单片机课程设计1

1、摘要： 随着电子技术的迅速发展，单片机得到了越来越多的应用。本设计用单片机8951结合led制作了一种新型的led彩灯控制系统的设计方法，以at-89c51单片机作为主控核心，与按键、显示器等较少的辅助硬件电路相结合，利用软件实现对led彩灯进行控制。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。 关键字：led彩灯；at89c51单片机；彩灯控制器；模块设计 目录引言4第一章 设计要求及任务目的51.1设计要求51.2.任务目的：6第二章.设计内容及总体方案62.1at89c51单片机62.1.1：芯片介绍62.1.2主要特性：72.1.3管脚说明8第三章.硬件设计93.1at89

2、c51单片机原理说明93.2模块设计123.2.1主控模块电路设计123.2.2管内led板模块设计12第四章软件设计144.1设计程序流程图144.2主程序代码及注释16第五章上机调试运行结果及分析175.1.硬件调试175.2.软件调试18九、参考文献21第 19 页引言 随着人们生活水平的提高，环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到很多彩色的霓虹灯。特别是当今充满竞争的时代，各地政府为吸引游客和投资者，在城市的沿街、沿道、沿河、沿线等地用霓虹灯造景，实施亮化工程，以美化环境、树立城市形象。但是目前市场上各种式样的led彩灯多半是采用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制成成

3、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。同时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。此外从功能上来看，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。本设计提出了一种基于89c51单片机的彩灯控制方案，以实现对led彩灯的控制。本方案以89c51单片机作为控制核心，与键盘、显示、驱动等模块组成核心控制模块。在核心控模块里设计8个按钮和5位七段码led显示器，根据用户需要可以编写若干种亮灯模式，利用其内部的定时器t0实现一个基本单位时间为3ms的定时中断，根据各种亮灯

4、时间的不同需要，在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号，然后驱动各种颜色的灯亮或灭。 该新型led彩灯是上海宝山迦南塑料厂委托开发产品，实际应用效果较好，亮灯模式多，用户可以根据不同场合和时间来调节亮灯频率和亮灯时间。与普通led彩灯相比，具有体积小，价格低，耗能低等优点。.第一章 设计要求及任务目的1.1设计要求1.1.1：在主控模块上设有8个按键和5位七段码led显示器，根据需要使其灯亮1.1.2利用内部定时器t0实现一个基本单位时间为5 ms的定时中断，根据各种亮灯时间的不同需要，在不同时刻输出不同控制信号，然后驱动各种颜色的灯亮或灭。1.2.任务目的：1.2.1 熟悉相关数字芯片的功能和使

5、用方法1.2.2通过实验掌握显示的接口电路及程序设计，熟悉各种操作指令，子程序的调用以及中断知识和计数器的计数。第二章.设计内容及总体方案2.1at89c51单片机2.1.1：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。at89c2051是一种带2k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。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

6、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，at89c2051是它的一种精简版本。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。2.1.2主要特性：与mcs-51 兼容 4k字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：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 2.1.3管脚说明 2.1.3at89c51引脚路 vcc：供电电压。 gnd：

7、接地。 p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口， p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。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。 rst：复位输入。/psen：外部程序存储器的选通信号。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。2.1.4振荡器特性： xtal1和xtal2分别为反向放大器的输入和输出。第三章.硬件设计3.1at89c

8、51单片机原理说明新型led彩灯分为2部分，即彩灯控制器（主控模块）和管内led板模块（受控模块）。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（彩灯控制器）提供5 v工作电源。整个系统工作由软件程序控制运行，根据需要，用户可以在led彩灯工作时通过主控模块上的按键来设定亮灯时间和灯光闪动频率。上电后系统经过初始化，查询是否有功能切换键按下：有，则进入用户设定模式状态；无，则进入默认缺省工作状态。在用户设定模式状态下，用户可以根据个人爱好及不同场合的需要来指定调用哪些模式，并且可以改变每

9、种模式的时间ti、频率fi参数，如果用户想进入缺省状态模式，只需按一下功能切换键即可跳入缺省模式，程序会自动顺序调用亮灯模式；在缺省工作状态下，led彩灯控制器按照程序设定好的若干亮灯花样模式程序model_i顺序调用往下走，从第model_1模式开始工作，自model_1到model_2到mod el_n为一个亮灯周期，然后再回到model_1循环继续工作，同样如果想进入用户设定模式状态，只需按下功能切换键即可。整个n种亮灯模式时间可以看作一个大周期t，其中的每一种花样工作模式model_i（i=1，2，n）时间为小周期ti，对于每一个模式编写一个独立工作子程序model_i，其中设定了le

10、d三色灯（红、绿、蓝）的点亮时刻（red_on，green_on，blue_on）和熄灭时刻（red_off，green_off，blu e_off)，以及模式工作时间ti以及该模式led闪烁频率fi。5位七段码显示器的前2位（l1，l2）显示当前工作模式的序号model_i；后3位（l3，l4，l5）七段码 显示三色led的工作状态，若该颜色灯点亮则对应七段码显示位为“1”，反之熄灭时则显示位为“灭”即不显示，对系统工作状态起到了很好的实时监控作用。因此在led彩灯上电工作后，用户可以方便地通过主控模块上的显示器知道led彩灯当前工作模式model_i，工作时间ti，频率fi等实时参数。若实

11、际应用需要根据不同场合和时间来改变彩灯闪亮效果，用户可以通过主控模块上的按键来设定led不同的闪烁频率fi和亮灯时间ti，以便符合实际需要。此外如果用户对某一种模式感兴趣需要仔细观看该种亮灯模式，可以通过键盘选定任意选定at89c51单片机原理图3.2模块设计3.2.1主控模块电路设计主控模块电路如图1所示。主控模块主要设计器件有89c51，5个七段码led显示器，8个按键，2个稳压器（提供12 v，5 v电压），1个信号输出驱动模块芯片(mc4049)等。通过软件设计，使单片机p0口作为三色led驱动信号输出口及移位时钟clock信号，p3口为按键输入口，p2口、p1口与5位七段码led相接

12、作为显示器的输出口。3.2.2管内led板模块设计管内led板模块电路见图2。管内led板模块设计主要器件有led彩灯（红、绿、蓝）、移位触发模块芯片cd4076等。根据实际应用彩灯长度需要，可将不同数量的该管内led模块实现级连，组成一个完整的led彩灯。考虑到功率损耗，led板模块之间接口处用信号正向驱动模块芯片mc4049连接。每个led板模块上均匀分布3种颜色 led灯，在实际制作pcb时采用红、绿、蓝3色互隔焊接方式，在电路板上把led发光管按顺序l1(红)、l2(绿)、l3(蓝)、l4(红)、l5(绿)、l6(蓝)依次均匀焊在板上成一条直线。为了得到更多的花样模式效果，可以使红绿2

13、种灯从前往后驱动点亮闪烁，蓝灯从后往前驱动点亮闪烁，这样具有很好的动感视觉效果。第四章软件设计4.1设计程序流程图新型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。系统中软件可以分为主程序和中断服务子程序。上电后在缺省状态以顺序调用model_i花样亮灯模式流程为主程序，以一个单位时间5 ms的t0定时为中断服务子程序。在这个5 ms的t0定时基础上，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：red_on，red_off，green_on，green_off，blue_on，blue_off以及clock（移位

14、翻转脉冲）等。整个系统软件由主程序（ main）、各个模式子程序（model_i）、5 ms中断服务子程序(t0 interrupt)、键盘扫描处理子程序（key board）、显示子程序（display）等程序组成。利用t0定时器作为定时基本单位，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和脉冲翻转频率fi通过p0口输出，使各色l ed灯的驱动时刻与移位触发的翻转时刻步调一致，使led彩灯按照设计的模式工作。除了t0定时中断之外，程序的大部份时间是在处理按键的查询和led显示的延时。8个按键分别为：4个参数按键（fi增、减按键，ti增、减

15、按键），3个模式改变按键（模式上翻up、模式下翻down、模式保持keep），1个功能切换按键。在每次的t0定时中断服务子程序里，需要对各个时间寄存器和模式寄存器进行加1或者清，为主程序查询作准备，同时查询是否已中断6次（30 ms），若30 ms到了，则对参数按键查询一次，是否有时间ti频率fi增减键按下并进行相应子程序处理。主程序除了调用各种子模式子程序（model_i），调用led显示子程序(display)和延时子程序(delay)之外，还一直保持查询是否有功能切键按下以及是否有模式改变按键按下，一旦有功能切换键和模式改变键按下，就会进入相应的按键处理。 主程序流程如图3所示。亮灯模式

16、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。model_i程序流程如图4所示。 4.2主程序代码及注释第五章上机调试运行结果及分析5.1.硬件调试硬件调试可分为脱机调试与联机调试两步进行。脱机调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。目测结果：电路及各元件正常。第二步是通电检查。通电后发现各个交通灯均能发光，证明电路线路无误。 联机调试：将编好的程序写入单片机后进行调试。5.2.软件调试通过proteus仿真，我们的程序能够实现想要所有功能，包括显示到记时、交通灯循环点亮功能。在仿真时，应

17、注意一下几个方面的问题：1. proteus仿真和用wave软件生成的hex文件应保存在同一个文件夹里，否则程序不能正常执行 2. 在运行proteus仿真图之前，必须先装载文件，要不然程序也无法正常运行。 3. 在proteus仿真过程中，硬件复位电路可能会不能实现复位功能，这对实际的硬件电路没有影响，需要复位时直接将proteus软件复位即可。 4. 由于我们的软件运行时在电脑上进行的，所以程序的精确度和电脑有关，在有些运行比较慢或者在电脑运行程序比较多的时候，计时会不准确，这种情况应当考虑。 5. 程序在刚启动或者在暂停后继续运行的时候，反应比较慢，计时不准，不知道此问题在实际电路中会不会出现。 结束语 通过对本次毕业论文的编写，使我明白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，便以安装容易操作。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model_i，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。通过