1、 遼 寧 工 業 大 學單片機原理及接口技術課程設計（論文）題目： 基于單片機的節日彩燈設計 院（系）： 專業班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 起止時間： 課程設計（論文）任務及評語摘 要節日彩燈時生活中常常用到的裝飾物品。由于其豐富的燈光色彩，低廉的造價以及控制簡單等特點而得到了廣泛的應用，用彩燈來裝飾街道和城市建筑物已經成為一種時尚。它集中地運用了單片機、LED、自動控制等技術，是典型的機遇單片機的電子產品。彩燈控制電路時近年來隨著電子技術發展而產生的一種控制裝置。它能使彩燈按照要求有序地被點亮。本彩燈控制器可控制八個彩燈的一次點亮，能營造出平面上色彩變化的場景，本電路結構簡單適合

2、初學者學習。本文以AT89C51單片機為控制核心，采用模塊化得設計方案，運用LED彩燈、按鍵等組成電路，實現彩燈在開啟時滿足不一樣的閃亮方法。按鍵可以再彩燈使用的時候選擇不同的亮法，使彩燈變化多樣，按鍵一可以使彩燈常亮，按鍵二可以使彩燈閃爍，三號按鍵鍵使流水線亮，四號按鍵使彩燈單數等閃亮累計5次后，換雙數燈閃亮5次，依次交換。通過按鍵能方便使用者選擇不同樣的亮法。關鍵詞：LED彩燈；循環；AT89C51目 錄第1章 緒論1第2章 課程設計的方案32.1 概述32.2 系統組成總體結構3第3章 硬件設計53.1 單片機最小系統設計5 單片機選擇5 時鐘電路設計8 復位電路設計8 鎖存控制電路9

3、單片機最小系統103.2 按鍵控制電路113.3 LED彩燈顯示模塊123.4 系統總電路圖14第4章 軟件設計154.1 按鍵掃描子程序設計154.2 主程序設計16第5章 課程設計總結21參考文獻22第1章 緒論節日彩燈是生活中常常用到的裝飾物品。它集中地運用了單片機、LED、自動控制等技術，是典型的基于單片機的電子產品。隨著計算機、微電子、信息技術的快速進步，智能化技術的開發速度越來越快，智能度越來越高，應用范圍也得到了極大的擴展。在海洋開發、宇宙探測、工農業生產、軍事、社會服務、娛樂等各個領域。在娛樂方面，場地的裝飾離不開彩燈。在建筑方面也采用彩燈來裝飾高樓大廈。彩燈有靈活多變的點亮方

4、式，裝飾效果非常好，特別是晚上似的高樓大廈更加漂亮。在國內外，微控制系統主要采用單片機作為控制核心。因此，單片機的發展將有助于簡單實用電子產品的開發。在本設計中，采用比較先進的AT89C51單片機為控制核心，它的功耗很低。單片機技術發展至今，掌握最先進技術的仍然是國外的幾大公司。如Intel公司發展的MCS-51系列的新一代產品，如8xC152、80C51FA/FB、80C51GA/GB、8Xc451、8Xc452 ，還包括了Philips、Siemens、ADM、Fujutsu、OKI、Harria-Metra、ATMEL等公司以80C51為核心推出的大量各具特色、與80C51兼容的單片機。

5、新一代的單片機的最主要的技術特點是向外部接口電路擴展，以實現Microcomputer完善的控制功能為己任，可連接一些外部接口功能單元如A/D、PWM、PCA（可編程計數器陣列）WDT（監視定時器）、高速I/O口、計數器的捕獲、比較邏輯等。這一代單片機中，在總線方面最重要的進展是為單片機配置了芯片間的串行總線，為單片機應用系統設計提供了更加靈活的方式。Philips公司還為這一代單片機80C51系列8xC52單片機引入了具有較強功能的設備間網絡系統總線CAN（Controller Area Network BUS）。 由于國內生活水平不斷提高，人民向往較佳的生活質素，對燈具燈飾也不斷提出了新要

6、求，近年內地燈飾市場有以下情況： 功能細分：人們要求燈具能符合不同場合，不同照光功能的需求日高，因此適用于各種使用要求的燈具逐應運而生，如學生燈、書寫燈、應急燈、日光燈、霞光燈、晚餐燈以及不同高度的落地燈等新品疊出。 高技術化：由于電子技術被廣泛用于燈具的制造，適應不同的電壓，使可調節亮度的第三代照光燈具多起來。無頻閃燈、3種波長色譜可調燈，放射遠紅外光燈等具備保護視力功能的燈具也開始推出市場。 多功能化：符合當前的消費時尚、集多種功能于一體的燈如床頭兼作光敏電話自控燈、帶八音盒臺燈等，是近年另一需求特點。 節能環保：新推出的高科技無頻閃書寫燈，光線平穩并可節能源50%，這種燈具很受消費者的歡

7、迎。環保是燈具生產技術的嶄新主題，顯示人們對居室生態環境的重視，這亦是未來家居照明的主要發展方向。 國際燈具行業現代化產品設計的潮流是：減少產品的尺寸，以減少材料的投入；現代社會對產品的開以制造最重要的著眼點是“經濟”和“環境保護”。照明產品最好能體現這一潮流的是緊湊熒光燈，細管徑，超細管徑直管熒光燈和無汞的射頻(RF)或微波(MW)激發的硫燈。緊湊型熒光燈直徑和尺寸，它們的形式多種多樣用途也十分廣泛。一般來說，它們有5倍于白熾燈的光效和8倍于白熾燈的壽命。因此，它們是綠色照明工程的推薦產品，使用緊湊型熒光燈的燈具也日益多見。第2章 課程設計的方案2.1 概述本文提出了一種基于AT89C51單

8、片機的彩燈控制方案，實現對LED彩燈的控制。本方案以AT89C51單片機作為主控核心，與鍵盤、顯示、驅動等模塊組成核心主控制模塊。在主控模塊上設有4個按鍵和8個LED顯示器，可以有多種閃光模式。 2.2 系統組成總體結構利用單片機設計，框圖如圖2.1所示AT89C51單片機LED彩燈顯示電路時鐘電路按鍵電路復位電路圖2.1 利用單片機設計結構框圖LED彩燈系統包括5大部分，即閃爍系統，脈沖震蕩系統，核心控件（89C51主控模塊），復位電路。主控模塊，具有控制功能，閃爍系統是受控模塊，上面有16個LED燈及16個電阻。核心控件主要由89C51芯片組成，是整個彩燈循環系統的核心，是控制彩燈循環閃爍

9、等等一切功能的部件。復位開關連接控制器的RST端，實現復位控制。根椐彩燈的亮滅規律，為了便于控制，決定采用移位型系統方案。即用移位寄存器模塊的輸出驅動彩燈，彩燈亮，滅和花型的轉換通過改變移位寄存器的工作方式來實現。16路彩燈需要移位寄存器模塊的規模為16位，但為了便于實現花型4的演示花型，將其分為左，右兩個8位移位寄存器模塊LSR8和RSR8。由按鍵控制功能的流水燈,其中的LED采取共陽極接法，通過依次向連接LED的/口送出低電平，可實現題目要求的功能。第3章 硬件設計3.1 單片機最小系統設計3.1.1 單片機選擇本次設計選擇AT89C51。（1）AT89C51單片機硬件結構：AT89C51

10、是一種低功耗、低電壓、高性能的八位CMOS單片機，片內有一個4KB的FLASH可變成可擦除只讀存儲器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory），它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲器技術，而且其輸出引腳和指令系統都與MSC-51兼容。片內置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲單元，片內的存儲器允許在系統內改變程序或用常規的非易失性存儲器編程。因此，AT89C51是一種功能強、靈活性高且價格合理的單片機，可方便的應用于各種控制領域。（2）主要特性：1. 與MCS-51產品指令系統兼容2. 4K字節

11、可編程閃爍存儲器3. 壽命：1000寫、擦循環4. 數據保留時間：10年5. 全靜態工作：0Hz-24Hz6. 三級程序存儲器鎖定7. 128*8位內部RAM8. 32可編程I/O線9. 兩個16位定時器、計數器10. 6個中斷源11. 可編程串行通道12. 低功耗的閑置和掉電模式13. 片內振蕩器和時鐘電路（3）管腳說明：VCC（40）：供電電壓，其工作電壓為5V。GND(20):接地。）:P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。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。再LFASH編程時，P0口作

12、為原碼輸入口，當FLASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1端口（P1.0-P1.7）：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能夠接收4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高電平，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。再FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2端口（）：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。P

13、2口當用于外部程序存儲器或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。P3端口（）：P3口管腳是一個帶有內部上拉電阻的8位的雙向I/O端口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入端時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表1所示。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。復位RST(9)

14、：復位輸入。在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現在此引腳時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環復位。復位后口均置1，引腳表現為高電平，程序計數器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當復位腳由高電平變為低電平時，芯片為ROM的00H處開始運行程序。復位操作不會對內部RAM有所影響。ALE/(30)：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。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。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

15、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行狀態ALE禁止，置位無效。(29)：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指令期間，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的信號將不出現。EA/VPP(31)：當保持低電平時，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，將內部鎖定為RESET；當端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V

16、編程電源（VPP）。XTAL1(19)：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2(18)：來自反向振蕩器的輸出。其引腳圖如圖3.1所示。表3.1 P3.6端口引腳兼用功能表 端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外中斷0）P3.3（外中斷1）P3.4T0(定時、計數0)P3.5T1（定時、計數1）P3.6（外部數據存儲器寫選通）P3.7（外部數據存儲器讀選通） 圖3.1 AT89C51引腳圖3.1.2 時鐘電路設計單片機的時鐘信號用來提供單片機片內各種微操作的時間基準，復位操作則使單片機的片內電路初始化，使單片機從一種確定的初態開始運

17、行。時鐘電路 89C51單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構成了內部振蕩方式。由于單片機內部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。內部振蕩方式的外部電路如圖3-1所示。圖3-1中，電容器Cl，C2起穩定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在5-30pF。晶振頻率的典型值為12MHz，采用6MHz的情況也比較多。內部振蕩方式所得的時鐘情號比較穩定，實用電路中使用較多。89c51X1 X2C1 C2GND圖3.2 時鐘電路3.1.3 復位電路設計復位電路電

18、路圖如圖3.3所示當89C51單片機的復位引腳RST(全稱RESET)出現2個機器周期以上的高電平時，單片機就執行復位操作。如果RST持續為高電平，單片機就處于循環復位狀態。根據應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關復位。上電復位要求接通電源后，自動實現復位操作。常用的上電復位電路電容C1和電阻R1對電源+5V來說20構成微分電路。上電后，保持RST一段高電平時間，由于單片機內的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1，也能達到上電復位的操作功能，如圖3.3所示。10µF+5VRET1K圖3.3復位電路電路圖開關復位要求電源接通后，單片機自動復位，并且在單片機運行期間，

19、用開關操作也能使單片機復位常用的上電或開關復位電路。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RESET持續一段時間的高電平。當單片機已在運行當中時，按下復位鍵K后松開，也能使RESET為一段時間的高電平，從而實現上電或開關復位的操作。3.1.4 鎖存控制電路其鎖存功能利用74LS373來實現，其功能表如表3.2所示，引腳圖如圖3.4所示圖3.4 74LS373引腳圖表3.2 74LS373功能表輸入輸出輸出控制使能數據DnLEOEOnHHLHLHLLXLLQ0XXHZ*（1） 鎖存使能控制端，如圖3.4中的LE。只有當鎖存使能信號有效（圖3.4是上升沿）時，寄存器才能鎖存輸入數據(d3d2

20、d1d0)，寄存器狀態得到更新。時鐘信號經常作為鎖存使能端的輸入，以便協調時序電路的工作。（2） 控制輸入端，它的作用可同時影響寄存器的多個輸出，如圖3.4中的CR。有些控制輸入端需要與鎖存使能輸入端配合才能生效，稱這種控制為同步控制。（3） 數據輸入端，如圖3.4 在微控制器單元（MCU）中，寄存器是十分重要的資源。寄存器的主要作用是快速寄存算術邏輯運算單元（ALU）運算過程中的數據。熟悉和了解MCU的寄存器是掌握MCU應用的關鍵。MCU內部寄存器的位數通常與MCU的總線寬度相同，如普通51系列單片機的寄存器寬度是8位，嵌入式控制器和DSP處理器的寄存器寬度通常是32位或48位。3.1.5

21、單片機最小系統AT89C51最小系統中XTAL1、XTAL2端接上晶振及兩個諧振電容，在RESET端接上相應的電阻、電容，如需要按鍵復位，加上按鍵即可組成一個最小系統，按要求通電后，系統就可以工作了。單片最小系統圖如下：圖3.5 單片機最小系統3.2 按鍵控制電路本次設計使用二極管作為彩燈，16支彩燈接在了AT89C51的P1口和P0口，這2個接口每一個在接二極管的同時在接一個小電阻，這個電阻在電路中所起的作用是限流電阻，防止電路電流過大，限制電流的作用。本次設計的按鍵部分包含四個按鍵，S0按鍵直接接在復位電路上，按下S0使彩燈亮，S1使彩燈閃爍，S2使彩燈流水線閃亮，S3使彩燈單數等閃亮累計

22、5次后，換雙數燈閃亮5次，依次交換。圖3.6 按鍵電路圖3.3 LED彩燈顯示模塊LED彩燈顯示電路實際上是由16個發光二極管和16個電阻構成的電路。發光二極管與電阻對應串聯,然后接在與之相對應的P0口和P1口上。通過軟件編程對P0口和P1口輸出高低電平來實現不同的閃爍花型。由于發光二極管的導通電壓一般為1.7V以上，另外，他的工作電流根據型號不同一般為1mA到30mA，電阻選擇范圍100歐姆3千歐姆在此我們這里選用560歐姆的電阻。74LS373的輸出端O0-O7可直接與總線相連，總線的另一端與單片機的P0.0P0.7相連。采用74LS373來傳輸8位數據，當液晶顯示器進行寫數據時，三態允許

23、控制端OE為低電平，通過74LS373進行緩存。當數碼管顯示器進行讀數據，還要通過74LS373進行輸出，把存在液晶顯示器里的數據傳輸到單片機中。數碼管顯示模塊的D1和D8分別與74LS373的Q1到Q8相連來控制數碼管顯示模塊指令寄存器和數據寄存器讀寫條件。P0口為雙向三態口，用作輸出的時候需要接上拉電阻。74LS373這里的用法是邏輯上透明的，也就是P0輸出什么，它也輸出什么。不做鎖存。作用是提高驅動能力。這樣數碼管的電流來自373而不是單片機。數碼管是共陰極的。圖3.7 LED連接電路3.4 系統總電路圖系統總電路圖如圖3.8所示：圖3.8 系統總電路圖第4章 軟件設計單片機的應用系統由

24、硬件和軟件組成，上述硬件原理圖搭建完成上電之后，還需要編寫程序控制單片機管腳電平的高低變化，來實現發光二極管的明滅。軟件編程是多控制、多閃爍方式的LED彩燈系統中的一個重要的組成部分，4.1 按鍵掃描子程序設計本設計是以單片機AT89C51為核心控制16個發光二極管4種閃爍方式的變換。程序啟動時跳轉到鍵盤判斷模塊程序中，循環檢測直到有按鍵按下的時候，程序轉去相對應按鍵的彩燈顯示的花型模塊。是否有鍵按下是否有鍵按下是否有鍵按下延遲10ms是否有鍵按下掃描結束確定鍵號開始圖4.1按鍵掃描子系統設計流程圖4.2 主程序設計NNNNY開始長跳轉到StartP1.0=0?YYYP1.0=0?P1.0=0

25、?P1.0=0?模式二亮燈模式四亮燈模式三亮燈模式一亮燈圖4.2 主程序流程圖匯編程序如下：org 0000h ljmp start org 0003h ljmp speedup org 0090hstart:mov IE,#81h setb IT0 mov 60h,#20 mov p2,#0ffh mov p3,#0ffh mov 40h,#0 mov p0,#0ffh jnb p1.0,key1 jnb p1.1,key2 jnb p1.2,key3 sjmp start key3:lcall key33 key1:mov r4,#03h mov p3,#0f2h key1:mov p0,

26、#0fh mov p2,#32h lcall delay mov p0,#00h mov p2,#00h lcall delaysjmp key1 djnz r4,key11 mov p2,#0ffh mov p0,#0feh lcall delay restart1:mov r4,#07h mov r5,#07h mov r3,40h loop1:inc r3 mov a,r3 mov dptr,#SEG movc a,a+dptr mov p2,a mov a,p0 rl a lcall delay mov p0,a jnb p1.3,start djnz r4,loop1 inc r3

27、inc r3loop2: dec r3 mov a,r3 mov dptr,#SEG movc a,a+dptr mov p2,a mov a,p0 rr a lcall delay mov p0,a djnz r5,loop2 sjmp restart1 retkey2: mov 40h,#1 mov r1,#8h mov a,#0feh mov p0,00h mov p3,#048hLOOP3: mov p0,a mov r0,a clr a mov a,40h mov dptr,#SEG movc a,a+dptr mov p2,a lcall delay jnb p1.3,loop5 inc 40h clr a mov a,r0 rl a djnz r1,loop3 inc 40h ljmp key2 key3:clr amov 40h,#8mov r1,#8hmov a,#07fhmov p3,#60hloop4: mov p0,a mov r0,a clr a mov a,40h mo