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节日彩灯控制
单片机课程设计
题目:
节日彩灯控制器的设计
院系:
工学院电气与电子工程系
专业:
电气工程及其自动化
班级:
电气工程1504
姓名:
学号:
指导教师:
二〇一七年十二月
节日彩灯控制器的设计
摘要
伴随社会发展的需求,无论是生活娱乐,还是工业控制,彩灯是必不可少的元素,节日中闪烁的彩灯,不仅使人们身心愉悦,还能带来视觉享受。
我们希望节日彩灯能够启动、停止;能够通过开关进行功能选择;能够体现循环、组合和色彩变化的控制功能和效果。
本次设计利用单片机程序以及利用集成电路芯片、LED灯和按键来设计彩灯,将软、硬件有机地结合在一起,实现设计的目的。
通过按键的选择可以控制彩灯,另外还设置一个中断按键在突发场景下给人以提醒。
电路结构简单,变换效果多样,在实际生活中操作简单、易于实现。
关键词LED灯键盘STC89C52集成电路芯片
第一章绪论
1.1项目设计背景及意义
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。
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。
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,影响彩灯效果,因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。
1.2设计目的
(1)了解节日彩灯控制器的工作原理
(2)掌握按键输入的消抖处理程序和延时程序的编写
(3)掌握独立电源设计方法及原理
(4)掌握电路板的实物焊接
1.3设计内容及要求
1.3.1设计内容
设计中主要依据彩灯控制电路,电路最大的特点是稳压和整流装置,只顾按键、二极管、按钮及很少的阻容器件便能实现各种花样等自然的变换,并能即按即变,永久保存。
在国外已经得到了广泛地应用,国内的应用正在渗透到传统的家电领域、通信领域、装饰领域及待开发的领域。
在装饰领域方面,采用彩灯控制电路,加强了人机联系,如会显示数字和汉字的大型彩灯组,从而有效的提高审美观念,方便了使用者;更为人们所熟悉。
大至工业领域,小到玩具、彩灯据此本文介绍了用新偏控制的方式,通过单片机AT89S52和地址锁存器做成得彩灯控制器。
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。
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。
本文提出了一种基于AT89S52单片机的彩灯控制方案,实现对彩灯的控制。
本方案以AT89S52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,可以显示不同的花样。
1.3.2设计要求
以单片机为核心,设计一个节日彩灯控制器:
P1.2—开始,按此键则灯开始流动(由上而下)。
P1.3—停止,按此键则停止流动,所有灯为暗。
P1.4—上,按此键则灯由上向下流动。
P1.5—下,按此键则灯由下向上流动。
第2章设计方案的比较
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,另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2.1所示。
图2.1彩灯控制电路的基本组成
方案二:
本方案主要是通过对基于单片机的多控制、多闪烁方式的LED彩灯循环系统的设计,来达到本设计的要求。
其硬件构成框图如图2.2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、LED发光二极管和5V直流电源电路组成。
图2.2单片机彩灯循环控制系统硬件框图
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,成本也相对较低,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困难。
采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,本次设计采用第二种方案。
第3章硬件电路的设计
3.1 AT89C51单片机
AT89C51(如图3.1所示)是一种带4K字节闪烁可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和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89S51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。
图3.1AT89S51单片机结构图
AT89S51引脚描述:
VCC(40):
供电电压,其工作电压为5V。
GND(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口是一个内部提供上拉电阻的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,被内部上拉为高电平,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
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口为一个内部上拉电阻的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,其管脚被内部上拉电阻拉高,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。
这是由于内部上拉的缘故。
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,它利用内部上拉优势,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内容。
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口管脚是一个带有内部上拉电阻的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,它们被内部上拉为高电平,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。
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。
复位操作不会对内部RAM有所影响。
ALE/PROG(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。
PSEN(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PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的 PSEN 信号将不出现。
EA/VPP(31):
当__ EA 保持低电平时,则在此期间外部程序存储器 (0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,__ EA将内部 锁定为RESET;当__ EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
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内部时钟工作电路的输入。
XTAL2(18):
来自反向振荡器的输出。
3.2系统的硬件构成及功能描述
控制系统硬件设计电路图如图3.2所示:
图3.2控制系统硬件设计电路图
功能描述:
按键复位电路:
复位是单片机的初始化,其作用是使CPU中的各个部件都处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作。
时钟振荡电路:
在STC89C52的外部,XTAL1和XTAL2之间跨越晶体振荡器和微调电容,从而构成一个自激振荡器,形成时钟振荡电路。
时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器二分频后,形成单片机的时钟脉冲信号。
按键电路:
用P2.3、P2.4、P2.2、P2.1作彩灯亮灯方式输入口,按键输入均采用低电平有效。
本设计中按键程序的就是采用查询方式,若图中的P2.3的按键按下,软件程序查询到P2.3口为低电平,跳转到该按键控制的相应彩灯亮灯方式1。
P3.2(INT0)口接一个按键,INT0为边沿触发方式(下降沿有效),当按键按下进入中断服务子程序,彩灯会暂停。
LED彩灯电路:
发光二极管与单片机的P1口相连接,其电路图如图所示。
发光二极管为共阴极,其他管脚分别接P1口的8个端口,P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7每个端口接一个彩灯,当给他们送高电平时发光二极管就会亮。
第4章软件的设计
4.1程序流程图
图4.1总程序框图
4.2软件程序
#include
#include
sbit quanmie=P1^0;
sbit quanliang=P1^1;
sbit congxiashang=P1^2;
sbit congshangxia=P1^3;
int chuzhi,i;
void delay_ms(int z)
{
int x,y;
for(x=110;x>0;x--)
for(y=z;y>0;y--);
}
void main()
{
P1=0xff;
P2=0xff;
while
(1)
{
if(quanmie==0)
{
P2=0xff;
}
if(quanliang==0)
{
P2=0;
}
if(congxiashang==0)
{
int a;
a=0xfe;
while
(1)
{
delay_ms(100);
a=_cror_(a,1);
P2=a;
if(quanliang==0||quanmie==0||congshangxia==0)
{
break;
}
}
}
if(congshangxia==0)
{
delay_ms(10);
if(congshangxia==0)
{
int a;
a=0xfe;
while
(1)
{
delay_ms(100);
a=_crol_(a,1);
P2=a;
if(quanliang==0||quanmie==0||congxiashang==0)
{
break;
}
}
}
}
}
}
第5章系统调试
加载目标代码文件 打开元器件单片机属性窗口,在“Program File”栏中添加上面编译好的目标代码文件“led.hex”;在“Clock Frequency”栏中输入晶振频率为12MHz。
启动仿真如下页图所示:
P1.0—停止,按此键则停止流动,所有灯为暗。
图5.1P1.0—停止
P1.1—开始,按此键则灯全亮。
图5.2P1.1—开始
P1.3—按此键则灯由下向上流动。
图5.3P1.3—按此键则灯由下向上流动
P1.4—按此键则灯由上向下流动。
图5.4P1.4—按此键则灯由上向下流动。
结论
在现代生活中,彩灯作为一种景观,安装在建筑物的适当地方。
一是作为装饰增添节日气氛,二是有一种广告宣传的作用:
用在舞台上增强晚会灯光效果。
彩灯控制器在我们的日常生活中有着重要的运用,如广告牌的设计和节日彩灯的设计都能运用到它的原理。
本次报告中设计的花样彩灯控制器是其中较简单的,但这是进行复杂设计的基础
由于控制程序存储在89C51单片机的电可擦除Flash闪存EPROM中,如果用户需要更改系统的亮灯模式,无须改变系统硬件电路,只需修改其中程序即可,是一种很有发展前途的彩灯控制器。
应用主控模块输出的控制信号去控制灯管内的板模块工作,使得产品性能稳定,便以安装容易操作。
致谢
这课程设计中,完全是在老师的指导下顺利进行的,没有老师的悉心指导,我这论文估计就不太可能完成,老师是一位为人热情,爱岗敬业,对待同学都非常好的老师,在本次课程设计中,无论是题目的选取还是论文框架的构造,以及论文的修改,老师都付出了很大的心血,在我遇到困难的时候,老师时常鼓励我,才使我坚持下去,正是在老师这种关心和爱护下,才使我的论文顺利完成,所以我的首先感谢老师。
其次我还要感谢我的同学,在平常的实物制作和论文写作中,我的同学给了我很大的帮助,为我出谋划策,为我找资料,鼓励我,在我不开心的时候安慰我,在这里我忠心的对他们说声谢谢!
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