彩灯控制器设计(单片机)

1、郑州轻工业学院微控制器应用课程设计 彩 灯 控 制 器 设 计 院 （系）：电子信息工程 专 业：电信11-01 学 号： 姓 名： 指导老师：耿鑫 完成时间：2015年1月10日郑州轻工业学院课 程 设 计 任 务 书题目 彩灯控制器设计 专业、班级 电信11-01 学号 541 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等：一、主要内容： 熟悉单片机应用系统的设计方法和规范，达到综合的目的。 学习文件检索和查找数据手册的能力。 学习protel软件的使用。 学会整理和总结设计文档报告。二、基本要求： 以MCS-51系列单片机为核心，设计了一种多花样（至少8种以上）自动切换的彩灯控制器。 随着彩

2、灯显示图案的变化，发出不同的音响声。 彩灯显示的不同形式可由不同进制计数器驱动LED显示完成。 音响由选择不同频率CP脉冲驱动扬声器形成。三、主要参考资料： 张毅坤等 单片微型计算机原理及应用 西安 西安电子科技大学出版社 李建忠编著 单片机原理及应用 西安 西安电子科技大学出版社完 成 期 限： 指导教师签名： 课程负责人签名： 2015年 1月 17日17目录目录1摘要21 设计要求32 设计方案33 硬件介绍33.1 AT89C51芯片33.2 LED彩灯43.3 扬声器44硬件电路54.1上电复位电路55 软件设计75.1源程序85.2调试仿真12总结14参考文献15附录1 元器清单1

3、6附录2原理图17摘要 电子技术发展迅速，彩灯控制器的种类越来越多，本设计用单片机AT89C51结合LED制作了一种新型的LED彩灯控制系统的设计方法，以AT89C51单片机作为主控核心，利用软件编程实现对LED彩灯和扬声器进行控制，实现多花样自动切换，彩灯显示图案变化的同时，扬声器发出不同的音响声。本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单、用处广、易于制作及容易操作等优点。 关键字：LED彩灯；AT89C51单片机；彩灯控制器；扬声器1 设计要求以MCS-51系列单片机为核心，设计了一种多花样（至少8种以上）自动切换的彩灯控制器。随着彩灯显示图案的变化，发出不同的音响声。彩灯显示的不同形式可由

4、不同进制计数器驱动LED显示完成。音响由选择不同频率CP脉冲驱动扬声器形成。2 设计方案本系统核心硬件为AT89C51单片机，用于控制LED彩灯和扬声器，以高低电平控制LED灯的明灭，通过LED彩灯明灭以显示不同图案花样，让彩灯整体达到美轮美奂的视觉效果。同时，以单片机端口的高低电平变化产生脉冲，驱动扬声器发声，以不同频率的脉冲让扬声器发出不同声音，已达到视觉听觉同时感受的效果。3 硬件介绍3.1 AT89C51芯片AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。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

5、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。AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CP

6、U的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。本系统以AT89C51为控制核心，电路结构简洁，易制作、操作，使用方便。3.2 LED彩灯LED彩灯是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一

7、个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED灯发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。LED灯非常节能，白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10，节能灯的1/4；寿命长，寿命可达10万小时以上,对普通家庭照明可谓"一劳永逸"；可以工作在高速状态.节能灯如果频繁的启动或关断灯丝就会发黑很快的坏掉；环保，没有汞的有害物质。LED灯泡的组装部件可以非常容易的拆装，不用厂家回收都可以通过其它人回收；固态封装，属于冷光源类型。所以它很方便运输和安装，可以被装置在任何微型和

8、封闭的设备中，不怕振动，基本上用不着考虑散热。本系统中，主要利用LED彩灯的低耗节能使用时间长等特性，便于电路的设计制作。3.3 扬声器扬声器是一种把电信号转变为声信号的换能器件，扬声器的性能优劣对音质的影响很大。扬声器在音响设备中是一个最薄弱的器件，而对于音响效果而言，它又是一个最重要的部件。扬声器的种类繁多，而且价格相差很大。音频电能通过电磁，压电或静电效应，使其纸盆或膜片振动并与周围的空气产生共振（共鸣）而发出声音。4硬件电路4.1上电复位电路上电压从无到有在RESET处会先处于高电平一段时间，然后由于该点通过电阻接地则RESET该点的电平会逐渐的改变为低电平，从而使得单片机复位口电平从

9、1到0，达到给单片机复位的功能。这样一种复位方式就是所谓上电复位。电容在上接高电平，电阻在下接地，中间为RST。这种复位电路为高电平复位。其工作原理是：通电时，电容两端相当于是短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平，单片机开始正常工作。本系统中，上电启动和复位电路组合为一个电路，结构简单，操作方便。如图1图1 上电复位电路4.2时钟电路为保障系统正常工作的基准振荡定时信号，主要由晶振和外围电路组成，时钟电路一般由晶体振荡器、晶震控制芯片和电容组成。晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢。本系统中采用11.0592MHz晶振，

10、和两个30pF电容，结构简单。如图2 图2 时钟电路4.3 LED彩灯电路本系统中采用8个LED彩灯来显示图案变化，为保护电路，另外串联1k欧姆的电阻，电路中采用8电阻的并阻，使电路更简洁。如图3图3 LED彩灯4.4扬声器电路由于单片机I/O口输出电流非常小，不能让扬声器正常工作，系统中扬声器通过三极管放大。如图4图4 扬声器4.5硬件总电路系统中以AT89C51单片机为控制核心，P2口控制LED彩灯使其自动变化，显示8种不同图案，同时P1.5口控制扬声器，图案变化的同时，发出不同声音，电路结构简单，易于制作，图案自动变化，操作方便。如图5 硬件电路图5 硬件电路5 软件设计本系统主要是控制

11、LED彩灯自动变化8中图案的同时扬声器发出不同声音。设计中是控制8个LED灯，以不同亮灭，完成图案变化；而产生不同的响声，是依靠单片机发出不同频率脉冲完成的。5.1源程序在LED彩灯控制中，设计中利用控制P2口高低电平来控制LED灯的亮灭，间断时间用了延时程序： void dalay(unsigned int z)/延时程序,延时10m秒unsigned char i,j;for(z;z>0;z-) for(i=38;i>0;i-)for(j=130;j>0;j-);扬声器的不同响声，设计中调用了子程序：void bee(unsigned int mm) p1=0;dalay

12、(mm);p1=1;dalay(mm);/源程序：#include<reg52.h>#include<intrins.h>unsigned char n;sbit p1=P15;void dalay(unsigned int z)/延时程序延时10m秒unsigned char i,j;for(z;z>0;z-) for(i=38;i>0;i-)for(j=130;j>0;j-);void bee(unsigned int mm) /扬声器子程序p1=0;dalay(mm);p1=1;dalay(mm);void main()unsigned char

13、 tem,ten;unsigned int aa,bb;for(aa=0;aa<2;aa+) /1从右向左依次灭亮tem=0x01;for(bb=0;bb<8;bb+)P2=tem;dalay(50);tem=_crol_(tem,1);bee(2); for(aa=0;aa<2;aa+)/2从左向右依次灭亮 tem=0x80; for(bb=0;bb<8;bb+) P2=tem; dalay(50); tem=_cror_(tem,1); bee(4); for(aa=0;aa<2;aa+) /3从两边齐向中心灭亮 tem=0x01; ten=0x80; for

14、(bb=0;bb<16;bb+) P2=(tem+ten); dalay(50); tem=_crol_(tem,1); ten=_cror_(ten,1); bee(6); for(aa=0;aa<2;aa+) /4从两边向中心交替灭亮 tem=0x01; ten=0x80; for(bb=0;bb<16;bb+) if(bb%2=0) P2=tem;else P2=ten; dalay(50); tem=_crol_(tem,1); ten=_cror_(ten,1); bee(8); for(aa=0;aa<2;aa+)/5从左向右依次灭 tem=0x80; fo

15、r(bb=0;bb<8;bb+) P2=(P2+tem); dalay(50); tem=_cror_(tem,1); bee(10); for(aa=0;aa<2;aa+)/6从右向左依次点亮灭 tem=0x01; for(bb=0;bb<8;bb+) P2=(P2+tem); dalay(50); tem=_crol_(tem,1); bee(12); for(aa=0;aa<2;aa+)/7从右向左依次点亮 tem=0x01; P2=0xff; for(bb=0;bb<8;bb+) P2=(P2-tem); dalay(50); tem=_crol_(tem

16、,1); bee(14); for(aa=0;aa<2;aa+)/8从左向右依次点亮 tem=0x80; P2=0xff; for(bb=0;bb<8;bb+) P2=(P2-tem); dalay(50); tem=_cror_(tem,1); bee(16); 5.2调试仿真结合原理图和源程序，设计中用了PROTEUS仿真，如图6图6 仿真总结本系统中，采用AT89C51单片机为控制核心，电路结构简单，便于制作。系统中各种图案自动变化，彩灯控制器使用过程非常方便，易于普及。电路中使用LED彩灯为发光器件，节能效果非常好，而且使用寿命非常长。电路中也可以适当增加变化LED灯的数量

17、和位置，就得到多种多样的图案变化，实用性非常强。通过此次课程设计，对所学的知识有了比较全面的了解和应用，真正尝试到了理论联系实际的趣味，明白了“说是说、做是做，说和做是两码事儿”的古语。此次设计巩固了理论基础知识，加强了PROTEL等软件的使用，学会了在实验中应注意什么，怎么样保护元件，怎样采能最准最快的查出错误，且对word文档的操作有了更加高是水平。通过连接和调试电路使理论更接近于实际，同时也发现了自己知识的不足，特别是动手能力的缺乏，对以后的学习和实践有了比较强的指导意义。使我感触最深的是做任何事都要细心，而且要有耐心，怀着执著的心去追求真理。参考文献1杨志忠主编，单片机应用技术 第二版 高等教育出版社,20032胡宴如主编，单片机应用技术第三版   高等教育出版社 20033叶致诚，单片机应用技术北京：高等教育出版社，1995年3张秀娟，陈新华主编。单片机应用技术  机械工业出版社。20083张毅坤等 单片微型计算机原理及应用 西安电子科技大学出版社3李建忠编著 单片机原理及应用 西安 西安电子科技大学出版社附录1 元器清单元器件数量元器件数量AT89C51单片机1NPN三极管1无极电容