电气工程及其自动化毕业设计.doc

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本科生毕业设计

基于单片机的可变色灯泡的设计

院系　电气（机电）工程学院

专业　电气工程及其自动化

班级　2011级本4班

学号　　4702110144

学生姓名　　孙国强　

联系方式　　　

指导教师　苏良昱职称：

教授

2015年5月

独创性声明

本人郑重声明：

所呈交的毕业设计是本人在指导老师的指导下所取得的研究成果。

除了文中特别加以注释和致谢的地方外，本设计中不包含任何其他人已经发表或撰写的研究成果。

与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在设计中作出了明确的说明并表示了谢意。

签名：

　　　　　　　　　　　　　　　　　年　　月　日

授权声明

本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生毕业设计的规定，即：

有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业设计的复印件和磁盘，允许毕业设计被查阅和借阅。

本人授权许昌学院可以将毕业设计的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本设计。

本人设计中有原创性数据需要保密的部分为（如没有，请填写“无”）：

学生签名：

　　　　年　　月　　日

指导教师签名：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年　　月　　日

基于单片机的可变色灯泡的设计

摘要

本文介绍了一种由12个LED发光二极管组成的四个可变色灯泡的多功能发光形式的简易彩灯控制系统的软硬件设计过程，方案以AT89C51单片机作为主控核心，且以复位电路、时钟电路、按键电路、中断电路以及彩灯显示电路组成，利用软件编程烧录程序到单片机来实现对LED彩灯进行多样控制。

该控制电路能完成多种闪灯模式以及随意变换想要的闪烁方式和控制彩灯的闪烁频率等功能。

该系统具有电路结构简单、易操作、硬件少、体积少、成本低、能耗低等优点，有一定的实用价值。

关键词：

8051单片机LED彩灯控制系统闪烁方式

Designof colorchanging lamp basedonSCM

Abstract

Thispaper introducesthehardwareandsoftwaredesign processof a simple lantern consistsof12 light-emittingdiodeLED consistingoffour color light multifunctional lighting controlsystem, programforAT89C51microcontrollerasthecontrol core, andthe resetcircuit, clockcircuit, keyboardcircuit, interruptcircuit displaycircuit andthe lights, theuseofsoftwareprogramming theprogramtothe microcontrollertoachieve avarietyof control ofLEDlights.Flashing lights andthe controlof thecontrolcircuit can completeavarietyof flash modeandrandomtransform to the flickerfrequency function. Thesystem hastheadvantagesofsimplecircuitstructure, easyoperation, lesshardware, smallvolume, lowcost, lowenergyconsumption, hasacertainpracticalvalue.

Keywords:

 8051MCU flashing LEDlightscontrolsystem

目录

1.绪论 6

1.1选题的意义 6

1.2外界的研究， 7

1.3本文的主要内容 7

2.设计方案 7

2.1设计要求 8

2.2设计限定 9

2.3按键部分 9

2.4显示模块 9

3.硬件电路的设计 10

3.1单片机的选用 10

3．2仿真软件的选用 12

3.3单片机最小系统 13

3.4按键控制电路 15

3.5中断电路 16

3.6LED显示电路 16

3．7仿真部分总结 18

4.软件编程设计 20

4．1编程软件 20

4．2延时部分 20

4．3按键部分 20

4．4综合仿真 21

参考文献 23

附录源程序 24

致谢 26

1.绪论

1.1选题的意义

20世纪以后现身于世的单片机以其超高的性价比赢取了世人的青睐，而后单片机在各个领域都如雨后春笋般的出现。

得到了广泛的应用，开启了自动化时代的新篇章。

单片机具有运行速度快、抗干扰能力强、体积小、性能可靠、环境要求不高、价格低廉等特点。

使用时无需更改内部构造，只需为其搭配合适的外围电路就可以构成一套完整的针对性极强的单片机控制系统。

随着社会的发展进步，人们对生活质量度而要求也越来越高，彩灯越来越广泛的出现在了我们的生活里。

在过年过节，举办派对，广告宣传灯多种领域，彩灯都很好的完成了营造氛围，活跃气氛的职能。

彩灯虽然简单，但一直是一个被改进技术以往的角落，多年以来并没有多少改进。

市面上的彩灯多为一次性彩灯，颜色单一，变化方式单一，一般的彩灯用了一次先发给换个新花样了，就只能把旧的扔掉，不环保，又浪费钱财。

因此我考虑可以设计改进已有彩灯。

增加灯的变换方式，并可以通过简单的改变，来改变彩灯的变换方式。

可提前设定几种常用的变换方式，通过按键来改变几种预先设定变换方式。

并且本设计还将引入光的三原色交融来进行灯的换色，一灯多色。

本设计基于单片机能更好的实现现有彩灯的功能，并达到以达到换色，换方式但是不换硬件的目的。

1.2外界的研究，

本设计在国内外已经有实物上市出售，研究成果显著，但是仍然存在不足和缺陷，需要改进和加强。

根据市场效果来看，市场反应很好。

目前研究出来的彩灯已经可以实现彩灯自由变换的功能，但仍需改进。

价格太贵是其最大的弊端。

我在进行选题的时候首先考虑的就是设计的实用性和经济性，并且能够最大化的利用自己的知识解决生活中遇到的问题，对于可变色灯泡这个选题，首先它延续了人们对舒适生活的一贯要求，让创新更好的融入到生活中去，提供新设备，提高人们的生活舒适度；其次，对于可变色灯泡的研究，本设计更主张人性化，经济化，吸纳了很多类似产品的优点，对于通过光的三原色的搭配，切实降低了可变色灯泡的成本。

1.3本文的主要内容

在本次设计中，可变色灯泡包括按键模块、led显示模块等，要求本设计能够通过简单的改变实现彩灯的变化，保证设计的合理实用性。

我首先需要解决的是对于硬件电路按键的顺序调整和反应模块的实现，而后通过软件编程使软硬件相结合，从而保证按键功能的更好的实现，反应模块主要是依据单片机的特性来实现。

在本次设计中，我采用proteus软件进行电路的仿真处理，另外通过keil编写程序，最后将两个软件结合使用，以此实现本设计的仿真处理。

本篇文章包括四个章节，分别是绪论：

包括设计的意义以及选题背景介绍；设计方案：

对本设计的基本方案进行介绍和部分模块的设计；硬件设计部分需要利用PROTEUS软件对于本设计的各个部分加以分析；软件设计需要利用KEIL软件使单片机完成设计要求的功能。

2.设计方案

根据本次设计的论文题目，根据设计的要求首先绘出设计的单片机系统的整体控制原理框图如图2-1所示

图2-1系统总体设计框图

设计首先考虑是基于单片机基础上进行控制，将通过按键模块控制单片机，然后利用单片机的原理，对反应模块和显示模块进行控制操作，本章节将对整个设计方案进行规划分析，对各个模块进行设计，预先对不同部分的功能做出预想和设计，便于以后在硬件设计部分进行制作。

2.1设计要求

本设计是一个可变色彩灯，设计的要求是：

可以通过按键来改变彩灯的单个灯泡色彩以及才的呢过的变换方式。

当按动其中一个按键以后，彩灯便会在此按键代表的方式下运行，按动其他按键时，原变换结束，按动按键代表的运行方式开始执行，以一种新的运行方式变换。

可变色灯泡需要包括按键部分、显示部分等，要求可以在不改变硬件只改变部分软件的情况下就能实现等跑的变色，及变样变换。

本次仿真选取protues软件，通过AT89C51单片机，使用其定时功能和外部电路，实现彩灯闪烁，变色，变样的功能。

2.2设计限定

由于不同的人群，对彩灯的需求不同，为了保证可变色彩灯的实用性，本设计提供几种模式，以确保不同类型的人在不同模式的基础上做少量改变就可以基本实现想要的功能。

不同人需要的灯泡闪烁的间隔以及亮的时间也不同，根据不同人群的需求可以提供几种预先设置的方案。

至于闪烁定时，也可以根据不同人的需求来提供。

2.3按键部分

按键部分需要能够控制单片机，按下相应的按键，就会有相应的动作，设计奖采用6个按键开关。

按键可实现5个模式选择，一个暂停按钮。

也可以根据不同人群的需要增加按键，增加程序模块，以达到增加模式的效果。

为了充分利用端口，本设计不提供开关按钮，每一个模式按键均可以当做开始按钮，暂停开关可作为关闭按键。

按键模块设计图。

图2-2按键模块设计图

按键控制方法和原理：

模式一、模式二、模式三、模式四、模式五：

分别以第一种、第二种、第三种、第四种、第五种模式运行彩灯系统

开/关：

暂停彩灯、重新打开彩灯

通过以上的设计，使按键模块实现对单片机的操作，当然，这些操作按键是由软件输入单片机中，通过软件的形式对单片机加以操作和控制，每个按键的原理基本相同，分别给输出口以不同的高低电平组合，来实现各种模式。

2.4显示模块

显示模块本设计对彩灯的实际运行做了模拟性仿真，基于条件限制，本设计采用了四个灯泡组成的简单的彩灯系统。

四个灯每个均由红、蓝、绿三个led灯组成，以达到变色的目的。

由于本模拟设计对于彩灯的颜色没有特殊的要求，光的三原色组合能够满足需求，所以每个灯泡由三个、颜色的led灯构成即可。

即本模拟设计通过十二个led灯组成四个可变色彩灯的系统。

3.硬件电路的设计

3.1单片机的选用

（1）AT89C51单片机的简单介绍

对于这次的设计，我将选用AT89C51单片机。

该类型的芯片采用了ATMEL公司生产的高密度非易失性存储器技术，具有MCS51系列单片机的所有功能，片上还放置了闪存存储器单元和通用8核心处理器，从而可以实现非常强功能大。

图3-1是单片机AT89C51的引脚图。

图3-1AT89C51双列直插式引脚图

AT89C51各个引脚的作用：

VCC：

供电电压+5V。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据