单片机LED灯调光毕业设计论文(最终版)

1、石家庄邮电职业技术学院毕 业 设 计（论 文） 基于STC89C52单片机的灯具调光器设计 届 系专业 班级 学号 姓名 指导教师 完成日期 石家庄邮电职业技术学院毕业设计任务书姓 名学 号专 业班 级毕业设计题目基于STC89C52单片机的灯具调光器设计指导教师姓名职 称工作单位 毕业设计内容、基本要求、重点研究问题、主要设计方法（或步骤）： 一、设计内容：利用STC89C52单片机调节灯具亮度 二、基本要求：以介绍开发的板子展开，然后从硬件、软件、调试等方面进行说明和介绍，使别 人能认识并了解这块电路板的作用。 三、重点研究内容：电路板的硬件结构和组成、电路板的软件使用 四、主要设计方法：

2、1、电路板的硬件、软件 2、电路板能完成的功能 主要参考文献、资料： 1 李学海，经典80C51单片机轻松入门与上手，清华大学出版社，2009 2 李学海，80C51时钟振荡器的原理分析和设计考虑，清华大学出版社，2006 3 李学海，标准80C51单片机基础教程，北京航空航天大学出版社，2006 4 李学海，80C51复位标志位的设置与应用研究，北京航空航天大学出版社，2006 5 网络资料搜集 计划进度： 1、 年 月 日 年 月 日 选论题 2、 年 月 日 年 月 日 资料搜集,进行系统设计 3、 年 月 日 年 月 日 购买电路板元器件，焊接电路板 4、 年 月 日 年 月 日 撰写

3、论文初稿 5、 年 月 日 年 月 日 修改,定稿打印 6、 年 月 日 答辩 指导教师签字： 年 月 日石家庄邮电职业技术学院毕业设计评定书姓 名学 号专 业班 级毕业设计题目基于STC89C52单片机的灯具调光器设计 指导教师评语：指导教师建议成绩（60）指导教师签字： 年 月 日答辩小组建议成绩（40）组长签字： 年 月 日 答辩委员会最后审定成绩主任签字： 年 月 日 备 注摘 要现当今，单片机的应用无处不在。利用单片机控制灯具的实例也不胜枚举，可控制灯具的芯片也相当之多，而利用单片机控制灯具，达到人们预想效果的方法最为广泛。它有功能多、价格优、外部电路简单的特点，深受单片机爱好者及灯

4、具控制制造商的青昧，用80C51 单片机及少数外部电路控制LED灯光，使LED灯产生明暗效果，并在灯光达到最亮与最暗时伴随响亮的告警音。通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，使灯光的亮度与告警音配合得当。LED又称为发光二极管，是一种新型光源，具有高效节能、绿色环保、使用寿命长等其他光源无法比拟的优点。作为绿色照明光源产品，国家绿色照明推广使用的产品，代表着未来照明技术的发展方向。本文介绍了以STC89C52为控制核心，利用PWM调光技术，通过调整PWM的周期、PWM的占空比从而控制电流，进而达到对LED进行光度亮暗的控制调节的效果，实现对LED灯的PWM调光控制。关键词：单片机 PWM 硬件

5、系统 软件系统 控制程序结构目 录1 前 言12 单片机基础知识12.1 单片机的定义12.2 单片机的组成12.3 单片机的应用22.4 STC89C52单片机简介23 PWM基本概述33.1 PWM简介33.2 PWM控制LED亮度原理34 硬件结构44.1 80C51电路结构44.2 PWM电路55 程序设计思路与方案55.1 程序设计思路55.2 程序设计方案55.2.1 引脚图与主控电路55.2.2 LED驱动65.2.3 手动控制66 系统软件设计与程序烧录76.1 系统软件设计76.2 控制程序代码76.3 生成HEX文件107 总 结13致 谢14参考文献141 前 言二十世纪

6、跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑通常是指个人计算机，简称PC机。还有一类大多数人不怎么熟悉的计算机，这就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路即可进行简单运算和控制。它的出现是近代计算机技术发展史上的一个里程碑，因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里，起着有如人脑的作用。 单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，目前正以前所未见的速度取代着传统电子线路构成的经典系统，蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。它的这些优点为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机了解计算机原

7、理与结构的最佳选择。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛。彩电、冰箱、空调、录像机、VCD、遥控器、游戏机、电饭煲等无处不见单片机的影子，单片机早已深深地融入我们每个人的生活之中。不但如此，他还能大大地提高这些产品的智能性、易用性及节能性等主要性能指标，在给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农业生产上也极大地提高了生产效率和产品质量，同时，也在很大程度上降低了生产的成本。2 单片机基础知识2.1 单片机的定义单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示。单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把

8、一个计算机系统集成到一个芯片上的微型计算机。单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备，若有需要，只需在开发板上接入相关I/O设备即可。2.2 单片机的组成8051单片机主要有以下部分组成： 1、中央处理单元CPU（8位）：用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位）； 2、只读存储器ROM（4KB或8KB）：用于永久性存储应用程序； 3、随机存取存取器RAM（128B/256B）：用于程序运行中存储工作变量和数据； 4、并行输入/输出口I/O（32线）：用作系统总线、扩展外存、I/O接口芯片； 5、串行输入/输出口UART（

9、二线）：串行通信、扩展I/O接口芯片； 6、定时/计数器（16位增量可编程）：与CPU之间各自独立工作，当计数满时向CPU中断； 7、时钟电路：分为内部振荡器、外接振荡电路； 8、中断系统：五源中断、两级优先，可编程进行控制。2.3 单片机的应用单片机是电路中的控制核心，它控制着整个电路各个模块的电流通断与工作状态。实际生活中并不是任何需要单片机的场合都需要高性能的单片机来进行工作，而是视所需工作的难易程度来选择适合的单片机，应用的关键是看是否够用，力求性价比最大化，若要实现低难度的工作就没有必要采用高性能单片机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机，手机、电话、计算器

10、、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有单片机。单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。 2.4 STC89C52单片机简介STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器（如图2-1），具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。 如图2-1 STC89C52单片机实物图STC89C52单片机具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810

11、复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。3 PWM基本概述3.1 PWM简介脉冲宽度调制（PWM），是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。PWM控制技术以其控制

12、简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等。3.2 PWM控制LED亮度原理对于控制LED灯由亮到暗或由暗到亮，采用的是脉宽PWM法。它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制电流的目的。图3-1是单片机通过PWM调节灯光亮暗基本原理电路图：图3-1 单片机通过PWM调

13、节灯光亮暗基本原理电路图这次设计利用51单片机产生占空比可变的矩形波，当产生此矩形波的I/O通过滤波电路再与LED灯相连接后，由于输出矩形波占空比不断变化，那么一个周期内有一部分时间LED导通，一部分时间截止，从整体来看有一个平均电压，因为PWM信号频率周期很高，无法通过肉眼来观察到每一个周期LED灯亮灭的变化过程，所以通过平均电压的方式来决定LED灯的亮的程度。随着波形占空比的不断变化，LED灯也会有着由暗到亮或由亮到暗的不断变化。4 硬件结构4.1 80C51电路结构80C51的内部结构电路如图4-1，其特点如下：图4-1 80C51内部结构电路l 工作电压：VDD为2.63.6V（CPU

14、）,VDDH为VDD5.5V（I/O）；l CPU时钟为0.3249.152MHz；l 内置存储器：RAM为512KB，内存Flash为8KB；l 可编程音频处理；l 2个16位可编程定时器/计数器；l 7通道10位ADC（内置麦克风放大和自动增益控制功能）；l 2个10位DAC；l 32路可编程通用输入输出端口；l 串行输入输出接口；l 低电压监测/低电压复位功能；l 14个中断源可来自定时器、外部时钟输入、键唤醒等；l 内置在线仿真电路ICE。4.2 PWM电路PWM 电路主要功能是将输入电压的振幅转换成宽度一定的脉冲，换句话说它是将振幅资料转换成脉冲宽度。一般输出电路只能输出电压振幅一定

15、的信号，为了输出类似正弦波之类电压振幅变化的信号，因此必须将电压振幅转换成脉冲信号。 5 程序设计思路与方案5.1 程序设计思路采用STC89C52单片机输出一定频率的PWM来驱动场效应管的开断，用独立键盘来实现PWM占空比的连续可调，设置为手动控制，分为两档，通过输出不同的PWM占空比对LED的电流进行控制，一档增加亮度一档降低亮度，从而实现对光度的调节。5.2 程序设计方案5.2.1 引脚图与主控电路STC89C52单片机引脚图如下：图5-1 STC89C52单片机引脚图使用STC89C52作为主MCU的主控电路，属于MCS-51系列。本设计所选用的晶振为12MHz，晶振电容为30pF。S

16、TC89C52单片机主控电路图如下：图5-2 STC89C52单片机主控电路单片机主控模块包括了振荡电路、复位电路，同时接入了各个模块的接口，保证了整个系统的灵活性。单片机是整个系统的控制中枢，它指挥外围器件协调工作，从而完成特定的功能。硬件实现上采用模块化设计，每一模块只实现一个特定功能，最后再将各个模块搭接在一起。这种设计方法可以降低系统设计的复杂性。5.2.2 LED驱动LED的亮度受电流控制，通过控制电流调节LED灯的亮度。利用公式可知，利用调整PWM不同的占空比就可以控制电流的大小。5.2.3 手动控制手动控制分为两档，对应与KEY1与KEY2两个按键，按KEY1键LED灯亮度渐渐变

17、暗，按KEY2键LED灯亮度渐渐变亮。6 系统软件设计与程序烧录6.1 系统软件设计该系统控制程序主要包含系统初始化程序、实时时钟芯片处理程序、键盘检测与处理程序、闹钟中断以及定时器产生PWM程序构成。软件流程图如图6-1所示。YESYESYESYESNO 开始初始化I/O、定时器P1.0输出230Hz占空比为20% 的PWM是否有键按下？PWM占空比加1PWM占空比减1亮度+亮度复位PWM占空比为20%结束图6-1 软件流程图6.2 控制程序代码/*/ 利用定时器控制产生占空比可变的 PWM 波/ 按K1，PWM值增加，则占空比减小,LED 灯渐暗。/ 按K2，PWM值减小，则占空比增加,L

18、ED 灯渐亮。/ 当PWM值增加到最大值或减小到最小值时，蜂鸣器将报警。/*/#include < reg51.h >#include < intrins.h >sbit K1 =P32 ; /增加键sbit K2 =P33 ; /减少键sbit BEEP =P23 ; /蜂鸣器unsigned char PWM=0x7f ; /赋初值void Beep();void delayms(unsigned char ms);void delay(unsigned char t);/*/void main() P1=0xff; TMOD=0x21 ; TH0=0xfc ; /

19、1ms延时常数 12M TL0=0x18 ; /频率调节 TH1=PWM ; /脉宽调节 TL1=0 ; EA=1; ET0=1; ET1=1; TR0=1 ; while(1) do if(PWM!=0xff) PWM+ ;delayms(10); else Beep() ; while(K1=0); do if(PWM!=0x02) PWM- ;delayms(10); else Beep() ; while(K2=0); /*/ 定时器0中断服务程序./*/void timer0() interrupt 1 TR1=0 ; TH0=0xfc ; TL0=0x66 ; TH1=PWM ;

20、TR1=1 ; P1=0x00 ; /启动输出/*/ 定时器1中断服务程序/*/void timer1() interrupt 3 TR1=0 ; P1=0xff ; /结束输出/*/蜂鸣器子程序/*/void Beep() unsigned char i ; for (i=0 ;i<100 ;i+) delay(100) ; BEEP=!BEEP ; /Beep取反 BEEP=1 ; /关闭蜂鸣器 delayms(100); /*/ 延时子程序/*/ void delay(unsigned char t) while(t-) ; /*/ 延时子程序/*/void delayms(uns

21、igned char ms) unsigned char i ; while(ms-) for(i = 0 ; i < 120 ; i+) ; /*/6.3 生成HEX文件以上C程序需要在Keil uVision3软件中编写并调试好，Keil软件界面如图6-2所示。图6-2 Keil uVision软件界面C程序是不能直接导入进单片机的，而HEX文件可以，所以这就需要把刚刚编译好的C程序生成为HEX文件。右击图6-3中的1项目文件夹，弹出项目功能菜单，选择“Options for TargetTarget1”，弹出项目选项设置窗口，转到Output选项页如图6-4所示，图中“Select

22、 Folder for Objcets.”是选择编译输出的路径，“Name of Executable”是设置编译输出生成的文件名，“Create HEX Fil”则是决定是否要创建HEX文件，选中它就可以输出HEX文件到指定的路径中。然后再将它重新编译一次，很快在编译信息窗口中就显示HEX文件创建到指定的路径中了，如图6-5。这样我们就可以用烧录软件将程序烧录进芯片中了。图6-3 项目功能菜单图6-4 项目选项窗口图6-5 编译信息窗口双击打开“STC_ISP_V483.exe”烧录工具，如图6-6，在“MCU Type”的下拉列表中选择单片机类型为STC89C52，点击“打开程序文件”，找

23、到生成的HEX文件所在位置并导入，将单片机通过USB线连入电脑，选择正确的COM串行口，打开实验板开关上电，点击“Download/下载”按钮，几秒钟后程序就被烧录进单片机中了。图6-6 烧录工具界面之后重启实验板，按KEY1键与KEY2键进行验证，看到LED灯有明显的明暗变化，证明设计成功。7 总 结计算机成为我们生活的主流已是家喻户晓的事情，然而，伴随着计算机的举起，单片机也随之飞速的发展，单片机以完成某一个逻辑功能的芯片而得名。具体一点说，是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜，为学习、应用和开发提供了便利条件，为单片机的灵活

24、，方便，结构简单奠定了基础，自身通过程序的编写、测试、运行，来完成一个具体的功能，便此，单片机运用到了各个领域。单片机LED灯调光只是单片机的一个小小的应用。通过本次设计我发现，整个单片机控制音乐播放程序便不复杂，函数之间相互牵扯。标志位在程序的实现过程中扮演着非常重要的角色，正是依靠这些标志位，程序才能很好地实现各个功能之间的切换，而标志位的值是通过软件模块返回的参数修改的。因此程序的实现过程应该是阅读参数修改标志位发送指令翻译控制发生器驱动LED灯变换，整个过程一气呵成。 本次设计是基于80C51单片机和PWM调光的LED灯，以STC89C52作为主控芯片，通过输出不同的PWM占空比实现了对光度的手动调节。该LED灯具调光电路有效地调节了8个LED灯的明暗，并且在最明与最暗时均有蜂鸣器报警。同时，在本次课程设计中，主要有以下体会：1、对单片机的基础知识