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1、目 录 摘 要 1 引 言 2 第 1 章 绪论 3 1 1 选题背景 3 1 2 选题介绍 3 第 2 章 系统主要硬件电路设计 5 2 1 单片机总体设计原理 5 2 2 各功能模块分析 5 2 2 1 闪烁系统 5 2 2 2 脉冲震荡系统 6 2 2 3 核心控件 7 2 2 4 复位电路 8 第 3 章 MCS 51 的介绍 10 3 1 MCS 51 单片机的结构框图 10 3 2 MCS 51 单片机的逻辑结构及功能 10 3 3 MCS 51 的信号引脚 12 3 4 彩灯控制端并行 1 O 端口 14 3 5 彩灯系统时钟电路与时序 14 3 6 单片机的复位工作方式 16
2、第 4 章 软件设计 17 4 1 软件系统方框图 17 4 24 2 中断延时程序 17 4 3 仿真环境 PROFESSIONAL仿真软件 18 第 5 章 系统调试 19 5 1 调试 19 5 1 1 硬件调试 19 5 1 2 软件调试 19 5 1 3 软硬联调 19 致 谢 20 参考文献 21 附录 1 系统仿真电路图 22 附录 2 主要源程序 23 摘 要 介绍了一种简单的 LED 彩灯控制系统的设计方法 以 AT89C51 单片机作为控制 核心 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 本文提出 了一种基于 A T 89C51 单片机的彩灯控制方案
3、实现对 L ED 彩灯的控制 本方案 以 A T 89C51 单片机作为主控核心 与显示 驱动等模块组成核心主控制模块 在主控模块上设有 16 个 LED 显示器 根据用户需要可以编写若干种亮灯模式 利 用其内部定时器 T0 实现一个基本单位时间为 5m s 的定时中断 根据各种亮灯时 间的不同需要 在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号 驱动各种颜色的灯亮或灭 关键词 LED 彩灯 单片机控制 定时中断 引 言 随着人们对房屋的装饰需要彩灯 在许多城市可以看到彩色霓虹灯 LED 彩灯 由于其丰富的灯光色彩 便宜的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用 用 彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种
4、时尚 但目前市场上各式样的 LED 彩灯 控制器大多数用全硬件电路实现 电路结构复杂 电路复杂 功率损耗大等缺点 此外从功能效果上看 亮灯模式少而且样式单调 缺乏用户可操作性 本方案提 出了一种基于 AT89C51 单片机的彩灯控制方案 实现对 LED 彩灯的控制 在主控模 块上设有 16 个码 LED 显示灯 根据需要可以编写若干种亮灯模式 利用其内部定 时器 T0 实现一个基本单位时间为 1 ms 的定时中断 根据各种亮灯时间的不同需要 在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号 然后驱动各种颜色的灯亮或灭 与普通 LED 彩灯相比 具有体积小 价格低 低能耗等优点 LED 彩灯用软件控制硬件的方
5、式来是彩灯闪烁 即彩灯控制器和管内 LED 板模 块 彩灯采用 AT89C51 提供 5V 电压工作 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 5V 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 5V 工作电源 整个系统工作由软件程序控制运行 上电后系统经过初始 化 LED 彩灯控制器按照程序设定好的若干亮灯花样模式程序顺序调用往下走 开始 工作 依次 8 种闪烁模式为一个闪烁周期 然后再回主循环继续工作 对于每一个 模式编写一个独立工作子程序 因此在 LED 彩灯上电工作后 可以方便地通过控 模块上的显示器知道 LED 彩灯当前工作模式 工作时间 Ti 频
6、率 Fi 等实时参 第 1 章 绪论 1 1 选题背景 随着人们生活环境的不断改善和美化 在许多场合可以看到彩色霓虹灯 LED 彩灯由于其丰富的灯光色彩 低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用 用 彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚 但目前市场上各式样的 LED 彩灯控制器大多数用全硬件电路实现 电路结构复杂 功能单一 这样一旦制作成 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 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 此外从功能效果上看 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
7、 因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进 彩灯可以通过定时或随用户要求来变换不同的色彩 传统的彩灯一般只有 3 种 颜色 当需要其中某种颜色的时候 点亮该颜色的灯泡 熄灭其他颜色的灯 目前市 面最为常用的彩色灯大都利用惰性气体在电极作用下变色的原理制作 工艺要求严 格 本案例采用三基色原理 利用价格低廉的 51 系列单片机控制基色LED灯泡从 而实现丰富的色彩变化 设计的艺术彩灯在外观上与普通的飞利浦灯泡相仿 1 2 选题介绍 本文提出了一种基于 51 单片机的彩灯控制方案 实现对 LED 彩灯的控制 本 方案以 51 单片机作为主控核心 与显示 驱动等模块组成核心主控制模块 在主 控模块上设晶
8、振电路和 16 个 LED 显示二极管 根据用户需要可以编写若干种亮灯 模式 利用其内部定时器 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 在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号 然后驱动各种颜色 的灯亮或灭 MCS51 是指由美国 INTEL 公司生产的一系列单片机的总称 MCS 51 系列单片机 产品有 8051 8031 8751 80C51 80C31 等型号 前三种为 CMOS 芯片 后两种为 CHMOS 芯片 它们的结构基本相同 其主要差别反映在存储器的配置上 8051 内 部设有 4K 字节的掩模 ROM 程序存储器 8031 片内没有程序存储器
9、 而 8751 是将 8051 片内的 ROM 换成 EPROM 由 ATMEL 公司生产的 89C51 将 EPROM 改成了 4K 的闪 速存储器 他们的结构大同小异 我用的一块称之为 89C51 的芯片 下面我们就看一下如何给它连线 1 电源 这当然是必不可少的了 单片机使用的是 5V 电源 其中正极接 40 引脚 负 极 地 接 20 引脚 2 振蒎电路 单片机是一种时序电路 必须提供脉冲信 号才能正常工作 在单片机内部已集成了振荡器 使用晶体振荡器 接 18 19 脚 只要买来晶振 电容 连上就可以了 3 复位引脚至于复位是何含义及为何需 要复要复位 在单片机功能中介绍 4 EA 引
10、脚 EA 引脚接到正电源端 至 此 一个单片机就接好 通上电 单片机就开始工作了 第 2 章 系统主要硬件电路设计 2 1 单片机总体设计原理 基于 51 单片机的彩灯控制方案 实现对 LED 彩灯的控制 本方案以 51 单片机 作为主控核心 与显示 驱动等模块组成核心主控制模块 在主控模块上设有晶振 电路和 16 个 LED 显示二极管 根据用户需要可以编写若干种亮灯模式 利用其内 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 在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号 结构框图如图 2 1 所示 复位电路 MC 51 核 心部件 闪烁系统 震荡脉冲 图
11、 2 1 硬件系统方框图 2 2 各功能模块分析 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 可以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 51 单片机的彩灯控制 方案 实现对 LED 彩灯的控制 本方案以 51 单片机作为主控核心 与显示 驱动 等模块组成核心主控制模块 利用其内部定时器 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 在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信 号 2 2 1 闪烁系统 发光二极管显示器简称 LED 或数码管 这种显示器具有线路
12、简单 耗电少 成 本低 寿命长等优点 本系统输出结果选用 16 个 LED 显示 数码管有共阴共阳之 分 本系统采用 16 段共阴型 LED 其原理图如图 2 2 1 所示 每端有 8 个发光二 极管 公共端由 8 个发光二极管的阴极并接而成 正常显示时公共端接低电平 GND 各发光二极管是否点亮取决于各引脚上是否是高电平 彩灯闪烁由 5V 电源和八个 LED 发光二极管 八个限压电阻组成如下图所示是彩灯闪烁系统的主要的外部可视 部件 LED 显示器由 16 个发光二极管组成 其中每个发光二极管的颜色是不相同 的 LED 显示器有两种不同的形式 一种是 8 个发光二极管的阳极都连在一起的 称
13、之为共阳极 LED 显示器 另一种是 8 个发 光二极管的阴极都连在一起的 称之 为共阴极 LED 显示器 由于系统要显示的内容比较简单 显示量不多 所以选用数码管既方便又经济 LED 有共阴极和共阳极两种 如图 2 2 1 所示 二极管的阴极连接在一起 通常此公共阴极接地 而共阳极则将发光二极管的 阳极连接在一起 接入 5V 的电压 一位显示器由 8 个发光二极管组成 其中 7 个 发光二极管构成字型 8 的各个笔划 段 a g 另一个小数点为 dp 发光二极管 当在某段发光二极管施加一定的正向电压时 该段笔划即亮 不加电压则暗 为了 保护各段 LED 不被损坏 需外加限流电阻 图 2 2
14、1 LED 连接方法 2 2 2 脉冲震荡系统 为彩灯循环系统提供稳定频率波在由多片单片机组成的系统中 为了各单片机 之间时钟信号的同步 引入唯一的外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲 这时外 部的脉冲信号是经单片机 89C51 的 XTAL2 引脚注入的 如图 2 2 2 所示 图 2 2 2 震荡电路 2 2 3 核心控件 89C51 单片机是整个彩灯循环系统的核心是控制彩灯循环闪烁等等一切功能的 部件 其中内部有 ROM 有 RAM 有并行 I O 口等 在 51 单片机内部有一个 CPU 用来运算 控制 有四个并行 I O 口 分别是 P0 P1 P2 P3 有 ROM 用来存放程序 有
15、 RAM 用来存放中间结果 此外还有定时 计数器 串行 I O 口 中断系统 以及一个内部的时钟电路 P1 接口 P1 0 P1 7 8 位准双向 I O 接口 占 1 8 脚 准双向接口是指该接口内部有上拉电阻 能驱动 4 个 LSTTL 低功耗肖脱 基晶体管逻辑电路 负载 P1 接口一般作通用 I O 接口线使用 P2 接口 P2 P2 7 8 位 准双向 I O 接口 占 21 28 脚 能驱使动个 LSTTL 负载 如果系统接有外部存储器 则 CPU 访问外边存储器时 该口作高 8 位地址线使用 P3 接口 P3 0 P3 7 8 位准双向 I O 接口 占 10 17 脚 能驱动 4
16、 个 LSTTL 负载 P3 借口同时也是多功能接口 除可作 通用 I O 接口线使用外 其每一引脚还有第二功能 MCS 51 系列单片机最小系统是指单片机要工作所必须保证的最低配置 如图 3 3 2 所示 a b c d e f g h XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 5 T1 15 P2 7 A15 28 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A1
