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1、基于单片机的花样彩灯设计摘要：近年来，彩灯对于美化、亮化城市有着不可轻视的重要作用。因此作为城市装饰的彩灯需求量越来越大，对与彩灯的技术和花样也越来越高。目前市场上各种式样的LED彩灯多半是采用全硬件电路实现，存在电路结构复杂、功能单一等局限性，因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。本文介绍了一种简易LED彩灯控制系统的软硬件设计过程，以AT-89S52单片机作为主控核心与辅助硬件电路相结合，利用软件实现对LED彩灯进行控制。本系统具有电路结构简单、操作容易、硬件少、成本低等特点。关键词：LED彩灯；AT-89S52单片机；彩灯控制器Design of Lantern Controller b
2、ased on Single-chipAbstract：In recent years, the lantern for the landscaping, lighting the city has an important role should not be underestimated. So the city decorated with lanterns as the growing demand for technology and lanterns have become more sophisticated and synchronized. Currently on the
3、market a variety of style LED lantern is the most hardware-wide realization of the existence of complex circuit structure, functions and other limitations of a single, it is essential to the current controller to improve the lantern. This paper introduces a simple control system of the LED lantern d
4、esign process of hardware and software, with AT-89S52 single-chip microcomputer as the master core and supporting the combination of hardware circuitry, using software control of the LED lanterns. The specialties of this system are simple structure, easy control, less hardware, low cost, and so on.K
5、eywords: LED lantern; AT-89S52 single-chip microcomputer; Lantern controllerI目 录一、论文正文引言01 系统设计11.1 设计任务与要求11.1.1 设计任务11.1.2 设计要求11.2 方案的选择与论证12 系统硬件设计12.1 控制器模块32.2 按键模块52.3 LED显示模块52.4 接口模块62.5硬件电路调试92.6硬件元件清单93软件设计与仿真103.1仿真软件简介103.2 程序设计113.3 仿真结果123.4 系统调试134 结论14附录程序15参考文献18谢辞19二、附录1 开题报告202 结
6、题报告213 答辩报告22引言近年来，彩灯对于美化、亮化城市有着不可轻视的重要工作。因此作为城市装饰的彩灯需求量越来越大，对与彩灯的技术和花样也越来越高。但传统的彩灯控制电路一般是由数字电路组成，这种彩灯控制器电路结构复杂、成本较高、功率损耗大，电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理也比较困难。此外从功能效果上看，彩灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。而单片机具有高集成度、高可靠性，控制功能强，低电压、低功耗 ，优异的性能价格等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。LED彩灯具有成本低、发光纯度高、发光热量
7、小、耗电量低、超长寿命的特点。所以利用单片机作LED彩灯控制，不仅是使控制花样、路数大大增加，成本也很低，而且对环境能源没有污染，有着很大的发展前景1.2 方案的选择与论证方案一：采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。方案二：通过单片机控制二极管的闪烁。单片机具有高集成度、高可靠性，控制功能强，低电压、低功耗 ，优异的性能价格等优点，可以使电路易于设计和控制。根据以上分析，方案二的成本低，而且电路易于设计和控制，故本次设计选择方案二。2 系统硬件设计按照单片机系统扩展与系统配置
8、状况，单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统及典型系统等。AT-89S52单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，具有丰富的内部资源：拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz），8KB的内部程序存储器（ROM）为 ，256KB的内部数据存储器（RAM），32 个可编程I/O 口线，8 个中断向量源，三个 16 位定时器/计数器，三级加密程序存储器，另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工
9、作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。因此，本彩灯控制系统实际上就是一个带有八个发光二极管的单片机最小应用系统，即为由发光二极管、晶振、复位、电源等电路和必要的软件组成的单个单片机。其具体硬件原理图组成如图1所示。从图1中可以看出，如果要让接在P1.0口的LED1亮起来，那么只要把P1.0口的电平变为低电平就可以了；相反，如果要让接在P1.0口的LED1熄灭，就要把P1.0口的电平变为高电平；同理，接在P1.1P1.7口的其他7个LED的点亮和熄灭的方法同LED1。因此，要实现彩灯功能，我们只要将发光二极管LED1LED8依次点
10、亮、熄灭，8只LED灯便会一亮一暗的做彩灯了。在此我们还应注意一点，由于人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间很短，我们在控制二极管亮灭的时候应该延时一段时间，否则我们就看不到“彩灯”效果了。图1彩灯电路原理图。本设计是一种基于AT-89S52单片机的彩灯控制方案，实现对LED彩灯的控制。主要以AT-89S52单片机作为主控核心与发光二极管、晶振、复位、电源、MAX232、DB9等组成电路，利用软件编辑实现彩灯流水灯的效果，并且可以通过按键来实现花样的选择。1 系统设计1.1 设计任务与要求1.1.1 设计任务（1）设计一个基于单片机的花样彩灯；（2）在设计过程中，选择12个单元电路使
11、用仿真软件（例如Proteus等）进行仿真调试；（3）用计算机绘制所有的电路图。1.1.2 设计要求（1）设计一个花样彩灯。（2）彩灯至少有3种工作模式。（3）用按键实现花样的转变。22.1 控制器模块本系统控制器芯片采用AT89S52单片机，单片机在我们的日常生活和工作中无处不在、无处不有：家用电器中的电子表、洗衣机、电饭褒、豆浆机、电子秤；住宅小区的监控系统、电梯智能化控制系统；汽车电子设备中的ABS、GPS、ESP、TPMS；医用设备中的呼吸机，各种分析仪，监护仪，病床呼叫系统；公交汽车、地铁站的IC卡读卡机、滚动显示车次和时间的LED点阵显示屏；电脑的外设，如键盘、鼠标、光驱、打印机、
12、复印件、传真机、调制解调器；计算机网络的通讯设备；智能化仪表中的万用表，示波器，逻辑分析仪；工厂流水线的智能化管理系统，成套设备中关键工作点的分布式监控系统；导弹的导航装置，飞机上的各种仪表等等，可以说单片机已经渗透到了我们生活的各个领域张俊谟.单片机的发展与应用J.电子制作，2007（08）11-14。AT89S52是一种带8K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89S52是一种带8K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的
13、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和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S52是一种高效微控制器为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RA
14、M、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止周丽荣.基于AT89S52的单片机开发板设计J.科学之友，2011（22）：4-8。在AT89S52芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容C1、C2形成反馈电路，可构成稳定的自激振荡器，振荡频率 为.212MHz。若晶体振荡器频率高，则系统的时钟频率也高，单片机的运行速度也就快梅笙，李玮.基于AT89C52控制的数控直流电流源的设计J.电子测
15、试，2007（2）：19-23.。引脚是单片机和外界进行通信的通道连接点，只能通过引脚组建控制系统。AT89S52的引脚图如图2所示，但是在本设计中，并不是所有的引脚都能用到，因此下面仅介绍本设计中会用到的引脚。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。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是单片机复位。 XTAL1：输入到振荡器的反相放大器。 XTAL2：反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器。 GND：接地。图2 89S52引脚功能说明图2.2 按键模块按键控制电路是由4个按键开关构成的。他
