PAGE17邯鄲學院課程設計報告課程名稱單片機題目節日彩燈控制器的設計學生學生學生學生指導教師年級專業二級學院邯鄲學院2015年1月5日邯鄲學院《單片機》課程設計任務書院別專業班級課程設計題目節日彩燈控制器的設計課程設計基本內容與要求一、基本內容以單片機為核心，設計一個節日彩燈控制器：P1.2—開始，按此鍵則燈開始流動（由上而下）。P1.3—停止，按此鍵則停止流動，所有燈為暗。P1.4—上，按此鍵則燈由上向下流動。P1.5—下，按此鍵則燈由下向上流動。二、功能要求1、根據課題，查閱相關資料

2、畫出系統原理框圖；

3、畫出單元電路圖；

4、編寫相應部分程序；5、撰寫說明書三、設計成果要求1、課程設計報告（2000字）2、設計能夠實現上述功能的protues電路圖和keilc程序。主要參考文獻1、靳達.單片機應用系統開發實例導航北京：人民郵電出版社，2003.10

2、張俊謨.單片機中級教程原理與應用北京：北京航空航天大學出版社，2000.6

3、何立民.MCS-51系列單片機應用系統設計（系統配置與接口技術）進程安排起止時間完成內容2015.12.16-2015.12.23據任務書搜集相關的資料2015.12.24-2015.12.30設計并實現2016.01.01-2016.01.01撰寫課程設計說明書2016.01.08-2016.01.15準備答辯階段系意見系主任簽字：年月日摘要節日彩燈是生活中常常的裝飾物品，是我國普遍流行的傳統的民間的綜合工藝品。彩燈藝術也是燈的綜合性的裝飾藝術。在當今社會里，彩燈已經成為我們生活當中的一部分，能給我們帶來視覺上的享受，還能美化我們的生活。彩燈控制器主要是通過產生有規律變化的脈沖信號來實現彩燈的各種變化，他集中的應用了單片機、LED、自動控制等技術，是典型的基于單片機的電子產品。本文以AT89C51單片機為控制核心，采用模塊化的設計方案，運用LED彩燈、按鍵等組成電路，實現才在開啟時滿足不一樣的閃亮方法及方式。按K1—開始，按此鍵則燈開始流動（由上而下）。K2—停止，按此鍵則停止流動，所有燈為暗。K3—上，按此鍵則燈由上向下流動。K4—下，按此鍵則燈由下向上流動。按K5—從亮到暗到亮循環。通過按鍵能方便使用者選擇不一樣的亮法。并用仿真軟件進行仿真按不同的方式點亮LED。還有就是這節日彩燈的制作成本低、精確度高、裝調容易，為節日增添氣氛，具一定的市場價值，因此制作了此節日彩燈。關鍵詞：節日彩燈；單片機；LED；設計；仿真目錄TOC\o"1-3"\f\h\z\u摘要 3一、概述 5二、任務要求 5三、硬件電路設計與分析 51.AT89C51單片機 51.1AT89C51結構 51．2AT89S51引腳描述 72.鍵盤設計 83.定時器與復位模塊 83.1時鐘電路 83.2復位電路 9四、軟件設計與論證 10五、功能仿真實現 12七、心得體會 14八、參考文獻 15附錄 15一、概述19世紀興起的單片機以其先天的便捷、穩定的優點在現代電子技術電路中占有越來越重要的地位。又有數字電路與模擬電路相比有顯而易見的穩定性。近年來，數字電路又有了巨大的發展。可編程邏輯器件（PAL、GAL等）的發展和普及最終使IC的設計面向了用戶（這是模擬電路無法做到的），而這毫無疑問會給用戶帶來巨大的便捷，從而奠定它在電子電路中的對位。隨著集成技術的進一步提高，各種新技術的出現和應用，人類歷史橫跨數碼時代向更進一步發展已出現在各大型相關企業的宏偉藍圖中。新世紀里誰掌握了新技術誰就得到了獲勝的資本，也僅僅是資本而矣。新世紀里電子行業的發展速度令人窒息，聞名的摩爾定律更把許多人威嚇在門外。可以展望，一個由數字構成的新世界即將出現。那將是人類文明的又一飛躍，不僅可以獲得良好的觀賞效果，而且可以省電（與全部彩燈始終全亮相比）。近年來，隨著人們生活水平的較大提高，人們對于物質生活的要求也在逐漸提高，不光是對各種各樣的生活電器的需要，也開始在環境的幽雅方面有了更高的要求。比如日光燈已經不能滿足于我們的需要，彩燈的運用已經遍布于人們的生活中，從歌舞廳到卡拉OK包房，從節日的祝賀到日常生活中的點綴。這些不緊說明了我們對生活的要求有了質的飛躍，也說明科技在現實運用中有了較大的發展。彩燈是我國普遍流行的傳統的民間的綜合性的工藝品。彩燈藝術也就是燈的綜合性的裝飾藝術。新中國成立后，彩燈藝術得到了更大的發展，特別是隨著我國科學技術的發展，彩燈藝術更是花樣翻新，奇招頻出，傳統的制燈工藝。二、任務要求(1)PD0:開始,按此鍵則燈開始流動（由上而下）；(2)PD1:停止,按此鍵則停止流動,所有燈為暗；(3)PD2:上,按此鍵則燈由上向下流動；(4)PD3:下,按此鍵則燈由下向上流動。三、硬件電路設計與分析1.AT89C51單片機1.1AT89C51結構AT89C51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可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory），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編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。AT89C51系列單片機對于一般用戶來說，存在3個明顯的特點：(1)內含Flash存儲器。因此在應用[2]系統的開發過程中可以十分容易的進行程序的修改，這就大大縮短了系統的開發周期；同時，在系統工作過程中，能有效的保存一些數據信息，即使外接電源損壞也不影響信息的保存。(2)與80C51插座兼容。AT89C51系列單片機的引腳與80C51是一樣的，當用AT89C51單片機取代80C51時，可以直接進行取代。這時，不管采用40引腳還是44引腳的產品，只要用相同引腳的AT89C51單片機取代80C51的單片機即可。(3)靜態時鐘方式。AT89C51單片機采用靜態時鐘方式，所以可以節省電能。這對于降低便攜式產品的功耗十分有用。圖1AT89S51單片機結構圖1．2AT89S51引腳描述VCC（40）：供電電壓，其工作電壓為5V。GND（20）：接地。P0端口（P0.0-P0.7）：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。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH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口緩沖器能接收輸出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。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2端口（P2.0-P2.7）：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。P2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（P3.0-P3.7）：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。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)：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P3.0-P3.7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/PROG(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。PSEN(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PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現。EA/VPP(31)：當__EA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，__EA將內部鎖定為RESET；當__EA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。2.鍵盤設計獨立式鍵盤是各按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態不會影響到其他輸入線上的工作狀態。因此，通過檢測輸入線的電平狀態可以很容易判斷那個鍵被按下了。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單，但每個按鍵需要占用一根輸入口線，在按鍵數量較多時，需要較多的輸入口線且電路結構復雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。按鍵直接與單片機的I/O口線相接，通過讀I/O口，判定I/O口線的電平狀態，即可識別出按下的按鍵。如圖2圖2獨立式按鍵仿真圖3.定時器與復位模塊3.1時鐘電路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行。(1)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，如圖2所示。圖3時鐘與復位電路仿真圖圖2中，電容器C2，C3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信號比較穩定，實用電路中使用較多。3.2復位電路當AT89C51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R19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2所示。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，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如圖2所示。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。四、軟件設計與論證本方案主要是通過對基于單片機的多控制、多閃爍方式的LED彩燈系統的設計,來達到本設計的要求。其硬件以單片機為核心控制,由單片機最小系統、時鐘電路、復位電路、發光二極管和獨立按鍵組成。此設計方案中單片機的P1口接4路按鍵控制電路,實現彩燈花型的切換功能,單片機上的P0口接8路LED發光二極管組成彩燈電路,顯示彩燈循環情況。1、總體流程圖設計開始開始正向循環開始鍵按下？是否停止鍵按下？正向鍵按下？燈全滅是否是否反向鍵按下？反向循環是正向鍵按下？否停止鍵按下？是否是否圖4程序流程圖2.總原理圖圖5：總原理圖功能說明：※S1-開始，按此鍵，燈開始流動（從上到下）※S2-停止，按此鍵，燈停止流動（滅燈）※S3-上，按此鍵，燈從上而下流動※S4-下，按此鍵，燈從下而上流動2．元件清單元件序號元件說明數量備注AT89C51單片機芯片1R1—R9限流電阻9220LED發光二極管8KEY按鍵開關4表1：元器件清單五、功能仿真實現1、開始：從上到下流動點亮2、反向：從下向上流動點亮3、停止：滅燈七、心得體會本次課程設計既要求我們對知識掌握的牢固，又要求我們對知識能夠靈活運用。從所涉及的知識面來說，它不僅要求我們運用所學過的知識還要求我們去查找，學習，借鑒其他科目或門類的知識。從時間上來說，這次設計的時間是最長的，因此我們有足夠的時間去重新溫習學過的知識，更有充足的時間去搜集學習一些我們沒有涉獵過的知識。這樣不僅鍛煉了我們學習新知識的能力，同時也拓寬了我們的知識面。并且我們還有足夠時間去修改我們的設計中的缺陷，這也是對我們將來走入社會獨立完成一項課題的考驗。我們經過將近兩周的努力，終于完成本次創新課程設計，過程雖是辛苦的，但從中我們卻學到了很多東西。首先鞏固了課上學習的理論知識，對于計算機C語言的系統化整體化有了更深的認識。整個設計過程最大的收獲就是意識到理論知識扎實的重要性，實踐是建立在理論之上的，平時的基礎知識很重要。另外就是合作的重要性，每個人都有他的特長一個人難免有疏漏，只有大家共同努力才能順利的完成任務。通過本次課程設計，提高了我們的自學能力，提高了理論聯系實際的能力，把自己所學應用到實驗中，對所用到的硬件有了更加深刻的理解；同時我們更加明白團結合作、分工合作的重要性，提高了團結合作的能力與做事效率。提高了我們克服困難的信心與決心。八、參考文獻1．馬潮編著.AVR單片機嵌入式系統原理與應用實踐（第二版）北京航空航天大學出版社2011年8月。2．周興華編著.手把手教你學單片機C程序設計北京航空航天大學出版社2008年6月。3、童詩白、華成英主編.模擬電子技術基礎高等教育出版社。附錄#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintvoiddelay(uint);voidsan();voidwu();sbitK1=P1^2;sbitK2=P1^3;sbitK3=P1^4;sbitK4=P1^5;inta;intc;voidmain(){ while(1) { if(K1==0) { san(); } if(K2==0) { P0=0xff; } if(K3==0) { san(); } if(K4==0) { wu(); } }}voidsan(){ uchartable[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; for(a=0;a<8;a++) { P0=table[a]; delay(300); }}voiddelay(unsignedintxms){unsignedinti,j;for(i=xms;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);}voidwu(){ uchartable1[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; for(c=7;c>-1;c--) { P0=table1[c]; delay(300); 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