課程設計---彩燈控制電路設計

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文檔簡介

1、　　畢業(yè)設計（論文）　?。?011屆）　　題目彩燈控制電路的設計　　系別信息電子系 　　專業(yè) 應用電子技術 &

2、lt;/p>　　班級應電0811 　　學號 　　姓名 　　指導教師 　　2011年5 月10 日&l

3、t;p>　　目錄　　第1章概述3　　1.1課題的背景與意義3　　1.2總體設計方案4　　第2章硬件電路設計5　　2.1單機片最小系統(tǒng)5

4、　　2.2按鍵控制電路6　　2.3中斷電路6　　2.4 LED顯示電路7　　2.5單機片的介紹8　　第3章軟件設計11　　3.1軟件設計思

5、路11　　3.2軟件設計流程12　　參考文獻13　　附錄A 課題設計電路原理圖14　　附錄B 課程設計系統(tǒng)程序15　　致謝22<

6、;/p>　　彩燈控制電路設計　　【摘要】本文介紹了一種由16個LED發(fā)光二極管組成多功能發(fā)光形式的簡易彩燈控制系統(tǒng)的軟硬件設計過程，方案以AT89C51單片機作為主控核心，且以復位電路、時鐘電路、按鍵電路、中斷電路以及彩燈顯示電路組成，利用軟件編程燒錄程序到單片機來實現對LED彩燈進行多樣控制。該控制電路能完成多種閃燈模式以及

7、隨意變換想要的閃爍方式和控制彩燈的閃爍頻率等功能。該系統(tǒng)具有電路結構簡單、易操作、硬件少、體積少、成本低、能耗低等優(yōu)點，有一定的實用價值。　　【關鍵詞】8051單片機，LED彩燈，控制系統(tǒng)，閃爍方式　　概述　　1.1課題的背景與意義

8、　現代化生活當中彩燈控制電路的應用越來越受到人們的喜歡，因為其不僅能美化環(huán)境，渲染氣氛，還可以用于娛樂場所和電子玩具、廣告牌當中等，因此我們選擇了4種不同方式控制點亮16個LED發(fā)光二極管的彩燈控制電路設計作為畢業(yè)課題，利用本人在大學期間所學的模擬電子技術、通訊電路、語言程序設計等一些課程的知識進行了這次畢業(yè)課題設計與制作，這次設計能在很大程度上提高了我們個人的學以致用能力和實際獨立操作能力，不論是對知識的運用還是對論文的撰寫方面都有了

9、很大的提高，同時也為了我們以后踏上社途工作發(fā)展打下了良好的基礎。　　彩燈控制電路的設計，其電路設計品種多樣，工作電壓范圍寬，功耗低，外圍元件少，因此適用于現實生活中多種電子產品的開發(fā)設計與制作。此課題設計的作品不能為了只追求“跳躍”而給人凌亂的感覺，不管采用何種色彩、何種圖案，都應該聚而不散，且有順序的漸變和跳躍，給觀眾一種主次感、秩序感，也方便于群眾順著有規(guī)律的節(jié)奏接著看第二遍、第三遍。在設計

10、制作時，既要給人帶來變換的吸引力，又要顯得主次分明，沒有色彩和圖案凌亂的感覺。變換、閃爍、跳躍式的彩燈為市場促進了銷售，為生活營造了多姿多彩的氣氛，因此，越來越受到人們的肯定、重視、歡迎。　　1.2總體設計方案　　設計思路: 本方案這要是通過對基于單片機的多控制、多閃爍方式的LED彩燈循環(huán)系統(tǒng)的設計，來達到本設計的要

11、求。本課題設計的總體框圖如下圖1-2所示　　圖1-2 系統(tǒng)總體設計框圖　　系統(tǒng)設計如下：　　此設計方案中單片機的P1口接4路按鍵控制電路，實現彩燈閃爍方式的切換功能；單片機的P3.3引腳接上一個按鍵開關以實現對彩燈中斷的控制；單片機上的P0和P2口接16路LED發(fā)光二極管組成

12、彩燈顯示電路，實現多種形式的閃爍功能。　　硬件電路設計　　2.1單機片最小系統(tǒng)　　要使單片機工作起來，最基本的電路構成由單片機、時鐘電路、復位電路等組成。單片機最小系統(tǒng)由復位電路和時鐘信號電路組成（如圖2-1）。　　復位電路：確定單片

13、機工作的起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。單片機系統(tǒng)的復位方式有上電自動復位和手動按鍵復位。本設計采用上電自動復位。　　單片機最小系統(tǒng)還有一塊模塊叫時鐘電路。時鐘電路由一個晶振和兩個小電容組成，用來產生時鐘頻率。AT89C51單片機芯片內部有一個反向放大器構成的振蕩器，XTAL1和XTAL2分別為振蕩器電路的輸入端和輸出端，時鐘可由內部和外部生成，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件，內部振

14、蕩電路就會產生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時元件為石英晶體和電容組成的并聯諧振回路。晶振頻率選擇12MHz，電容值取30PF,電容的大小頻率起微調的作用。　　圖2-1 單片機最小系統(tǒng)圖　　2.2按鍵控制電路　　按鍵控制電路（如圖2-2）是由4個按鍵開關構成的。他們分別接在單片機AT

15、89C51的P1.0~P1.3引腳上，為了一對一方式控制16個LED彩燈的不同閃爍形式。當按下開關key1時，16個LED發(fā)光二極管閃爍第一種彩燈方式；當按下開關key2時，16個LED發(fā)光二極管閃爍第二種彩燈方式；同理，當按下開關key3時，16個LED發(fā)光二極管閃爍第三種彩燈方式；當按下開關key4時，16個LED發(fā)光二極管閃爍第四種彩燈方式。　　圖2-2 按鍵控制電路圖

16、　　2.3中斷電路　　單片機的P3.3引腳街上一個按鍵開關以實現對彩燈中斷的控制（如圖2-3）。當彩燈系統(tǒng)正在實現無論哪一種控制方式時，按下中斷開關使過程終止，16個LED發(fā)光二極管同時會處于熄滅狀態(tài)，停止當前工作；當再次按一下中斷開關時，彩燈系統(tǒng)會繼續(xù)進行工作，閃光方式會與中斷之前的方式一樣。

17、　　如圖2-3 中斷控制電路圖　　2.4 LED顯示電路　　流水燈采用的是發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode），簡稱LED，是一種將電能轉換為光能的半導體器件，具有體積小、耗電低的優(yōu)點，常被用作微型計算機與數字電路的輸出裝置。當LED兩端加上一定的正向電壓，使之流過一定的工作電流就會發(fā)光，其亮度隨流過的電流增加而增加，但電流過大LED的

18、壽命也將縮短。普通LED正向電流一般為5~20mA。由于51 的I/O 是弱上拉的方式，在輸出高電平時，只能輸出幾十微安的電流，而在輸出低電平時，I/O最大可以輸入幾十毫安的電流。所以，通常采用灌電流的方式，即電流從電源經LED流向I/O口。為了不讓流過LED的電流太大而把它燒壞，還得串上限流電阻R，當P0和P2口輸出高電平（+5V）時，LED兩端沒有電壓降，所以熄滅；當P0和P2口輸出低電平（即P0/P2=0）時, LED正向導通發(fā)光

19、。此時LED兩端電壓VD約為1.7V，則限流電阻R兩端將存在3.3V（即5-1.7=3.3V）。查閱AT89C51技術手冊后發(fā)現，單個I/O口的輸入電流不能超過10mA；P0口的輸入電流總和不能超過26mA；P1、P2、P3的輸入電流總和不能超過15mA；所有I/　　圖2-4 led顯示電路圖　　2.5單機片的介紹&

20、lt;/p>　　AT89C51管腳圖如下圖2-5所示　　圖2-5 AT89C51引腳排列　　VCC：供電電壓+5V。　　GND：接地。　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電

21、流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。本系統(tǒng)中P0口接LED數碼管的段選段。 　　P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內

22、部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收[7]。　　P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部

23、程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。本系統(tǒng)中語音芯片ISD1420的地址端接P2口。　　P3口：P3口是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它

24、們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流，這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表2.5所示。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。　　表2.5　P3口的第二功能　　RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。<

25、;p>　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)

26、行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。　　PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現。　　EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，EA將內部鎖定為RESET；當EA

27、端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在本設計中，對ROM的讀操作只在內部程序存儲器中，所以EA置應高電平。　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出[8]。　　軟件設計<b

28、>　　3.1軟件設計思路　　單片機的應用系統(tǒng)由硬件和軟件組成，上述硬件各電路搭建完成后，我們還不能看到多控制、多閃爍方式的LED燈系統(tǒng)循環(huán)點亮的現象，我們還需要告訴單片機怎么樣進行控制，即編寫程序控制單片機管腳電平的高低變化，來實現發(fā)光二極管的閃爍。軟件編程是多控制、多閃爍方式的LED燈系統(tǒng)中的一個重要的組成部分，是本設計的重點和難點。所以我來闡述多控制、多閃爍方式的L

29、ED燈系統(tǒng)是如何實現16個LED燈的循環(huán)點亮，來介紹實現流水燈控制的軟件編程方法。　　本設計是以單片機AT89C51為核心控制16個發(fā)光二極管4種閃爍方式的變換。硬件電路如圖附錄A所示，16個發(fā)光二極管分別接在單片機的P0和P2接口上。例如，當給P0.0口輸出“0”時，發(fā)光二極管點亮，當輸出“1”時，發(fā)光二極管熄滅。同理，接在P0和P2口的其他15個LED的點亮和熄滅的方法同P0.0引腳上的燈管

30、。因此，要實現流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管按照不同方式依次點亮、熄滅，16只LED燈便會一亮一暗的成流水燈了。程序設計流程如圖3-2。　　3.2軟件設計流程　　圖3-2 程序設計流程圖　　參考文獻<p&g

31、t;　　曹天漢，《模擬電子技術》，北京師范大學出版社 2005年 8月　　侯玉寶、陳忠平、李成群，《基于Proteus的51系列單片機設計與仿真》電子工業(yè)出版社 2008年9月　　曹天漢、錢衛(wèi)星、張雪娟，《單片機原理與接口技術》（第3版），電子工業(yè)出版社2009年3月　　李全利，《單片機原理與接口技術》[M]

32、，高等教育出版社 2006年12月　　李忠國、陳剛，《單片機應用技能實訓》，人民郵電出版社 2006年　　附錄A 課題設計電路原理圖　　附錄B 課程設計系統(tǒng)程序　　#include<reg51.h>　　#defi

33、ne uint unsigned int　　#define uchar unsigned char　　const tab1[]={0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F};　　const tab2[]={0xFF,0xFE,0xFC,0xF8,0xF0,0xE0,0xC0

34、,0x80,0x00};　　const tab3[]={0xFF,0x7F,0x3F,0x1F,0x0F,0x07,0x03,0x01,0x00};　　const tab4[]={0xFF,0xFE,0xFA,0xEA,0xAA,0x2A,0x0A,0x02,0x00}; //1,3,5,7

35、　　const tab5[]={0xFF,0x7F,0x5F,0x57,0x55,0x54,0x50,0x40,0x00}; //2,4,6,8　　uchar key=0;　　uchar state=0;　　uchar stateTemp=0;　　uchar f

36、lag=0;　　void delay(uint n)//延時　　{　　uint i;　　for(i=0;i<n;i++);　　}

37、　　void fun1(void)　　{　　P0=0x00;　　P2=0x00;　　delay(

38、30000);　　P0=0xff;　　P2=0xff;　　delay(30000);　　} 　　void fun2(

39、void)　　{　　uchar i;　　for(i=0;i<8;i++)//向上逐次單個點亮　　{

40、P2=tab1[7-i];　　delay(10000);　　if(state!=2)　　{　　P0=0xFF;　　P2=0xFF;<

41、;/b>　　return;　　}　　}　　P2=0xFF;　　for(i

42、=0;i<8;i++)　　{　　P0=tab1[7-i];　　delay(10000);　　if(state!=2)　　{&

43、lt;p>　　P0=0xFF;　　P2=0xFF;　　return;　　}　　}</b&g

44、t;　　P0=0xFF;　　for(i=0;i<8;i++) //向下逐次單個點亮　　{　　P0=tab1[i];　　delay(1000

45、0);　　if(state!=2)　　{　　P0=0xFF;　　P2=0xFF;　　return;

46、　　}　　}　　P0=0xFF;　　for(i=0;i<8;i++)

47、{　　P2=tab1[i];　　delay(10000);　　if(state!=2)　　{　　P0=0xFF;

48、　　P2=0xFF;　　return;　　}　　}　　P2=0xFF;</b

49、>　　}　　void fun3(void)　　{　　uchar i;　　for(i=0;i<9;i++)

50、　　{　　P0=tab4[i];　　P2=tab5[i];　　delay(25000);　　if(state!=3)　　{&l

51、t;/b>　　P0=0xFF;　　P2=0xFF;　　return;　　}

52、;　　}　　for(i=0;i<3;i++)　　{　　P0=0xAA;　　P2=0xAA;

53、　　delay(20000);　　P0=0x55;　　P2=0x55;　　delay(20000);　　if(state!=3)<

54、b>　　{　　P0=0xFF;　　P2=0xFF;　　return;　　}

55、　　}　　for(i=0;i<9;i++)　　{　　P0=tab4[8-i];　　P2=tab5[8-i];　　dela

56、y(25000);　　if(state!=3)　　{　　P0=0xFF;　　P2=0xFF;　　r

57、eturn;　　}　　}　　} 　　void fun4(void)　　{<

58、;/b>　　uchar i;　　for(i=0;i<9;i++) //向上逐個點亮　　{　　P2=tab3[i];　　delay(10000)

59、;　　if(state!=4)　　{　　P0=0xFF;　　P2=0xFF;　　return;&l

60、t;/b>　　}　　}　　for(i=0;i<9;i++)　　{　　P0=tab3[i];</p&

61、gt;　　delay(10000);　　if(state!=4)　　{　　P0=0xFF;　　P2=0xFF;&

62、lt;p>　　return;　　}　　}　　for(i=0;i<9;i++)//向下逐個熄滅　　{<

63、;/p>　　P0=tab3[8-i];　　delay(10000);　　if(state!=4)　　{　　P0=0xFF;&l

64、t;b>　　P2=0xFF;　　return;　　}　　}　　P0=0xFF;</p&g

65、t;　　for(i=0;i<9;i++)　　{　　P2=tab3[8-i];　　delay(10000);　　if(state!=4)　　{<

66、;/b>　　P0=0xFF;　　P2=0xFF;　　return;　　}

67、　　}　　P2=0xFF;　　for(i=0;i<9;i++) //向下逐個點亮　　{　　P0=tab2[i];<p&

68、gt;　　delay(10000);　　if(state!=4)　　{　　P0=0xFF;　　P2=0xFF;<

69、;b>　　return;　　}　　}　　for(i=0;i<9;i++)　　{　　P

70、2=tab2[i];　　delay(10000);　　if(state!=4)　　{　　P0=0xFF;　　P2=0xFF;</b

71、>　　return;　　}　　}　　for(i=0;i<9;i++) //向上逐個熄滅<b&g

72、t;　　{　　P2=tab2[8-i];　　delay(10000);　　if(state!=4)　　{　　P0=0xFF;</

73、p>　　P2=0xFF;　　return;　　}　　}　　P2=0xFF;

74、　　for(i=0;i<9;i++)　　{　　P0=tab2[8-i];　　delay(10000);　　if(state!=4)<p&

75、gt;　　{　　P0=0xFF;　　P2=0xFF;　　return;　　}<

76、;/p>　　}　　P0=0xFF;　　} 　　void timer0(void)interrupt 1 using 1<b&

77、gt;　　{　　TL0= 0x00;//重置初值　　TH0 = 0xBE;　　TL0 = 0xE5;　　key=P1;　　switch(key)

78、;　　{　　case 0xFE:state=1;stateTemp=1;break;　　case 0xFD:state=2;stateTemp=2;break;　　case 0xFB:state=3;stateTemp=3;break;

79、;　　case 0xF7:state=4;stateTemp=4;break;　　default:break;　　}　　}　　void _int()interrupt 2

80、using 2　　{　　if(flag==0)　　{　　state=5;　　flag|=1;<

81、;/b>　　}　　else　　{　　state=stateTemp;　　flag&=

82、0;　　}　　}　　void main()　　{　　IT1=1;</b&

83、gt;　　IE|=0x86;　　TMOD= 0x21;　　TH0 = 0xBE;　　TL0 = 0xE5;　　ES = 0;//禁止串口中斷<p&

84、gt;　　TR0 = 1;//開啟定時器0，開始定時　　while(1)　　{　　switch(state)　　{<

85、;p>　　case 1:fun1();break;　　case 2:fun2();break;　　case 3:fun3();break;　　case 4:fun4();break;　　case 5:P0=0xFF;P2=0xFF;break;

86、　　default:break;　　}　　}　　}　　致謝<p&g

87、t;　　在本設計中，遇到了不少的技術問題，憑本人現有的水平是無法解決的，都是通過同學和老師的精心指導，幫我解決了不解之惑，才使我能夠順利的完成本設計。在此，特別感謝老師以及各位同學在我畢業(yè)設計中所做出的指導和幫助。也感謝大學三年來所有的教過我的老師，傳授給我專業(yè)知識的同時教會了我如何做人。我今天所擁有的專業(yè)知識，是他們辛勤耕耘的結果。是他們把我領進了電子信息系統(tǒng)這個專業(yè)領域，使我有了前進的方向，將來我還會繼續(xù)在這一領域進行研究，不管我走

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