单片机霓虹灯设计.doc

单片机应用课程设计报告设计题目霓 虹 灯 设 计 学 院数 理 学 院 指导老师 吴 荣 燕 专 业信 息 与 计 算 科 学 组 员邹 倩 妮20084390104周 婷20084390106侯 傲20084390111陈 范 林20084390149 2010-12-25星期六摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机（Single Chip Microcomputer）的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益地更新。在实时检测和自动控制的应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。我们周围有许多广告牌、交通指示灯等都是通过单片机控制的。霓虹灯模拟控制器正是利用美国ATMEL公司生产的AT89C52单片机作为核心控制芯片实现对霓虹灯的控制。模拟控制器由单片机控制部分和显示部分组成，与按键、电阻等较少的辅助硬件电路相结合，通过汇编语言编程可以实现任意改变霓虹灯的变化花样和。本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易操作等优点。关键词 霓虹灯 AT89C51 汇编语言目录1 引言42 关键器件和设备43 设计内容54 硬件设计54.1主控制器模块设计54.2 本设计中用到的引脚功能说明64.3 AT89C51时钟电路74.4 AT89C51复位电路84.5 主控模块电路设计85软件设计85.1 程序流程图设计85.1.2 流水灯制流程图106总结117参考文献118 附录128.1电路图：128.2程序运行代码131 引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， 彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。霓虹灯在实际应用中非常的广泛，其控制器属于定制产品，市场迫切需要低成本高性能的霓虹灯控制器技术。AT89C51单片机时可多次改写的可编程芯片，内部有4KFLASH RAM，含有4个8位双向或准双向的并行I/O接口P0P3，性价比相当的高，适合成为霓虹灯程序控制器的核心部件。控制器的花样变化及速度调节能用软件方法实现，这样机进一步提高了性价比。本文提出了一种基于AT89C51单片机的霓虹灯模拟控制方案，实现对LED彩灯的控制。本方案以AT89C51单片机作为主控核心，与按键、显示、等模块组成核心主控制模块。在主控模块上设有5个按键和8个发光二极管，根据用户需要可以编写若干种亮灯模式，利用其延时控制程序实现延时，根据各种亮灯时间的不同需要，在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号，然后驱动LED灯的灯亮或灭。2 关键器件和设备单片机芯片AT89C51；按扭开关：5只；电容：电解质电容器10F1只、陶瓷电容器30pF 2只；电阻：5.1 k5只，1 k1只，2208只；开关：5个；发光二极管：8个晶振：12MHz；万用电路板：1块。3 设计内容用单片机的P1.0P1.7做输出口，接八只发光二极管，用单片机的P3.0P3.4做为编码开关。编写程序，读编码开关状态，使发光二极管有四种不同显示效果和一种总的显示效果，模拟霓虹灯出现的效果。编写程序，调试运行，拨动不同的开关，模拟霓虹灯出现的效果。第一个拨码开关合上以后，达到一种流水灯、霹雳灯、广告灯和闪烁灯的组合效果，每种亮灯效果不断循环。第二个拨码开关合上以后，达到流水灯的亮灯效果：八个发光二极管从上到下、从下到上、从量变到中间以及从中间到两边循环亮灯。第三个拨码开关合上以后，达到霹雳灯的亮灯效果:八个发光二极管全亮和全熄的循环亮灯。第四个拨码开关合上以后，达到广告灯的亮灯效果：八个发光二极管以间距变化的若干个发光二极管循环亮灯。第五个拨码开关合上以后，达到闪烁灯的亮灯效果：八个发光二极管从两边到中间以及从中间到两边亮灯数量不断减少的循环亮灯。4 硬件设计4.1主控制器模块设计 本设计用AT89C51作主控制器，构成一个最小控制系统，这个包括：单片机、晶振电路，复位电路。 AT89C51 是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8 位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM）。AT89C52单片机属于AT89C51单片机的增强型，与Intel公司的80C51在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。4.2 本设计中用到的引脚功能说明AT89C51的引脚图如图4-1所示。 图4-1 AT89C51的引脚Vcc：第40脚，电源引脚，必须接+5V电源。Vss：第20脚，接地电位。P1 口：第18脚。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)。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）。P3 口：第1017脚。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（吸收或输出电流）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）。此外，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。RST：第9脚。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。/VPP：第31脚。外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。4.3 AT89C51时钟电路时钟频率直接影响单片机的速度，电路的质量直接影响系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式：内部时钟方式和外部时钟方式。内部时钟方式：AT89C51芯片中的高增益反相放大器，其输入端为引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。通过这两个引脚在芯片外并接石英晶体振荡器和两只电容（电容C1和C2一般取30pF）。石英晶体振荡器为一个感性元件，与电容构成振荡回路，为片内放大器提供正反馈和振荡所需要的相移条件，从而构成一个稳定的自激振荡器。AT89C51振荡电路如图5-1所示。 图5-1 AT89C51振荡电路外部时钟方式：常用于多片MCS-51系列单片机同时工作。 如图所示。 图5-2 外部时钟电路4.4 AT89C51复位电路AT89C51复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。本设计采用AT89C51上电复位复位电路。如图5-3所示。 图5-3 复位电路4.5 主控模块电路设计霓虹灯模拟控制器主控模块电路如附件录图所示。单片AT89C51P1.0P1.7做输出口，分别接八只发光二极管八只220欧电阻，LCD采用共阴极接法，用单片机AT89C51的P0.0P0.4与5个按键开关相连，做为编码开关，且开关接地，按键按下时对应的口为低电平，显示一种亮灯效果。和Vcc接至+5V电源，Vss接地。5软件设计5.1 程序流程图设计霓虹灯模拟控制器电路中有5个按键开关，分别对应5种不同的亮灯效果：组合灯、流水灯、霹雳灯、广告灯和闪烁灯。因为本设计采用查表法来控制发光二极管的亮法，因此对于程序流程图，只有数据表的内容有所区别，所以接下来只介绍流水灯的流程图，组合灯、霹雳灯、广告灯和闪烁灯的流程图与之类似，这里不再赘述。（其中组合灯效果为流水灯、霹雳灯、广告灯和闪烁灯的效果的组合）5.1.1 主程序控制流程图主程序控制流程图如图6-1所示。开始设定初置设定P3口为输入口P3.0=0?P3.1=0?P3.2=0?P3.3=0?执行loop的对应程序执行loop1的对应程序执行loop2的对应程序执行loop3的对应程序是是是是否 否否否P3.4=0?否执行loop4的对应程序是图6-1 主程序控制流程图5.1.2 流水灯制流程图流水灯制流程图如图6-1所示。开 始开关k1=0？ DPTR=table1首地址CLR AA（DPTR）取得数据把A的内容送至P1DPTR=DPTR+1延时是否A=02h？ 是MOV P1,#0FFH否 图6-2流水灯控制流程图6总结这次课程设计题目难度一般，硬件和软件设计部分不是很难。我们学习的是80C51单片机。在霓虹灯模拟控制器的设计方面，特别是是对LED控制的汇编语言程序部分，我并没有用AT89C51的中断和定时功能，只是采用了顺序程序设计结构，采用查表法，用一些简单跳转指令如JMP和CJNZ去实现程序的循环功能，五种效果可以在任意时刻加以改变，由于发光二极管的个数比较少以及汇编语言应用能力有限，所以每种效果的亮灯花样也较为单一，这是一个缺陷。7参考文献1蔡朝洋.单片机控制实习与专题制作.北京：北京航空航天大学出版社,20062李广弟，朱月秀，冷祖祁.单片机基础.第3版.北京：北京航空航天大学社,20073 冯育长.单片机系统设计与实例分析.西安：西安电子科技大学出版社，20074 蔡明文，冯先成.单片机课程设计.武汉：华中科技大学出版社，20078 附录8.1电路图：8.2程序运行代码ORG 0START: JNB P3.0,L JNB P3.1,L1 JNB P3.2,L2 JNB P3.3,L3 JNB P3.4,L4 L: MOV DPTR,#TABLE CLR ALOOP: mov r1,a MOVC A,A+DPTR CJNE A,#02H,LOOP0 clr a lJMP STARTLOOP0: JB P3.0,S MOV P1,A MOV R3,#200 LCALL DELAY mov a,r1 INC a JMP LOOPL1: MOV DPTR,#TABLE1 CLR A LOOP1: mov r1,a MOVC A,A+DPTR CJNE A,#02H,LOOP11 clr a JMP STARTLOOP11 JB P3.1,S MOV P1,A MOV R3,#200 LCALL DELAY mov a,r1 INC a JMP LOOP1L2: MOV DPTR,#TABLE2 CLR ALOOP2: mov r1,a MOVC A,A+DPTR CJNE A,#02H,LOOP22 CLR A JMP STARTLOOP22: JB P3.2,S MOV P1,A MOV R3,#200 LCALL DELAY mov a,r1 INC a JMP LOOP2L3: MOV DPTR,#TABLE3 CLR ALOOP3: mov r1,a MOVC A,A+DPTR CJNE A,#02H,LOOP33 CLR A JMP STARTLOOP33: JB P3.3,S MOV P1,A MOV R3,#200 LCALL DELAY mov a,r1 INC a JMP LOOP3L4: MOV DPTR,#TABLE4 CLR ALOOP4: mov r1,a MOVC A,A+DPTR CJNE A,#02H,LOOP44 CLR A JMP STARTLOOP44: JB P3.4,S MOV P1,A MOV R3,#100 LCALL DELAY mov a,r1 INC a JMP LOOP4S: MOV P1,#0FFH LJMP STARTDELAY: MOV R4,#10D1: MOV R5,#100 DJNZ R5,$ DJNZ R4,D1 DJNZ R3,DELAY RETTABLE: DB 00H,00H,00H,00HDB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7HDB 0EFH,0DFH,0BFH,07FHDB 07FH,0BFH,0DFH,0EFHDB 0F7H,0FBH,0FDH,0FEHDB 07EH,0BDH,0DBH,0E7HDB 0DBH,0BDH,07EHDB 00H, 0FFH,00H, 0FFHDB 0AAH,055H,0AAH,055HDB 0B6H,06DH,0DBH,0B6H,06DH,0DBH DB 0EEH,0DDH,0BBH,077HDB 0EEH,0DDH,0BBH,077HDB 00H,080H,0C0H,0E0HDB 0F0H,0F8H,0FCH,0FEHDB 0FCH,0F8H,0F0HDB 0E0H,0C0H,080H DB 00H,01H,03H,07H,0FH DB 01FH,03FH,07FHDB 03FH,01FH,0FHDB 07H,03H,01HDB 00H,081H,0C3H,0E7H,0FFH DB 0E7H,0C3H,081H,00HDB 0FFH,07EH,03CH,018H,00H DB