单片机节日彩灯课程设计

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课程设计任务书

注：1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应依照：封面—任务书—说明书—图纸的顺

序进行装订上交（大张图纸不必装订）单片机原理与接专业班级电传12-2学生姓名崔玉君课程名称口技术设计名称节日彩灯控制器设计周数2指导教师张军朝1.以单片机为核心，设计一个节日彩灯控制器。设计任务主要设计参数2.P0.0~P0.7接8只红色LED，P2.0~P2.7接8只绿色LED，P3.0~P3.7接8只黄色LED。3.P1.2—开始，按此键则彩灯开始滚动（依次点亮）。P1.3—中止，按此键则中止彩灯滚动，所有灯为暗。P1.4—P1.7彩灯不同的显示方式，按下相应的按键彩灯则依照不同的显示方式显示，渲染节日气氛。1.采用AT89S51单片机作为主控芯片及外围控制芯片，设计节日彩灯控制器的硬件电路。2.采用AT89S51单片机汇编语言（C语言），完成节日彩灯控制器的软件设计内容设计要求编程。3.由按键控制流水灯，LED采取共阳极接法，通过依次向连接LED的Ｉ/Ｏ口送出低电平，实现题目要求的功能。4.采用Proteus仿真软件完成节日彩灯控制器的硬件设计、软件编程及系统调试。1.贾好来.单片机嵌入式系统原理及应用.机械工业出版社，2023.4主要参考资料2.徐爱钧.单片机原理实用教程基于PROTEUS虚拟仿真.电子工业出版社，2023.11.设计说明书一本，包括硬件电路图和软件程序（电子版）2.采用屏幕录像软件，录制十字路口交通灯控制器运行状况，以MP3的形式提交。学生提交归档文件2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。

指导教师签名：日期：

目录

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第一章绪论31.1节日彩灯的发展31.2现代节日彩灯的控制3其次章总体方案设计42.1方案比较52.2方案论证62.3方案选择6第三章硬件电路设计63.1单片机最小系统设计63.2LED彩灯显示电路设计73.3按键控制电路设计83.4AT89C51单片机结构9第四章统软件设计124.1主程序流程图134.2正向滚动程序流程图和反向滚动程序流程图144.3延时程序软件序设计15第五章仿真结果16第六章总结18附录A总原理图20附录B总程序21

图二:方案二原理框图

2.2方案论证

结合设计任务书比较以上两种方案可知：利用电子电路装置控制，其电路不很繁杂，制作相对较简单点，成本也相对较低，但可调性差，亮灯模式少而且样式单调，达不到设计任务要求或实现困难。采用单片机控制其优点是电路集成度高，工作原理简单，明了明白，自定义编程，控制的图案花招多，移植性好等。

2.3方案选择

综上，显然方案二各方面优越于方案一，以及为了表达专业优势，本次设计采用其次种方案。

第三章硬件电路设计3.1单片机最小系统设计

要使单片机工作起来，最基本的电路的构成由单片机、时钟电路、复位电路等组成。单片机最小系统如图3所示。

时钟电路：本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个12MHz石英晶体振荡器和2个33p微调电容，构成稳定的的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。

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复位电路：确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。本设计采用手动按键复位，该复位方式同样具有上电自动复位功能。

图三:时钟电路与复位电路原理图

3.2LED彩灯显示电路设计

设计任务主要涉及参数：

1.以单片机为核心，设计一个节日彩灯控制器。

2.P0.0~P0.7接8只红色LED，P2.0~P2.7接8只绿色LED，P3.0~P3.7接8只黄色LED。

3.P1.2—开始，按此键则彩灯开始滚动（依次点亮）。P1.3—中止，按此键则中止彩灯滚动，所有灯为暗。

P1.4—P1.7彩灯不同的显示方式，按下相应的按键彩灯则依照不同的显示方式显示，渲染节日气氛。

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彩灯显示电路原理图

3.3按键控制电路设计

P1.2—开始，按此键则彩灯开始滚动（依次点亮）。P1.3—中止，按此键则中止彩灯滚动，所有灯为暗。

P1.4—P1.7彩灯不同的显示方式，按下相应的按键彩灯则依照不同的显示方式显示，渲染节日气氛。

图五：按键电路原理图

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3.4AT89C51单片机结构

AT89C51是一种低功耗/低电压、高性能的八位CMOS单片机，片内有一个4KB的FLASH可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory），它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统都与MSC—51兼容。片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，片内的存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程。因此，AT89C51是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机，可便利的应用于各种控制领域。

另外，AT89C51是用静态规律来设计的，其工作频率可下降到零并提供两种软件的省电方式-空闲方式和掉电方式。在空闲方式中，CPU中止工作。在掉电方式中，片内振荡器中止工作，由于时钟被“冻结〞，使一切功能都暂停，只保存片内RAM中的内容，直到下次硬件复位为止。

主要特性：

(1)与MCS-51产品指令系统兼容(2)4K字节可编程闪烁存储器(3)寿命：1000写/擦循环(4)数据保存时间：10年(5)全静态工作：0Hz-24Hz(6)三级程序存储器锁定(7)128*8位内部RAM(8)32可编程I/O线(9)两个16位定时器/计数器(10)6个中断源(11)可编程串行通道(12)低功耗的闲置和掉电模式(13)片内振荡器和时钟电路

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管脚说明：

VCC（40）：供电电压，其工作电压为5V。GND（20）：接地。

P0端口（P0.0-P0.7）：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必需被拉高。

P1端口（P1.0-P1.7）：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高电平，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平日，将输出电流，这是由于内部上拉的起因。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2端口（P2.0-P2.7）：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1〞时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的起因。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1〞时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特别功能寄放器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3端口（P3.0-P3.7）：P3口管脚是一个带有内部上拉电阻的8位的双向I/O端口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1〞后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入端时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）。

P3口也可作为AT89C51的一些特别功能口，如下表1所示。

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表1P3端口引脚兼用功能表

端口引脚P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7其次功能RXD（串行输入口）TXD（串行输出口）(INT0外中断0）(INT1外中断1）T0（定时/计数0)T1(定时/计数1)(外部数据存储器写选通)WR(RD外部数据存储器读选通)_____________________P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

复位RST(9)：复位输入。在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引脚时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P3.0-P3.7口均置1，引脚表现为高电平，程序计数器和特别功能寄放器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平日，芯片为ROM的00H处开始运行程序。复位操作不会对内部RAM有所影响。

ALE/PROG(30)：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平日，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想阻止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MO，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。假使微处理器在外部执行状态ALE阻止，置位无效。

PSEN(29)：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。

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EAEA/VPP(31)：当EA保持低电平日，则在此期间外部程序存储器

（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平日，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1(19)：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2(18)：来自反向振荡器的输出。其引脚图如图3.1所示。

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图3.1AT89C51引脚图

第四章统软件设计

程序设计(Programming)是指设计、编制、调试程序的方法和过程。它是目标明确的智力活动。在进行微机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。因此，软件设计在微机控制系统设计中占重要地位。对于本系统，软件也占有重要的地位。

为了完成上述任务，在进行软件设计时，寻常把整个过程分成若干个部分，每一部分叫做一个模块。把一个程序分成具有多个明确任务的程序模块，分别编制、调试后再把它们连接在一起形成一个完整的程序，这样的程序设计方法称为模块化程序设计。所谓“模块〞，实质上就是能完成一定功能，并相对独立的程序段，这种程序设计方法称为模块程序设计法。

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4.1主程序流程图

开始长跳转到StartP1.0=0?YN灯开始滚动（至上而下）P1.0=0?NP1.0=0?Y中止YNP1.0=0?灯由上而下滚动YN灯由下而上滚动

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4.2正向滚动程序流程图和反向滚动程序流程图

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4.3延时程序软件序设计

开始给R6赋值200给R7赋值250两次nop操作NR7=0？YNR6=0?Y返回延时程序流程图

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第五章仿真结果5.1仿真效果图

5.2按下P1.2，开始，灯开始滚动（由上而下）。

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5.3按下P1.3，中止，灯中止滚动，所有灯为暗。

5.4按下P1.4，灯由上向下滚动。

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5.5按下P1.5，灯由下向上滚动。

第六章总结

经过几天的努力，终究完成了本学期的单片机课程设计，过程虽是辛苦的，但从中我学到了好多东西。首先稳定了课上学习的理论知识，对于计算机汇编语言的系统化整体化有了更深的认识。在编写程序的过程中遇到了好多困难经过反复修改不断修正最终才能得以执行。再次是经过搜集资料基本了解了proteus软件的使用。整个设计过程最大的收获就是意识到理论知识扎实的重要性，实践是建立在理论之上的。

设计主要研究的是节日彩灯控制系统的设计。节日彩灯是节日中不可或缺的一部分，它可以增加节日气氛，用于装饰，布置节日现场，如公园、商场、舞台、酒店等等。赏花灯是一个中国流传已久的节日活动。历经千年而流传足以说明节日彩灯对于节日的重要。古代只有用纸制作的，中间点着油灯的花灯，而如今已经被电灯所取替了。现代的节日花灯使用色调缤纷的灯泡，通过控制器来控制他们的亮灭规律，使其变幻多姿。利用编程与外部开关的组合控制可以实现多种的点亮规律的手动切换，避免了但以显示方式的单调。显示规律还可以利用编程从新编写。单片机具有稳定性好，实时性高，使用寿命长等诸多优点。

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在不断学习中，终究完成了课程设计任务。通过本设计锻炼了我们的实践能力，也是对以后我们实际工作能力的训练和考察过程。现在是一个高科技的时代，单片机的应用无处不在，这更顽强了我要学好单片机的决心。

我与同组人员经过将近两周的努力，终究完成的小学期的单片机课程设计，过程虽是辛苦的，但从中我却学到了好多东西。首先稳定了课上学习的理论知识，对于计算机汇编语言的系统化整体化有了更深的认识。在编写程序的过程中遇到了好多困难经过我们两人反复修改不断修正最终才能得以执行。但最难的部分焊接实物部分，试验要求二十四个二极管是共阴极接法，我们先改了我们的程序，接下来焊接的过程中遇到的问题有，电解电容正负接反，开关使用方法不正确焊接虚焊等等，经过与同组人员探讨，向其他人请教和老师的指导才焊