AT89C52单片机彩灯控制装置论文.pdf

保定科技职业学院毕业论文（设计） 1 目录 摘要.2 前言.3 1 彩灯控制器方案设计4 11 设计要求4 12 系统功能4 2 彩灯控制器设计过程.5 21 元件选取5 22 硬件设计.5 221AT89C52 管脚说明图. 5 222 AT89C52 主要特性. 7 223 主控模块7 23 软件设计.8 231 语言选择.8 232 程序功能说明8 233 主程序流程图 9 234 程序简介9 结论.11 参考文献：.13 致谢.13 保定科技职业学院毕业论文（设计） 2 摘要 本设计是一种基于 AT89C52 单片机的彩灯控制方案，实现对 LED 彩灯的控 制。本方案以 AT89C52 单片机作为主控核心，用 32 个 LED 构成显示模块、用 74HC595 作为驱动模块，由编程实现亮灯循环模式。由在显示模块上有 32 个 LED 彩灯,根据用户需要可以编写若干种亮灯模式 。本系统具有体积小、硬件 少、电路结构简单及容易操作和阅读等优点。该 LED 彩灯控制器实际应用效果 较好，亮灯模式多。与其他 LED 彩灯相比，具有体积小、价格低、低能耗等优 点。在能源比较匮乏的今天，彩灯的循环控制在显示方面更表现出一种节约能 源的魅力。这将使彩灯具有更广阔的发展天地。 关键字：AT89C5174HC595循环LED 彩灯 Abstract The design is a project of the colour lantern control which based on a AT89c52 single-chip to achieve the control of the LED lanterns.The master core of the design is AT89c52 single-chip,the display module is formed with 32LEDS,the drive module of the design use 74HC595，the programme achieve the circle mode of the colour LEDS.The 32 LEDS on the display module can be compiled a lot of modes based on the needs of the users。This system has some excellences of small bulk,few hardware,simple circuit frame,easy handle and read.The practice appliance effect of this colour lantern control is better andlots of modes of the colour lantern.This LED has some excellences of small bulk,low price, low energy consume compared with else LEDS.In lack energy today,the LED circle mode comports a charm of the economying energy on the display.This will lets LED has more amplitude heaven and earth to develop. Keywords: AT89C5174HC595CirculateLED Lantern 保定科技职业学院毕业论文（设计） 3 前言 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。彩灯的运用已经遍布于人们的生活中，从歌舞厅到卡拉 OK 包房，从节的祝 贺到常生活中的点缀。这些不紧说明了我们对生活的要求有了质的飞跃，也说明 科技在现实运用中有了较大的发展， 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 AT89C52 单片机的彩灯 控制方案，实现对 LED 彩灯的控制。 保定科技职业学院毕业论文（设计） 4 1 彩灯控制器方案设计 11 设计要求 本次毕业设计要求设计一个可编程彩灯控制器，其设计要求如下： 1、用 32 个发光二极管作为显示电路。 2、实现 LED 动态显示。 3、能连续循环显示。 12 系统功能 彩灯控制器可直接与 220 V 交流市电相连接，经过开关电源变换，输出 直流工作电压，一方面为管内 LED 模块提供 12 V 工作电源，另一方面为主控模 块单片机系统提供 5 V 工作电源。整个系统工作由软件程序控制运行。上电后， 彩灯控制器按程序设计好的模式进行显示， 由全灭按程序显示全都熄灭为一 个周期。然后循环继续工作。 13 方案 可只采用 AT89C51 作为主控芯片，将 P1 口的 P10 P11 P12 P13 分别接 8 个 LED 实现显示，可用 C 语言或者汇编语言编程实现。方案框图如图 1： 电 源 AT 89C52 LED 显示 图1 保定科技职业学院毕业论文（设计） 5 2 彩灯控制器设计过程 21 元件选取 名称规格型号数量 面包板1 微处理器AT89C521 电阻5.1k,1k,10k32 ,1 ,2 电容30pf2 极性电容10vf1 晶振11.0592MHZ1 按钮1 LED（R）16 LED（G）16 22 硬件设计 221AT89C52 管脚说明图 VCCVCC：供电电压。 GNDGND：接地。 P0P0 口口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口， 也即地址/数 保定科技职业学院毕业论文（设计） 6 据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻 辑门电路，对端口 P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数 据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线 复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时，P0 口接收指令字 节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1P1 口口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 的输 出缓冲级可驱动 （吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口写“1”， 通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用 时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 (IIL)。与 AT89C51 不同之处是，P1.0 和 P1.1 还可分别作为定时/计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参下表。Flash 编 程和程序校验期间，P1 接收低 8 位地址。表.P1.0 和 P1.1 的第二功能 引脚 号 功能特性 P1.0T2，时钟输出 P1.1T2EX（定时/计数器 2） P2P2 口口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓 冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口 P2 写“1”， 通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用 时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 (IIL)。在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器时，P2 口送 出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。Flash 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和一些控制信号。 P3P3 口口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3 口输出 缓冲级可驱动 4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写入“1”时，它们被内部上 拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输 出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的 第二功能 P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制 信号。 保定科技职业学院毕业论文（设计） 7 RSTRST：复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高 电平将使单片机复位。 XTAL1XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性振荡器特性: :AT89C52 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放 大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大 器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外 接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容 C1、C2 接在放大器的反馈回路中构成 并联振荡电路。使用石英晶体，我们推荐电容使用 30pF10pF，使用陶瓷 谐振器建议选择 40pF10F。用户也可以采用外部时钟。这种情况下，外部 时钟脉冲接到 XTAL1 端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2 则悬空。 222 AT89C52 主要特性 兼容 MCS51 指令系统 ， 8k 可反复擦写(1000 次）Flash ROM 32 个双向 I/O 口 ，256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时/计数器中断 ，时钟频率 0-24MHz 2 个串行中断 ，可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源，共 6 个中断源 2 个读写中断口线，3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功。 223 主控模块 本设计用 AT89C52 作为主控模块，用 P10 口作为信号口与驱动模块相连。 AT89C52 单片机作为主控模块，由 C1, C2 和 X1 构成振荡器,引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是输入端和输出端。P1 口的 P10 作为信号输出，将控制程序烧 入单片机上电后开始工作。 保定科技职业学院毕业论文（设计） 8 23 软件设计 231 语言选择 新型 LED 彩灯控制器最大特点在于所有亮灯模式均由软件控制完成。 本设计 采用 AT89C52 单片机为主控芯片，所以程序实现可以用汇编语言或 C 语言，也可 以汇编和 C 混合使用。汇编语言有其一定的优点，比如：能够直接访问与硬件相 关的存储器或 I/O 端口；能够不受编译器的限制，对生成的二进制代码进行完全 的控制；能够根据特定的应用对代码做最佳的优化，提高运行速度；能够最大限 度地发挥硬件的功能； 用汇编语言编写的程序比用高级语言编写的程序所要求的 存储空间与执行时间将显著减少等。但是汇编语言是一种层次非常低的语言，它 仅仅高于直接手工编写二进制的机器指令码，因此不可避免地存在一些缺点。比 如：编写的代码非常难懂，不好维护；很容易产生 Bug，难于调试；只能针对特 定的体系结构和处理器进行优化；开发效率很低，时间长且单调。使用汇编语言 编写的程序，机器不能直接识别，要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言等。 而 C 语言也有其缺点，主要是表现在数据的封装性上，这一点使得 C 在数据的安 全性上做的有很大缺陷； C 语言的语法限制不太严格， 对变量的类型约束不严格， 影响程序的安全性，对数组下标越界不作检查等。但是 C 语言简洁紧凑、灵活方 便 、运算符丰富、数据结构丰富、C 语法限制不太严格，程序设计自由度大、C 语言允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作、 C 语言程序生成代码 质量高，程序执行效率高，一般只比汇编程序生成的目标代码效率低 10 20%， C 语言适用范围大，可移植性好。由于本设计需要仿真调试，经过综合考虑，选 用 C 语言编程实现对 LED 彩灯的控制。 232 程序功能说明 LED 彩灯控制器所有亮灯模式均由软件控制完成。可以根据需要来确定各种 模式工作时间 Ti， 以及确定在各种亮灯模式 Mode l_i 内点亮和熄灭各种颜色 LED 灯的时刻。整个系统软件由主程序（ Main） 、各个模式子程序（Model_i） 、显示 子程序（Display）等程序组成。根据模式需要计算好各控制信号的发生时刻， 根据不同的模式 Mo del_i 可以设定不同的工作时间 Ti 通过 P1 口输出，使 LED 保定科技职业学院毕业论文（设计） 9 彩灯按照设计的模式工作。亮灯模式子程序 Model_i 可以编写若干(n 种)，只要 控制好各色灯触发和熄灭时刻就可以组合成各种亮灯效果。 本设计的功能是通过 改变 LED 亮灭方式使彩灯轮流显示， 上电后在缺省状态顺序调用 Model_i 花样亮 灯模式，由从右到左同步依次点亮两列一组从右到左同步依次点亮6，7，8 列点亮2，3，4 列点亮右 4 列亮左 4 列灭右四列灭左 4 列亮3，4，7，8 列亮2，3，4，6，7，8 列亮全亮奇数列亮偶数列亮从两边到中间依 次点亮从中间到两边依次熄灭前两行亮后两行灭前两行灭后两行亮左 4 列亮右 4 列灭左 4 列灭右四列亮对角亮OK 图形构成亮灯模式的循环。 233 主程序流程图 主程序 程序初始化 调用亮灯模式 1 第一种模式亮完？ 调用第 I 种亮灯模式（I=1，2，3 N） YN Y N 第 N 种亮灯模式完？ 234 程序简介 本设计用了 P1 口的 P10，P11，P12 和 P13。程序有主程序，子程序，延时 程序。 定义 LED 低电平亮高电平灭。由于显示方式比较多，需要定义一个数组 来存放显示数据。当显示方式比较简单逐个点亮时还可以调用流水灯程序段。延 保定科技职业学院毕业论文（设计） 10 时一定时间后按显示数据依次显示下去直到最后一种显示方式。 延时一定时间后 循环继续显示。 保定科技职业学院毕业论文（设计） 11 结论结论 在本设计过程中虽然遇到很多困难，但是从中收获很多。本设计主要是用单 片机设计彩灯控制器，用 C 语言编程实现对彩灯亮灭模式的控制，用 AT89C52 作为主控芯片，其中硬件设计与软件设计都离不开对单片机知识的再学习。这让 我对单片机知识的理解更加深刻。 单片机由于去造价低廉控制简单等特点而得到 广泛应用。在 LED 设计中选用单片机可以减少很多不必要的麻烦。本次设计需要 根据要求运用所学知识将其付诸实践来完成。这并不是在课堂上的单纯听懂，或 者课后看书过程中的深入理解，这需要的是一种理论联系实践的能力。理论知识 往往都是在一些理想状态下的假设论，而实际的动手操作则完全不同，需要考虑 实际中的很多问题。有些知识在理论上可能完全没错但到了实际中则不然。比如 在动笔做题时我们是不用考虑导线的电阻的，但在实际中，导线电阻有时是会造 成花型变化的错乱，所以我们应尽量在连接电路时选择最短路径。这次的设计中 应用了整块板子，对电路板更加了解了。设计中通过对电路的连接也懂得了如何 通过设计的分析对所连电路的整体布局，如何更好的放置芯片在最合适的位置。 在导线的连接上， 如何选择导线走向是关键， 我们应该尽量保证所连电路的简捷， 宁短勿长，合理布线。一个成功的作品不仅要能很好的完成要求实现功能，还要 在感官上给人美的享受。所以站在美的角度对自己的电路进行改良是很必要的。 本设计采用 C 语言编程， 则可以分块编程， 画出程序流程图， 但总体思路要清晰。 通过查阅资料，找到相似设计的程序，适当修改，将其变成自己的程序，前提是 读懂，吸收此相似程序。编写程序时要细心，有时一个字母的大小写就可以使程 序出错。修改程序时要从上到下修改，有时上面修改好了下面的自然就没错了， 不要从下到上或者随机修改。总之，编程是需要细心，耐心和技巧的。在设计中 保定科技职业学院毕业论文（设计） 12 经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做 法， 既节省时间也会从别人身上学到更多。在设计时和同学相互交流各自的想法 也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的 意见，其他人的设计一定有比你出色的地方，很好的借鉴，最终一定会得到很好 的设计方法。与市面上大多数的 LED 彩灯相比，该种彩灯具有更好的灯光装饰效 果，性价比更高，与普通的全硬件 LED 彩灯相比具有更好的经济效益。应用主控 模块输出的控制信号去控制灯管内的 L ED 板模块工作，使得产品性能稳定，