TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1．目的及意義 1\o"CurrentDocument"．基本容和技術方案 2\o"CurrentDocument"基本容： 2\o"CurrentDocument"系統硬件設計 3\o"CurrentDocument"主控模塊電路設計 3\o"CurrentDocument"受控模塊電路設計 4\o"CurrentDocument"主要元器件介紹 4單片機AT89C51 4\o"CurrentDocument"LED彩燈限流電阻的確定 6\o"CurrentDocument"數碼管結構及工作原理 6\o"CurrentDocument"試與仿真分析 8\o"CurrentDocument"硬件選材及電路制作 8\o"CurrentDocument"硬件調試 8\o"CurrentDocument"軟件仿真結果及分析 9\o"CurrentDocument"總結 10\o"CurrentDocument"參考文獻 11基于單片機的LED燈光控制器的設計1目的及意義背景：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。彩燈又靈活多變的點亮方式，裝飾效果非常好，特別時晚上使得高樓大廈更加漂亮。是彩燈的應用才使得城市的夜景非常迷人。節日彩燈將會在人類未來的夜晚生活成為一個個重要的景觀，節日彩燈控制器的應用也會在現實生活中得到廣泛的應用。意義：本設計通過對彩燈的設計，訓練對電氣、單片機、電子技術等容的應用能力，掌握對電子產品設計的流程以及各種要求。彩燈技術已廣泛得在霓虹燈、廣告彩燈、汽車車燈等領域中應用。單片機的控制電路的設計是彩燈應用的一個瓶頸。課程設計主要培養學生綜合運用所學的知識與技能分析與解決問題的能力， 并鞏固和擴大學生的課堂知識。通過課程設計學會查閱、使用各種專業資料和網上資源，并以嚴肅認真、深入研究的工作作風完成設計任務，逐步向工程技術員轉變，培養學生獨立完成任務的能力，體現和檢驗綜合設計能力，大力提高大學生的技術水平，培養新一代既有理論、又有動手能力的實用性人才，以適應國際建設和發展的需要。了解彩燈線路的基本理論，掌握單片機編程的基本設計方法和分析方法， 對能夠熟練地進行彩燈應用電路的設計與制作是十分必要和重要的。中國彩燈從開始發展到現在，已有上千年的歷史，發展到今天的燈會，已經是作為節日慶典的形式了.以傳統節慶文化為背景，在特定的時間、地點，主題下舉辦，是一項綜和性的群眾文化活動。分為經營性燈會和公益性（非經營性）燈會。燈會這種特殊的造型和視覺語言，不僅僅用于燈會中觀賞，還可以引入其他領域走向發展，進入人們生活的方方面面。比如：人居環境、城市美化、亮化的點綴物；彩燈雕塑，稱為燈雕，可以豐富人居環境，城市美化的藝術形式；還可以用彩燈的制作語言，巧妙結合現代廣告、招貼畫、海報、商業裝修，運用形色生光動，達到更為強烈的視覺效果。彩燈不僅是過年、節慶活動的需要，它也成為城市建設、美化、亮光工程不可缺少的部分，并且以彩燈的形式，可以短、平、快、不斷更新、變化，作為文化的消費，始終遵循一種歸律，永遠在追求變化，滿足人們不斷更新的精神文化審美需要。在今后的彩燈制作和工藝流程上，由于觀眾品位的提升以及審美要求的不斷提高、要求從事彩燈行業的設計師和能工巧匠更加專業化，會自然的形成一種與彩燈產品相關的可持續性發展的，分工更為明細的專業彩燈文化生態，從而保證彩燈的質量。在國外，微控制系統主要采用單片機作為控制核心。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/FB80C51GA/GB8xC451、8xC452，還包括了Philips、Siemens、ADMFujutsu、OKI、Harria-Metra、ATME萼公司以80C51為核心推出的大量各具特色、與80C51兼容的單片機[6]o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、PWMPCA口編程計數器陣列)、WDT覽視定時器)、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用行總線，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8xC592單片機引入了具有較強功能的設備問網絡系統總線一一CAN(ControllerAreaNetworkBUS)[7]。2基本容和技術方案2.1基本容：.采用AT89C52單片機作為主控制器，彩燈控制器包括缺省模式和用戶模式，通過鍵盤可以切換模式，用戶模式下可以隨意設定亮燈時間和閃爍頻率參數，要求每種模式下都能實時的在數碼管顯示出模式號，時間和頻率，合理選擇系統方案，簡述其工作原理；.完成系統硬件設計，畫出電路原理圖；.完成系統軟件設計，可采用C語言和匯編語言混合編程;.完成LED彩燈控制器的設計與制作，要求初始化后運行在缺省模式下，需要此模式下循環運行四種以上預設的彩燈閃爍方案；技術方案：本方案以AT89C52單片機作為主控核心，與鍵盤、顯示等模塊組成核心主控制模塊。在主控模塊上設有3個按鍵和1位七段碼LED顯示器，根據用戶需要可以編寫若干種亮燈模式，利用其部定時器T0實現一個基本單位時間為1ms的定時中斷，根據各種亮燈時間的不同需要，在不同時刻輸出燈亮或燈滅的控制信號，然后驅動各種顏色的燈亮或滅。該方案的優點是系統體積小、功耗小、可靠性高、調節靈活、多功能、多花案、使用靈活方便。用戶模式下可以隨意設定亮燈的閃爍頻率參數，并且每種模式下都能實現在數碼管上顯示出模式號。初始化后運行在缺省模式下，在此模式下可以循環運行9種預設的彩燈閃爍方案。主程序中默認執行左右來回閃爍，在中斷服務程序中，首先讀取按鍵狀態，然后延時10ms再次讀取按鍵狀態。把兩次獲得的按鍵狀態比較，如果不同，就表示是抖動，退出中斷；否則，就去判斷是哪個按鍵按下。如果是K1,就執行下一個閃爍方案；如果是K2,就執行加速；如果是K3,就執行減速。采用置標志位的方法，即在主程序中設定兩個標志位，一個閃爍模式標志位，一個閃爍速度標志位。不斷的對這兩個標志進行查詢：如果模式標志為狀態0,就執彳T方案0,Mode_0;如果是狀態1,就執行方案1,Mode_1,依次類推。閃爍速度標志默認值為500,對應延時值為500ms而在中斷服務程序中，只需要進行如下工作：去抖動，鍵盤識別，改變標志位。3統硬件設計整個系統包括AT89C51主控模塊和受控模塊，即發光二極管LED以下就分別介紹一下這兩個模塊的主要功能。主控模塊電路設計主控模塊電路見【圖1】。主控模塊主要設計器件有AT89C511個數碼管顯示器，3個按鈕。通過軟件設計，使單片機P0和P1作為LED驅動信號輸出口，P2口與三位按鈕相接作為按鈕輸入口，P3口與二極管LED相接作為顯示器的輸出口。

■tJVR9R1HR13f1511oXI-XTAHPEUVAbOPCI"附1TFC14AJD5PCIHADG■HTTPGl.TfWT■tJVR9R1HR13f1511oXI-XTAHPEUVAbOPCI"附1TFC14AJD5PCIHADG■HTTPGl.TfWTFZ.WP22/A1DP2iAHP2,^AH2STPZj&A-l*p1p1P3 [UP1JP3_i'lTTf1piurnRIM■44白目而T■"i.T4nrLM嗤wn圖1主控模塊硬件圖H3-2TF36JRN1131211也受控模塊電路設計LED板模塊設計主要器件有LED彩燈（紅，綠，藍，黃）、限流電阻。根據實際應用彩燈長度需要，可將不同數量的LED模塊實現級連，組成一個完整的LED彩燈。考慮到視覺效果，可以將不同顏色的LED混合搭配,即將LED發光管按順序L0（紅）、L1（綠）、L2（藍）、L3（黃）、L4（紅）、L5（I^）、L6（藍）……依次均勻擺放在一條直線上。通過軟件設計的各種方案，運行起來就會具有很好的動感視覺效果。主要元器件介紹單片機AT89C51AT89C51是主控模塊的核心控制器，具芯片含4KBRO防口128ByteRAM;系統的振蕩周期為12MHzAT89C5俱有如下特征（Features）:①與IntelMCS-51產品兼容；②部含有4KBEEPRQMT重復擦寫1000次；③支持晶振頻率從0Hz到24MHz④部含有128*8bit的RAM⑤32位可編程的I/O線；⑥2個16位的定時/計數器，⑦6個中斷源；⑧可編程的用行口；AT89C51有40個引腳，是雙列直插式芯片（DIP）[8],引腳定義及功能見【圖2】。>XTAL1PO.0/ADOpa.iff?i工>XTAL1PO.0/ADOpa.iff?i工TAL2Pa.3/ADSP0.5/AD6PCi.e?AMRSTFOJ/ADTP2.0/^FWJNP2.2M10PSENifz.swhALJEP2.4(A1t2EJP2.5XA1SP2,BM14F27/A15F1,J0P3.0/RXDF1.1P9.1/TXDF12P3.2/INTEP13P33/HT1F14P3.4m?P15P3.5/T1F1BF3,BfWRF17P3.7JRDO1-2345E712345B7-8圖2AT89C51弓|腳圖⑴振蕩電路單片機是一種時序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在單片機部已集成了振蕩器，接18、19號引腳(XTAL1和XTAL2[9]。AT89C51使用12MHz晶振，兩電容的電容大小均為22pF。弓唧XTAL1和XTAL2見【圖3】。圖3晶振電路 圖4復位電路LED彩燈限流電阻的確定設計管LED?模塊時還需注意彩燈限流電阻的確定。限流電阻過小會導致彩燈燒壞。紅綠藍三色燈，它們的額定電流相同，都為20mA而額定電壓有差異，紅燈與黃燈為2V,綠燈與藍燈為2.2V。所有彩燈的正極都與+5V工作電源相連接，于是它們的限流電阻可根據如下計算得到：紅燈與黃燈：R==150 (2)藍燈與綠燈：R==140 (3)數碼管結構及工作原理數碼管由七個發光二極管組成，止匕外，還有一個圓點型發光二極管(在圖中以dp表示)，用于顯示小數點。通過七段發光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數字、字母以及其它符號。數碼管中的發光二極管共有兩種連接方法：圖7數碼管模型及實物圖①共陰極接法：把發光二極管的陰極連在一起構成公共陰極。使用時公共陰極接地,這樣陽極端輸入高電平的段發光二極管就導通點亮，而輸入低電平的則不點亮。②共陽極接法：把發光二極管的陽極連在一起構成公共陽極。使用時公共陽極接+5V。這樣陰極端輸入低電平的段發光二極管就導通點亮，而輸入高電平的則不點亮。本次設計顯示器采用共陽極接法［14］o為了顯示數字或符號，要為顯示器提供代碼，因為這些代碼是為顯示字形的，因此稱之為字形代碼。七段發光二極管，再加上一個小數點位，共計八段。因此提供給顯示器的字形代碼正好一個字節。若a、b、c、d、e、f、g、dp8個顯示段依次對應一個字節的低位到高位，即DOD1、D2、D3D4D5D&D7,則用共陽極數碼管顯示十六進制數時所需的字形代碼如【表4】所示［15］。表4共陽極數碼管字形代碼字形共陽極代碼字形共陽極代碼字形共陽極代碼00xC060x82C0xC610xF970xF8D0xA120xA480x80E0x8630xB090x90F0x8E40x99A0x88滅0xFF50x92B0x834系統調試與仿真分析硬件選材及電路制作首先要對整個任務進行分析，基本確定該彩燈控制系統可分為兩大模塊：主控模塊以及管LED板模塊。然后進一步確定應該采用哪些元器件。比如：主控模塊首選就是由單片機作為主控核心，其成本很低，且功能很完善。除此以外當然還需要一些按鈕、七段碼顯示器等輔助器件。在確定完所需何種功能的元器件后，就可以進行實物確定，主要通過上網搜索（比如21中國電子網），以及一些元器件手冊。其要元器件報價較低，且能夠實際購買的到。確定完這些元器件后通過Protel99繪制原理圖及印刷板電路圖。其繪制印刷板電路的過程中必須注意元器件的尺寸及布線的合理性，盡可能減小板的體積。隨后就是通過自己動手將這些元器件焊接到印刷板上。由于指導老師提供了做硬件的實驗箱，里面涵括了硬件電路的全部元器件，且都焊接在印刷板上，為做硬件調試省去了諸如選材之類的麻煩。我只需在實驗箱里連線，接通電源，并將實驗箱與計算機進行串口通信。硬件調試硬件的調試主要是吧電路各種參數調整到符合設計要求。先排除硬件電路故障，包括設計性錯誤和工藝性故障。一般原則是先靜態后動態。硬件靜態調試主要是檢測電路是否有短路、斷路、虛焊等，檢測芯片引腳焊接是否有錯誤，數碼管段位是否焊接正確單片機的硬件調試和軟件調試是分不開的。經歷過好多次失敗后才切切實實地體會到：盡管許多硬件故障是在調試軟件時才發現，但通常先要排除系統中明顯的硬件故障后才能與軟件結合起來調試。調試方法：在上電前，首先用萬能表、示波器根據硬件圖和印刷板電路圖仔細檢查其連線是否正確。核對各元器件的型號、規格以及安裝的方向是否正確。其中重點檢查電源走線，以避免電源之間短路單片機AT89C51是系統的核心，利用萬用表檢測單片機電源VCC40腳）是否為+5V、晶振是否正常工作（可用示波器測試，也可以用萬用表檢測，兩引腳電壓一般為1.8V?2.3V之間）、復位引腳RST（復位時為高電平，工作時為低電平）。尤其要注意單片機插座上的電位，由于單片機電源僅5V,因此如果有高電壓，聯機時會損壞模擬器。軟件仿真結果及分析完成單片機系統仿真電路圖設計后，即可開始仿真運行單片機綁定的程序文件，雙擊單片機，打開單片機屬性窗口（也可以先在單片機上單擊右鍵，再單擊左鍵，或者選中單片機后按下（Ctrl+E組合鍵），在“ProgramFiles”項中選擇對應的HEX文件。在仿真電路和程序都沒有問題時，直接單擊 Proteus主窗口下的“運行”（Play）按鈕，即可仿真運行單片機系統， 在運行過程中如果希望觀察存、24C0X溫度寄存器、時鐘芯片等部數據可在運行時單擊“單步” （Step）或“暫停”（Pause）按鈕，然后再“調試”（Debug）菜單中打開相應設備。如果要觀察仿真電路中某些位置的電壓或波形等，可向電路中添加相應的虛擬儀器，例如，電壓表、示波器等。（一個燈亮從左到右跑）程序及仿真結果：voidMode_0（void）{LEDShow（0x0001<<LEDIndex）;LEDIndex=（LEDIndex+1）%16;}

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