節(jié)日彩燈控制器設計(1)(DOC)

II宿州學院微機應用課程設計報告課題名稱：節(jié)日彩燈控制器設計專 業(yè)： 電氣工程及其自動化班 級：10電氣（1）班姓名 學 號:2010080451 地 點 時 間：2013.5.27-2013.5.31指導老師：李文藝李娜汪材印TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 1\o"CurrentDocument"第1章方案設計 2\o"CurrentDocument"設計方案 2\o"CurrentDocument"方案選擇 3\o"CurrentDocument"第2章硬件設計 4\o"CurrentDocument"直流穩(wěn)壓電源電路 4單片機最小系統(tǒng) 4\o"CurrentDocument"LED節(jié)日彩燈顯示電路 5\o"CurrentDocument"按鍵控制電路 6\o"CurrentDocument"串口電路 7\o"CurrentDocument"第3章軟件設計 9\o"CurrentDocument"第4章系統(tǒng)仿真調(diào)試 11\o"CurrentDocument"系統(tǒng)仿真 11\o"CurrentDocument"仿真調(diào)試 11\o"CurrentDocument"總結(jié) 13\o"CurrentDocument"參考文獻 14\o"CurrentDocument"附錄1節(jié)日彩燈控制器仿真電路圖 15\o"CurrentDocument"附錄2節(jié)日彩燈控制器控制程序代碼 16宿州學院微機應用課程設計報告宿州學院微機應用課程設計報告第第頁摘要近年來LED技術(shù)的發(fā)展引起了國內(nèi)外光源界的普遍關(guān)注， 現(xiàn)已成為極具有發(fā)展前景和較高影響力的高新技術(shù)產(chǎn)品。與此同時，各種與LED相關(guān)的電子產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)在市場上。本文介紹了一種簡易LED節(jié)日彩燈控制器的軟硬件設計過程，本方案以AT89C51單片機作為主控核心，按鍵控制電路、彩燈顯示電路以及單片機最小系統(tǒng)等模塊組成的核心主控制電路。利用軟件編程收錄程序到單片機來實現(xiàn)對 LED節(jié)日彩燈進行控制，本系統(tǒng)亮燈模式多，用戶根據(jù)操作提示可以隨意變換想要的閃爍方式和控制彩燈的閃爍頻率。本系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、易操作、硬件少、體積小、成本低、低能耗等優(yōu)點，具有一定的實用和參考價值。關(guān)鍵詞LED節(jié)日彩燈；彩燈控制系統(tǒng)；閃爍方式第1章方案設計隨著人們生活水平的提高和生活質(zhì)量的改善， 在充滿濃郁都市氣息的大城市中可以看到各種各樣的彩色霓虹燈。LED彩燈由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等優(yōu)勢而得到了廣泛的應用，用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經(jīng)成為一種時尚。但目前市場上各式樣的LED彩燈控制器大多數(shù)用全硬件電路實現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復雜、功能單一，這樣一旦制作成品只能按照固定的模式閃亮，不能根據(jù)不同場合、不同時間段的需要來調(diào)節(jié)亮燈時間、模式、閃爍頻率等動態(tài)參數(shù)。這種彩燈控制器結(jié)構(gòu)往往有芯片過多、電路復雜、功率損耗大等缺點。此外從功能效果上看，亮燈模式少而且樣式單調(diào)，缺乏用戶可操作性，影響彩燈效果，因此有必要對現(xiàn)有的彩燈控制器進行改進。1.1設計方案彩燈控制器大致可分為兩種方案實現(xiàn)。一種是利用電子電路裝置控制，另一種是采用單片機控制。根據(jù)設計任務要求介紹的彩燈控制電路的基本組成， 可以確定彩燈控制器應由振蕩電路、計數(shù)/時序分配電路、移位位寄存器和彩燈顯示五部分組成。其框圖如圖1-1所示振湯電路1F控制電路計數(shù)器譯碼器 LED顯示電路■■―W圖1-1彩燈循環(huán)控制器硬件框圖萬案一:本方案主要是通過對基于單片機的多控制、多閃爍方式的LED節(jié)日彩燈循環(huán)系統(tǒng)的設計，來達到本設計的要求。其硬件構(gòu)成框圖如圖 1-2所示，以單片機為核心控制，由單片機最小系統(tǒng)（時鐘電路、復位電路、電源）、按鍵控制電路、LED發(fā)光二極管和5V直流電源電路組成*供電 —— ?信號圖1-2單片機彩燈循環(huán)控制系統(tǒng)硬件框圖此設計方案中單片機的P1口接5路按鍵控制電路，實現(xiàn)彩燈花型的切換功能；單片機的P3.7引腳接上一個按鈕開關(guān)以實現(xiàn)對彩燈閃爍頻率的控制，即實現(xiàn)了快慢兩種節(jié)拍實現(xiàn)花型的變換；單片機上的P2口接八路LED發(fā)光二極管組成彩燈電路，顯示彩燈循環(huán)情況。1.2方案選擇結(jié)合設計任務書比較以上兩種方案可知：利用電子電路裝置控制，其電路不很復雜,制作相對較容易點，成本也相對較低，但可調(diào)性差，亮燈模式少而且樣式單調(diào)，達不到設計任務要求或?qū)崿F(xiàn)困難。采用單片機控制其優(yōu)點是電路集成度高，工作原理簡單，清晰明了，自定義編程，控制的圖案花樣多，移植性好等。綜上，顯然方案二各方面優(yōu)越于方案一，以及為了體現(xiàn)專業(yè)優(yōu)勢，本次設計采用第二種方案。MJUJUUUU3=C1丄C3MJUJUUUU3=C1丄C3相阿廠n-iur?TE<T>.K第2章硬件設計2.1 直流穩(wěn)壓電源電路對于一個完整的電子設計來講，首要問題就是為整個系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源電路的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運行的前提和基礎。電子設備除用電池供電外，還采用市電（交流電網(wǎng)）供電。通過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓后，得到穩(wěn)定的直流電。直流穩(wěn)壓電源是電子設備的重要組成部分！本項目直流穩(wěn)壓電源為 +5V。如下圖所示：直流穩(wěn)壓電源的制作一般有3種制作形式，分別是分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電源、線性集成穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。下圖穩(wěn)壓電源采用的是三端集成穩(wěn)壓器 7805構(gòu)成的正5V直流電源。=C2亠C4吁3??idGF廠g.iur4TE<>?TDC1^圖2-1三端固定式集成穩(wěn)壓電源電路圖AT89C51單片機的工作電壓范圍：4.0V—5.5V，所以通常給單片機外接5V直流電源。由于時間關(guān)系，此處用3節(jié)1.5V的干電池供電，在此不在贅述此穩(wěn)壓電源電路圖原理。2.2單片機最小系統(tǒng)要使單片機工作起來，最基本的電路的構(gòu)成由單片機、時鐘電路、復位電路等組成。單片機最小系統(tǒng)如下圖2-2所示。時鐘電路：本系統(tǒng)采用單片機內(nèi)部方式產(chǎn)生時鐘信號，用于外接一個 12MHz石英晶體振蕩器和2個30pF微調(diào)電容，構(gòu)成穩(wěn)定的的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時鐘電路。復位電路：確定單片機工作的起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。單片機系統(tǒng)的復

位方式有上電自動復位和手動按鍵復位。本設計采用手動按鍵復位，該復位方式同樣具有上電自動復位功能。電路如下圖所示R10330RHEXTj復位電路R11<TEXT>GND6 時鐘電路A 1r <TEKT>19X1R10330RHEXTj復位電路R11<TEXT>GND6 時鐘電路A 1r <TEKT>19X1CRYSTAL<TKT>18U2C7卿<TEKT>uPD.DZADO5PD.1/AD1POJZAEQPD.3MO3PD.4WE4P0.5ZAD5卩D.&/AD8R$TPD.7/AC7P2.D/^8P2VAQP2.2/A1DFSENP2.3jTahALEP24/A12EAP2.5/A13F2.aWM4F2.7/A15FLOP3.0/RXDP1.1P3J/TXDF1JP3.2/IN1DPl.3P3.3/INT1PI.4P34<TDF1.5P3.6/T1FL5oF3.6/WRP1.75P37/RD63031~5T-5F3534322122232斗252627281011121415衛(wèi)1739圖2-2 單片機最小系統(tǒng)2.3LED節(jié)日彩燈顯示電路LED節(jié)日彩燈顯示電路（如圖所示）實際上是由8個發(fā)光二極管和8個電阻構(gòu)成的電路。發(fā)光二極管與電阻對應串聯(lián)，然后接在與之相對應的P2口上。通過軟件編程對P2口輸出高低電平來實現(xiàn)不同的閃爍花型。 由于發(fā)光二極管的導通電壓一般為1.7V以上，另外，他的工作電流根據(jù)型號不同一般為1mA到30mA，電阻選擇范圍100歐姆?3千歐姆在此我們這里選用560歐姆的電阻。

D1>00/ADO*0.2/AD2037AD8>04M>4*0.5/AM>O.O/ADeO.7/AD7吃/I臨N/A怕S2.3/A11J24M12>2.6fA\3吃方呦4=■2.7^153.0/RXD'3.1/TO3.2/jwTO3.3/INT1P3.4H0P3,5/Ti=3B^VRP3.7/RD3933373432212222；24252B2723101112D1>00/ADO*0.2/AD2037AD8>04M>4*0.5/AM>O.O/ADeO.7/AD7吃/I臨N/A怕S2.3/A11J24M12>2.6fA\3吃方呦4=■2.7^153.0/RXD'3.1/TO3.2/jwTO3.3/INT1P3.4H0P3,5/Ti=3B^VRP3.7/RD3933373432212222；24252B27231011121314151317aS9C51-MY<T￡XT><TEXT>LEDYELLOWD2^TEXT>LEDYELLOWD3<TEXT>LEDYELLOWD4<TEXT>LED-YELLOWD5<TEXT>LED-YELLOWVD6<TEXT>LED-YELLOWD7<T6XT>LED-YELLCWD0<TEXPLJED-YELLOW330RuTEXTaR233OR<TEXT>R3―i 、——o330R<TEXT>R4330RR5―I I330R<TEXT>R6330R<TEXT>F?7—i i—卜330R330R<TEXT>圖2-3LED節(jié)日彩燈顯示電路2.4按鍵控制電路按鍵控制電路（如圖2-4所示）是由6個按鍵開關(guān)構(gòu)成的。他們分別接在單片機AT89C51的P1接口和P3.0口,Key1…Key5接在P1.0…P1.4,Key6接在P3.7上。為了一對一的控制LED燈的閃爍方式。當按下開關(guān)Key1時，LED節(jié)日彩燈系統(tǒng)閃爍第一種彩燈花型。當按下開關(guān)Key2時丄ED節(jié)日彩燈系統(tǒng)閃爍第二種閃爍方式當閉合Key6時，彩燈閃爍節(jié)拍變慢。P1.CP3.0/RXDP1.1P31>TXDFl.2P3.2/1MIDP13卩3-3/1KT1P1.4P34ZTOP16P3JWTIP1.6□P3.6AA/RPIJtDP3.7fiDid-14Fid-14FI'-~17ATS^CSI-l<TBCT>Key2Key3Key4Key6節(jié)奏快慢Key6節(jié)奏快慢GhlD圖2-4鍵盤控制電路

2.5串口電路串口電路為單片提供與PC機連接端口，為單片機提供下載程序到單片機程序存儲器中。串口原理圖如圖2-5所示。串口也稱串行通信接口，RS-232是目前最常用的一種串行通訊接口，由于其形狀和針腳數(shù)量的原因，其接頭又被稱為DB9接頭。RS-232針腳定義：2RXD?ReceiveData接收數(shù)據(jù)、3TXD—TransmitData發(fā)送數(shù)據(jù)、5GND—SystemGround系統(tǒng)接地，一般就用到這幾個引腳。圖2-5串口原理圖圖2-5串口原理圖MAX232芯片是專門為電腦的RS-232標準串口設計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5v單電源供電。MAX2內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分：第一部分是電荷泵電路：由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成，功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道：由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道，其中13腳（R1IN）、12腳（R1OU爪11腳（T1IN）、14腳（T1OUT為第一數(shù)據(jù)通道，8腳（R2IN）、9腳（R2OUT、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUTT2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS^據(jù)后從R1OUTR2OU輸出第三部分是供電：15腳DNG16腳VCC（+5v）。在此，本系統(tǒng)的硬件電路已經(jīng)全部設計完畢。第3章軟件設計單片機的應用系統(tǒng)由硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，我們還不能看到多控制、多閃爍方式的LED丁系統(tǒng)循環(huán)點亮的現(xiàn)象，我們還需要告訴單片機怎么樣進行控制，即編寫程序控制單片機管腳電平的高低變化，來實現(xiàn)發(fā)光二極管的明滅。軟件編程是多控制、多閃爍方式的LED丁系統(tǒng)中的一個重要的組成部分，是本設計的重點和難點。下面，我將闡述多控制、多閃爍方式的節(jié)日彩燈系統(tǒng)是如何實現(xiàn) 8個LED丁的循環(huán)點亮，來介紹實現(xiàn)流水燈控制的軟件編程方法。本設計是以單片機AT89C51為核心控制8個發(fā)光二極管5種閃爍方式的變換。硬件電路如圖附錄1所示，八個發(fā)光二極管D1-D8分別接在單片機的P2.0—P2.7接口上，當給P2.0口輸出“0”時，發(fā)光二極管點亮，當輸出“1”時，發(fā)光二極管熄滅?？梢赃\用輸出端口指令MO\P0,A或MO\P0,#DATA只要給累加器值或常數(shù)值，同理，接在P2.1?P2.7口的其他7個LED的點亮和熄滅的方法同LED1因此，要實現(xiàn)流水燈功能,我們只要將發(fā)光二極管LED?LED8依次點亮、熄滅，8只LED丁便會一亮一暗的成流水燈了。在此我們還應注意一點，由于人眼的視覺暫留效應以及單片機執(zhí)行每條指令的時間很短，我們在控制二極管亮滅的時候應該延時一段時間，否則我們就看不到閃爍效果。程序設計流程如圖3-1。程序啟動時跳轉(zhuǎn)到鍵盤判斷模塊程序中，此程序里面包含Keyl?Key5的按鍵情況判斷，循環(huán)檢測直到有按鍵按下的時候，程序轉(zhuǎn)去相對應按鍵的彩燈顯示的花型模塊，與此同時，當按鍵Key6有閉合時，程序中調(diào)用延時程序程序時，給延時參數(shù)賦值上另一個值，是延時程序延時時間發(fā)生改變，以達到不同快慢節(jié)奏閃爍的彩燈。具體程序流程如下圖所示。

圖3-1主程序流程圖第4章系統(tǒng)仿真調(diào)試4.1系統(tǒng)仿真本設計使用的KeilC51軟件來進行編程。KeilC51提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的電路分析實物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC,并支持單片機，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機軟件仿真系統(tǒng)。rRIOHDFl*5V時鐘電歸AMIDKey1Key2Key?Key4按鍵揑制電路Key6R11□NDC5Z3JFOKey5U2LEB-YELLOWIR1>MTAL1匸1陽UfADDPO.I^ADIPOLBADSXTALZPO3fAE>3POl.WAt#FOUADS陽JSADSK&Tra.WASTFZnAEP即陽P22-A1OFZ^AHALEP2.1M12?z5mi3p詢譏FZ.7WL1SFUJIP1L1PZ3HHXDP3.irD(BPJL^舊NTEiPJJflITTFUIM<rRIOHDFl*5V時鐘電歸AMIDKey1Key2Key?Key4按鍵揑制電路Key6R11□NDC5Z3JFOKey5U2LEB-YELLOWIR1>MTAL1匸1陽UfADDPO.I^ADIPOLBADSXTALZPO3fAE>3POl.WAt#FOUADS陽JSADSK&Tra.WASTFZnAEP即陽P22-A1OFZ^AHALEP2.1M12?z5mi3p詢譏FZ.7WL1SFUJIP1L1PZ3HHXDP3.irD(BPJL^舊NTEiPJJflITTFUIM<gifTBF3S71PH曲顧P1SPUSPI亍■ mt/ITTeJ —X-1』CRYSTAL1G-rrD2LED^rELLA^ILED'TELLDIAID4D5D6LED^YELLOIA1*TEKT*LED-YELLOWLED-YELiIjOVWD7D3LED=YELLOinJ*TEKT*LE9-YELL0VU口□貝R2—IITDR.<TEKT>R3MXIIR.*TEKT?R4R5ZI3A.?TBCT>彩燈顯示電路圖4-1仿真電路圖4.2仿真調(diào)試本系統(tǒng)的調(diào)試是把在Keil里面寫好的程序通過編譯不出現(xiàn)任何錯誤后將生成的后綴名為.HEX的文件加載到AT89C51單片機中。接下來我們將在PROTEUS軟件進行軟硬件結(jié)合的調(diào)試

MEM200ProgramSize;data=9,0xdata=Ocode=432creatinghexfilefrom^SUNLIGHT".ffSUNLIGHTff-0Error(5}f3Warning(s)MEM200:BuildCommand~FindinFiles/圖4-2程序編譯F面是在PROTEUS軟件仿真系統(tǒng)中的調(diào)試結(jié)果，如表4-1:表4-1測試結(jié)果及狀態(tài)分析序號測試項目測試方法測試結(jié)果狀態(tài)分析1是否能正常工作打開仿真電路圖，加載程序，點擊開始運行。無任何錯誤提示仿真電路正常2彩燈花型控制運行仿真，隨機按下任意按鍵，觀察彩燈顯示效果。對應按鍵按下，彩燈出現(xiàn)不同花型。本設計實現(xiàn)了多控制、多閃爍的節(jié)日彩燈循環(huán)。3節(jié)奏快慢控制按閉合Key6，觀察彩燈循環(huán)跳動節(jié)奏當閉合Key6時，彩燈循環(huán)閃爍變慢。本設計實現(xiàn)了用快慢兩種節(jié)拍實現(xiàn)花型交換。經(jīng)以上仿真上測試證實，能實現(xiàn)本設計系統(tǒng)要求的預期的功能總結(jié)通過這幾天的單片機的實訓，我們把以前學過的很多知識都運用到了，對所學知識起到了一個串聯(lián)的作用，使我們更加清晰的了解我們專業(yè)的應用范圍，同時也深刻的體會到我們欠缺的很多，還需要繼續(xù)學習。設計過程中出現(xiàn)的問題層出不窮，經(jīng)過老師的指導都能一一得到解決，使我們學到了很多的實際應用型知識。主要的問題處在對知識掌握的不牢固上，對很多元件了解的太淺，所以在選擇器件時經(jīng)常出現(xiàn)失誤。另一個就是電路圖的設計，因為實際操作的機會很少，所以在設計電路圖的過程中很多實際的問題沒有考慮進去，從而使電路圖看起來沒有實際應用性。不論是書本上的，還是實際操作中的知識，都在這次設計中得到了一個實踐的過程。不僅能從中學到很多新知識，更重要的是在以前理論的基礎上更深刻的掌握了單片機的深層內(nèi)容及實際生活中的應用。實訓鍛煉了自己動手能力和思維能力，還有在軟件方面的編程能力，讓我受益匪淺，同時也暴露出一些平時學習上的問題，讓我深刻反思。這些問題的發(fā)現(xiàn)將為我以后的學習和工作找明道路，查漏補缺為進一步學習作好準備。通過實訓，讓我懂得了如何編寫一些簡單的程序，學會了如何制作單片機應用程序，并且可以在今后的日常生活中靈活運用。由于時間倉促及自身專業(yè)知識的不足，整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點和錯誤，懇請老師批評指正。參考文獻[1]張毅剛.單片機原理及應用.北京：高等教育出版社，2011[2]楊素成.模擬電子技術(shù)基礎簡明教程.北京：高等教育出版社，2010[3]彭虎.微機原理與接口技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2011[4]趙春華、張學軍.Multisim9電子技術(shù)基礎仿真實驗.北京：機械工業(yè)出版社，2007節(jié)日彩燈控制器仿真電路圖U1vmsrctrccE口」547DUF*TE<b*TBCT*tTDUf<TEKt*?TEXT*C6時鐘電路□.iurr1R10ZEF.?TE<nE3S3C5ZUF復位電路R113xm嚼nxi>8DP 町BE_]XIL-cr.'twtxl?TEXT*13；C7<TECT>■9*strA?如Key6°節(jié)姜快慢*SUA9U2ID1>XTAL1 j；陽mc<D?P加DUpnsyi&zXTA13pnpahi帕伽叭PQjffA&SPDJaTA&SRSTpg『艙聽陀S3P2-1/A9P2^*Aia屈milPNM自illXLFP7a/A17頤P2JWA13PZJSAHfz.WaisFIHPZDfKXDM?1ps.imcfrIP12pajHirmPiP^ZiTffTTFL4p僅PZLEHP1#T1上FuawnrP1.7 WpjiiTnrA7SCS1HUY-4P3SFF3SH-4P7需?TBCI*LED"YELUDWZXR?TE<nD2fTECT>LED-YELLXWJD3—■F町雪eLEE仕LUMAJD4<TE<nLEO-ySlIXiWIDSD6LEO-YELLOWr<TEKT*LED'YELUDWID7prvTEd^i^YELLCW?TEKT*R3 耳TTEK"<TKT??TKT>3&R?TE<nzmq.<TECT>5l|_|R■F^TBcnLEC-YELbOVW33DH.占Tm<“影燈顯示電路附錄2節(jié)日彩燈控制器控制程序代碼ORG0000HLJMPMAINORG0040HMAIN:MOVP1,#0FFHMOVA,P1CJNEA,#11111110b,S1LCALLK1S1:CJNEA,#11111101b,S2LCALLK2S2:CJNEA,#11111011b,S3LCALLK3S3:CJNEA,#11110111b,S4LCALLK4S4:CJNEA,#11101111b,MAINLCALLK5LJMPMAINK1:MOVA,#01111111bC1:RLAMOVP2,ALCALLDelayJNBP1.1,K2JNBP1.2,K3JNBP1.3,K4JNBP1.4,ZLJMPC1K2:MOVP2,#0FEHLCALLDelayMOVP2,#0FCHLCALLDelayMOVP2,#0F8HLCALLDelay

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