单片机彩灯控制器的设计

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1、 资料 辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术课程设计 论文 课程设计 论文 题目 题目 彩灯控制器设计彩灯控制器设计 院 系 院 系 电气工程学院电气工程学院 专业班级 专业班级 学学 号 号 学生姓名 学生姓名 指导教师 指导教师 起止时间 起止时间 资料 资料 摘 要 近年来 彩灯在美化城市中起着不可忽视的主要作用 因此作为城市 家庭 装饰品的彩灯的需求越来越大 当然对于彩灯的技术和彩灯显示的花样等也越来 越高 但是目前市场上各式各样的 LED 灯多半是采用全硬件电路实现 这样的设 计电路复杂 功能单一和成本高等局限性 所以本设计采用 AT89C51

2、 单片机作 为核心部件 与按键 开关等较少的辅助硬件电路相结合 利用软件实现对 24 个 LED 彩灯进行控制 根据用户需要可以编写若干种亮灯模式 本设计具有体积 小 硬件少 电路结构简单 适用场合广 易操作 成本低 节约资源 关键词 单片机 AT89C51 彩灯控制 关键词 4 资料 目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 彩灯发展来源 1 1 2 国内外发展现状 1 1 3 存在问题和解决方案 2 第 2 章 课程设计方案 2 2 1 概述 2 2 2 系统任务分析 2 2 3 方案确定 2 2 4 主要器件选择 3 2 4 1 单片机的选择 3 2 4 2 数据存储的选择 3 第 3 章

3、硬件设计 5 3 1 单片机最小系统设计 5 3 2 按键电路 6 3 3 显示电路 7 3 4 数据存储电路 7 3 5 电源转换电路 8 第 4 章 软件设计 10 4 1 系统总体图 10 4 2 彩灯四级闪烁控制程序 11 4 3 彩灯十级递增递减闪烁控制程序 12 4 4 彩灯显示方式 12 第 5 章 系统模拟调试结果及说明 14 第 6 章 误差分析 16 第 7 章 课程设计总结 17 参考文献 18 资料 附录 硬件总电路图 19 附录 系统程序 20 资料 第 1 章 绪论 1 1 彩灯发展来源 彩灯 又名花灯 是中国普遍流行 具有极高艺术价值的汉族传统工艺品 彩灯艺术也就

4、是灯的综合性的装饰艺术 中国彩灯 饮誉古今 自贡灯会 久负 盛名 随着社会生产力的发展 人类开始用动植物和矿物的油蜡来作采光的灯 周礼 司恒氏 载 凡邦之大事 供烛庭燎 烛麻烛也 可见 周朝就有了烛灯 到 了战国 灯的制造工艺蓬勃发展 这在屈原 楚辞 中就有所表述 兰膏明烛 华铜错 汉代是铜灯制作的鼎盛时期 西京杂记 载 汉高祖入咸阳宫 秦有青玉五枝灯 高七尺五寸 下作蟠螭 口衔灯 燃则鳞甲皆动 焕炳若列星 盈盈 到了唐朝 元宵放灯发展成盛况空前的灯市 京城 作灯轮高二十丈 衣以锦绮 饰以金银 燃五万盏灯 簇之如花树 这之后 各地花灯活动尤为 盛行 1 2 国内外发展现状 中国古代彩灯文化就有

5、了很大的发展 新中国成立后 彩灯艺术得到了更大 的发展 特别是随着我国科学技术的发展 彩灯艺术更是花样翻新 奇招频出 传统的制灯工艺和现代科学技术紧密结合 将电子 建筑 机械 遥控 声学 光导纤维等新技术 新工艺用于彩灯的设计制作 把形 色 光 声 动相结合 思想性 知识性 趣味性 艺术性相统一 自贡灯会这门古老的艺术更加绚丽多 彩 中国彩灯在国内外已声名鹊起 先后得到国内外数十个地区和城市的邀请 还将继续赴国内外展出 2005 年 9 月 1 日 德国慕尼黑奥林匹克体育场成了灯 的海洋 中国自贡大型灯展在这里隆重开幕 自贡灯展气势之磅礴 灯组之奇巧 工艺之精湛 地方风情之浓烈 令来宾们叹为观

6、止 观众穿过迎宾门 只见满目 的灯山光海 珠阁琼楼 龙游凤舞 21 组大型彩灯组成了灯彩的大观园 灯光的 交响诗 那些根据中国名胜 古典名著 神话传说等题材制作的大型彩灯如天坛 九龙壁 西游记场景 七仙女与董永 十二生肖 八仙过海 刘姥姥进大观园 巨大的瓷龙灯 孔雀开屏等等 无不让德国观众惊叹中国彩灯的精美壮观以及自 贡人巧夺天工的构思和技艺 流连在灯廊灯亭中 倘佯在灯树灯花下 使来宾们 宛如步入梦幻般的境界 彩灯在世界各地得到了很大的应用 已经成为人们日常 资料 生活中的一种装饰用品 它美观大方 尤其在节日期间 倍增节日气氛 它蕴涵 着丰富的文化底蕴 被广泛地应用于各种店面的装饰 变换无穷的

7、彩灯样式 给 城市增添活力 吸引着人们的注意力 深受人民的喜爱 在日常生活中 人们还 将彩灯摆放成各种图案 增添美感 在技术方面 大多数彩灯都是全硬件设计 但是随着电子技术的发展 应用 系统向着小型化 快速化 大容量 重量轻的方向发展 单片机技术的应用引起 电子产品及系统开发的巨大变革 国际灯具行业现代化产品设计的潮流是 减少 产品的尺寸 以减少材料的投入 现代社会对产品的开以制造最重要的着眼点是 经济 和 环境保护 单片机或者 PLC 的应用也是当前的主流 1 3 存在问题和解决方案 虽然彩灯在的发展有利很长的时间 并且得到了很大的发展 到目前的国内 外彩灯的应用已经进入了人们最普通的日常生

8、活中 各式各样的彩灯层出不穷 花样各式各样 为节日等活动增加了气氛 深受人们的喜爱 但是目前市场上各 式各样的 LED 灯多半是采用全硬件电路实现 这样的设计电路复杂 功能单一和 成本高等局限性 在自动化空前发展的新世纪 这样的设计最终会被前进的潮流 所遗忘 所以本设计采用单片机 AT89C51 作为核心元件 在开关 按钮的配合 下通过软件设计控制彩灯的闪烁快慢和点亮的图案 并且自编的灯光显示方式可 以储存 掉电不丢失 本设计具有体积小 硬件少 电路结构简单 适用场合广 易操作 成本低 很好的解决了全硬件电路的缺点 资料 第 2 章 课程设计方案 2 1 概述 本设计是基于 AT89C51 单

9、片机的彩灯控制系统 实现对 LED 彩灯的控制 本方案以 AT89C51 单片机作为主控核心 与键盘模块 彩灯开关控制模块和数 据存储模块组成核心主控制模块 在主控模块上设有 6 个按键 4 个开关和 32 个 LED 显示器 彩灯闪烁速度可以改变 24 个彩灯显示方式也可以改变 2 2 系统任务分析 本设计主要设计可对户外装饰用彩灯进行控制的控制器 具有以下功能 灯 光闪烁的快慢可以用四个开关控制 即控制四级快慢 如当 s1 合上时 灯光亮 闪最慢 当 s4 合上时 灯光亮闪最快 灯光闪烁的快慢还可采用两个按键 键和 键 的方式控制灯光快慢亮闪显示 控制十级速度 1 9 每按一下 键 级数加

10、 1 灯光流动速度逐级加快 每按一下 键 级 数减 1 灯光流动速度逐级减慢 可工作于自编的灯光显示方式 按下相应编码 彩灯以对应的显示方式显示 自编的灯光显示方式可存储 掉电不丢失 要求手动选择彩灯闪烁速度 所以 我们采用 4 个开关与单片机的 P1 口连 接来控制彩灯闪烁速度的不同 通过检测按键接口电平的高低来判断开关是否闭 合 从而选择彩灯的闪烁速度 再选择两个按键来控制十级彩灯闪烁速度 通过 一个按键来增加彩灯闪烁速度 另一个按键来降低彩灯的闪烁速度 另外还必须 有 4 个按键来选择彩灯显示方式 按下不同的按键 彩灯的显示方式不同 此外 还必须有 LED 显示电路 我们采用 P1 口作

11、为输出 连接 3 个 74LS573 以及二十 四个小灯进行控制 2 3 方案确定 本设计系统采用 AT89C51 八位机作为核心单元进行控制 采用开关选择灯 光闪烁的快慢 4 个开关接到单片机的 P0 口 还可以通过键盘实现灯光闪烁的 快慢的十级控制 另个按键分别是闪烁加快键和闪烁减慢键 并且自己可以编写 4 种显示方式 在按下相应的键后会显示不同的图案 并且这些自编的灯光闪烁 方式通过 ROM 存储 系统框图如图 2 1 所示 资料 图 2 1 系统总体方案图 2 4 主要器件选择 本设计主要用到的器键有单片机 数据存储器 开关 按钮 键盘和灯 对 这些器件的主要选择如下所述 2 4 1

12、单片机的选择 本设计选择的 AT89C51 单片机是一种带 4K 字节 FLASH 存储器 FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory 的低 电压 高性能 CMOS 8 位微处理器 是一种可编程可擦除只读存储器的单片机 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次 该器件采用 ATMEL 高密度非 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 和闪速存储器组合在单个芯片中 ATMEL 的 AT89C51 是 一种高效微控制器 AT89C51 提供以下标准功能

13、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 CPU 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 AT89C51 成为很多微机开发的主干 因为它的功能强大价格 低廉 所以得到了广泛的应用 AT89C51 灯开关控制模块 键盘接口模块 24

14、 彩灯显示模块 数据存储模块 资料 2 4 2 数据存储的选择 24C16B 是一个有 16kbit 2048 字节的 EEPROM 存储器 其内部共分 8 块 每块 16 页 每页 16 字节 其读写时序符合 I2C 规程 器件发送数据到总线上 则定义为发送器 器件从总线上接收数据 则定义为接收器 由主器件 MCU 控制总线 并产生串行时钟 SCL 控制总线的传送方向 并产生开始和停止条件 24C16 为从器件 无论主从器件 接受 1 个字节后必须发送一个确认信号 ACK 读写时序主器件发出开始信号后 紧接着发送读写控制字节 格式 1010B2 B1 B0W R 其中最高 4 位 1010

15、是从器件为 EEPROM 时的代码 由 Philips 公司的规程决定 B2 B1 B0 是内部存储区 8 个块的选择位 CI 2 W 0 代表写命令 R 1 代表读命令 主器件接收到应答位后再发送读写字节的 绝对地址 0 xXXX 其实就是其所在块的相对地址 即发送 0 x0XX 即可 接收到 应答位后 主器件再发送要写的字节数据或是接收字节数据 24C16B 的主要参 数如表 1 所示 表 1 24C16B 主要参数 格式 存储器RAM 存储器类型FRAM Ferroelectric RAM 存储容量 16K 2K x 8 速度 1MHz 接口I2C 2 线串口 电压 电源 4 5 V 5

16、 5 V 工作温度 40 C 85 C 封装 外壳8 SOIC 0 154 3 90mm 宽 资料 第 3 章 硬件设计 3 1 单片机最小系统设计 AT89C51 是一种最常用的单片机 带 4K 字节 FLASH 存储器的低电压 高 性能 CMOS 8 位微处理器 并且带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器 任何 单片机都必须有最小系统 与单片机最小系统有关的几个引脚功能如下 1 RST 复位输入 当振荡器工作时 RST 引脚出现两个机器周期以上高电平 将使单片机复位 2 EA VPP 外部访问允许 当 EA 信号为低电平时 对 ROM 的读操作限定 在外部程序存储器 而当 EA 信号为高电平时 则对 ROM 的读操作是从内部程 序存储器开始 并可延至外部程序存储器 3 XTAL1 振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端 4 XTAL2 振荡器反相放大器的输出端 复位是任何单片机的初始化操作 单片机要想从起始地址 0000H 运行 必须有 可靠地复位电路 同时复位电路很容易受到外界扰动 因此复位电路必须具有一定 的抗干扰能力 复位电路具有上电复位和手动复位两种功能 本系统选择上电