暂留时间，否如此人眼看上去每个灯都是亮的也就没有实际效果。设计的LED彩灯系统分为两局部，即AT89C51主控模块和发光二极管LED受控模块。整个系统工作由软件程序控制运行，同时根据不同的需要，用户可以在LED彩灯工作时通过主控模块上的按钮来实现4种彩灯灯光效果不含全部点亮，全部熄灭。模块功能：该局部主要涉与功能的实现方式，即程序编写。程序要实现的功能包括读按键，通过对读入按键的值控制LED点亮方式。键盘有5个按键，其中K1、K2、K3、K4控制LED点亮模式。2.2 主程序与流程图2.2.1 主程序AT89C51通过编写程序应完成以下功能：通过P0口和P1控制发光二极管LED的亮与灭，从而实现多种闪烁方案； 用16 盏以上的LED小灯，实现至少4种彩灯灯光效果不含全部点亮，全部熄灭。用输入按钮在几种灯光效果间转换。按照上述要求即可写出主程序代码并绘制出主程序流程图。2.2.2 主程序流程图 开始 扫描按键按钮一 否 按钮二是 否按钮三 效果一 是 否 效果二按钮四 是 效果三 否 是 效果四2.3 子程序的编程思路虽然大致的流程图已经绘制

6、完毕，但编程过程中会遇到更加具体的问题，需要编制一些子程序来解决，以下是一些主要子程序的流程图绘制思路。流程图数码管的显示必须有足够长的时间长到肉眼能够发觉到，因此在点亮数码管时要给 开始予其一个适当的延迟。触发时间i0 否 调用 是 计时 j 125 否 是 输出信号0一个机器周期包括12个时钟周期。单片机AT89C51工作于12M晶振，它的时钟周期是1/12微秒。它的一个机器周期是12*1/12也就是1微秒。一共执行1000次，正好1000微秒，也就是1毫秒。按键扫描子程序用来检测并识别外部输入按钮的输入信号。void KeyScan()if(P2=0xf7) ys1ms(100);if(P2=0xf7)flag=0xf7;if(P2=0xfb)ys1ms(100);if(P2=0xfb)flag=0xfb;if(P2=0xfd)ys1ms(100);if(P2=0xfd)flag=0xfd;if(P2=0xfe)ys1ms(100);if(P2=0xfe)flag=0xfe;其中的状态标志分别为：0xfe为按键1标志 ，0xfd为按键2标志 ，0xfb为按键3标志，0xf7为按键

7、4标。3 系统调试与仿真分析3.1 软件调试本次所有软体程序均采用C51语言编写，程序写完后要对其编译，在Proteus软件里实现硬件电路仿真。下面分别简单介绍单片机C语言和这两款软件。3.1.1 单片机C语言单片机C语言程序设计不同于通用计算机应用程序设计，它必须针对具体的微控制器与外围电路来完成，为了便于学习单片机应用程序设计和系统开发，很多公司退出了单片机实验箱、仿真器和开发板等，这些硬件设备可用于验证单片机程序，开发和调试单片机应用系统。开发8051单片机系统时，使用C语言会使开发周期大为缩短，开发效率大幅提高，程序可读性好且易于移植，所以使用C语言开发单片机系统已经成为必然趋势。C语言在单片机系统开发中的优势： 用C语言编写的程序可读性强； 在不了解单片机指令系统而仅熟悉8051单片机存储结构时就可以开发单片机程序； 存放器分配和不同存储器寻址与数据类型等细节可由编译器管理； 程序可分为多个不同的函数，这使程序设计结构化； 函数库丰富，数据处理能力强； 程序编写与调试时间大大缩短，开发效率远高于汇编语言； C语言具有模块化编程技术，已编写好的通用程序模块很容易植入新程序，这进一步提高了程序开发效率。3.1.2 Keil uVision2C51单片机支持HEX文件，我采用的编译器是Keil uVision2软件，该软件是美国Keil Software 公司开发的，关于8051系列MCU的开发工具，是目前世界上最好的51单片机开发工具之一。软件本身支持数百种51系列单片机芯片，可以用来编译C源码，汇编源程序以与两者的混合编程代码，连接重定位目标文件和库文件，创建HEX文件，调试目标程序等，是一种集成化的文件管理编译环境。使用步骤如下： 建立一个项目，启动Keil，单击“Project菜单/New选项，从弹出的窗口中选择要保存的路径，并输入项目文件名“，然后保存。这时会弹出一个选择CPU型号的对话框，根据所使用的单片机来选择，我用的单片机是AT89C51。 创建程序文件，单击“File菜单/New选项，输入C51语言源程序，单击“File菜单/Save并输入程序文件名“，保存。 程序文件添加到项目中，右键点击“Target 1前面

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