《呼吸灯实训》由会员分享，可在线阅读，更多相关《呼吸灯实训（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1呼呼 吸吸 灯灯摘 要：设计了灯光在 51 单片机的控制下完成由亮到暗变化的呼吸灯，本设计是基于单片机的原理与接口设计，采用单片机 I/O 口，加以 C 语言编程实现 LED 渐亮再渐暗，类似人的呼吸一样的效果。利用 KEIL 软件进行 C 语言程序 编写及调试，再利用 Proteus 仿真软件进行仿真实验，关键词：LED 灯，51 单片机。21 系统设计系统设计.2 1.1 设计要求设计要求.2 1.1.1 设计任务设计任务.2 1.2 方案比较方案比较.2 1.2.1 计数存储方案计数存储方案.2 1.3 方案论证方案论证.2 1.3.1 总体思路总体思路.2 1.3.2 设计方案设计方
2、案.2 2 单元电路设计单元电路设计.3 2.1 RCL 响应电路响应电路.3 2.2 PWM 控制控制 .4 2.3 呼吸灯应用系统的硬件设计呼吸灯应用系统的硬件设计.4 2.3.1 呼吸灯硬件系统的模块划分呼吸灯硬件系统的模块划分.4 2.3.2 呼吸灯硬件系统的电路呼吸灯硬件系统的电路.5 2.3.3 硬件模块基础硬件模块基础.5 3 软件设计软件设计.6 3.1 呼吸灯应用系统软件设计呼吸灯应用系统软件设计.6 3.1.1 呼吸灯应用系统的软件流程呼吸灯应用系统的软件流程.6 4 呼吸灯应用系统的仿真呼吸灯应用系统的仿真.6 4.1 利用利用 Proteus 和和eil uVision
3、 对对 51 单片机进行仿真单片机进行仿真.6 4.1.1 Proteus 中的虚拟示波器中的虚拟示波器 .7 4.1.2 呼吸灯的仿真呼吸灯的仿真.7 5 总结总结.731 系统设计系统设计1.1 设计要求设计要求呼吸灯就是让 LED 灯的闪烁像呼吸一样，时呼时吸，时亮时暗，利用 LED 的余晖和人眼的暂留效应，看上去和人的呼吸一样。1.1.1 设计任务设计任务设计并制作一个在 51 单片机控制下完成由亮到暗变化的呼吸灯。1.2 方案比较方案比较1.2.1 计数存储方案计数存储方案计数存储方案的选择主要是数据的准确性。 方案一：利用李氏无竞争计数实现的方案李氏无竞争计数码既具有制约竞争编码的
4、特点，即每次只允许一位数据发 生变化，同时又具有适合计数方式的编码结构，可以采用特征序列的循环移位 实现递增和递减的计数。又因为呼吸灯的明暗周期可调，则只需通过输入周期 的变化控制李氏计数码的变化即可。方案二：利用单片机计数实现的方案单片机是在单一芯片上构成的微型计算机，CPU 由控制器和运算器组成。 控制器主要完成指令的读取，指令的译码和指令的执行等工作，并协调单片机 内部各部分工作，运算器主要完成算数运算和逻辑运算。 上述两种方案从计数准确性来说，方案一对计数方式加以约束，每次计数 只允许 1bit 发生变化，从跟不上限制了多位同时变化，有可能带来数据的不确 定性。1.3 方案论证方案论证
5、1.3.1 总体思路总体思路（1）要发光，则需要一个合适的光源； （2）需要一个能这个光源进行相应控制的驱动电路； （3）作为控制系统的 51 单片机要能和这个驱动电路进行接口； （4）需要设计合适的单片机软件1.3.2 设计方案设计方案系统工作流程如图 1.3.1 所示。4灯光开始逐步变 亮（吸气过程）是否到 达最亮灯光开始逐步变暗 （呼气过程）是否到 达最暗是是否否对于 51 单片机的应用系统而言，最常用的发光源是发光二极管（LED） 。发光 二极管的发光强弱和通过其的电流大小相关，当电流越大时，发光二极管的亮 度就越大；反之灯光则变暗，通过控制这个电流的大小，即可实现发光二极管 亮度的控
6、制。 2 单元电路设计单元电路设计2.1 RCL 响应电路响应电路图 2.1.1 RLC 响应电路L1C1图 1.3.1 呼吸灯应用系统的工作流程图R1551 单片机的输出是一个数字信号，只有 0 和 1 两种状态，也就是说只有大 电流和小电流，不能直接对 LED 进行控制，此时需要一个相应的电路来将这个 数字信号转化为模拟信号。如果在 RCL 电路的 R1 和 L1 串联一个发光二极管， 而在电容两端加上高低的数字逻辑电平，则可以控制发光二极管上电流的变化。2.2 PWM 控制控制虽然 RCL 电路能将对应的数字逻辑高低电平转换为模拟信号，并且能控制 电流的大小变化，但还是需要 51 单片机
7、提供这个数字逻辑电平，此时可以应用 PWM 控制原理来实现转换功能。PWM 是脉冲宽度调制，简称脉宽调制，是一 种使用 51 单片机或者其他处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的方法，这 种方法可用数字方式来控制模拟电路，能大幅度降低系统的成本和功耗。在采 样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性 的环节上时，其效果基本相同。PWM 控制技术就是以该结论为理论基础，利 用 51 单片机的 I/O 引脚输出一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，来代替正弦 波或其他所需要的波形，并按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变 电路输出电压的大小， ，也可改变输出频率。其关键
8、参数有两个：脉冲的频率和 脉冲的宽度。在呼吸灯实例中，修改 PWM 的输出波形，可以改变外加在 RCL 电路的电源时间长度和对 RCL 电路进行充电的频率，从而可以分别控制吸气和 呼气的长度以及呼吸的频率。2.3 呼吸灯应用系统的硬件设计呼吸灯应用系统的硬件设计呼吸灯应用系统的硬件设计重点是如何使用 RCL 电路对发光二极管进行 驱动。2.3.1 呼吸灯硬件系统的模块划分呼吸灯硬件系统的模块划分呼吸灯的硬件模块是由 51 单片机、三极管开关电路、RCL 电路和发光二 极管构成，如图所示，其各个部分的详细说明如下。51 单 片 机电源三极管开关电路发光二极 管RCL 电路图 2.3.1 呼吸灯的硬件模块6（1）51 单片机：是呼吸灯系统的核心控制器。 （2）三极管开关电路：受到 51 单片机的 PWM 输出波形驱动，当输出为高电 平时，三极管打开，电源给 RCL 电路充电；当输出为低电平时，三极
