节日彩灯控制器设计论文.docx
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节日彩灯控制器设计论文
密级：
NANCHANGUNIVERSITY
学士学位论文（设计）
THESISOFBACHELOR
（2011—2015年）
中文题目:
节日彩灯控制器的设计
英文题目：
Festive lanterncontroller design
学院：
南昌大学共青学院
系别：
信工系
专业班级：
11电信本
学生姓名：
学号：
指导教师：
二○一五年六月
学士学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
本人签名：
日期：
摘要
随着可以水平和人们生活水平和提高，生活环境的不断改善和美化，还有生活水平的不断提高，在日常的生活中，学习中，工作中，彩灯随处可见，应用非常广，特别是在城市的夜晚，完全离不开彩灯的装饰，在彩灯的装饰下，城市的夜晚变得更美，很多景区为了吸引游客，也应用大量的彩灯进行装饰，除了在装饰方面，在广告，交通指示方面也离不开彩灯，在工业方面也应用彩灯进行指示控制。
现如今的社会发展速度很快，特别是在电子领域，更新速度非常快，新的科技技术不断的出现，旧的技术在不断的淘汰，特别在电子自动控制化方面，传统的分立元件和数字逻辑电路组成的控制系统，已近在日常生活中消失了，其中单片机智能控制系统在我们生活中迅速发展起来，替代了传统的控制系统。
单片机系统其自身具有体积小、价格实惠、运算速度快、可移植性强、应用方面广等优点，单片机的核心就是智能自动控制，在自动控制领域，单片机的应用越来越多。
本课程设计利用是单片机AT-89S52和外部控制电路组合一个自动控制系统，实现对十六个LED彩灯的亮灭循环的自动控制，用AT-89S52单片机作为主控芯片，通过软件实现对LED彩灯进行控制，本彩灯控制系统具有体积小，电路结构简单，硬件电路少，易操作等优点。
彩灯凭着自身尺寸小、颜色多种、组装方便、易于管理等优点。
在生活中的房屋装饰、店门装饰、交通指示、景区城市装饰、KTV娱乐、音乐喷泉等等随处可见，彩灯在我们的日常的生活中应用越来越广，对彩灯装饰的要求也越来越高，由此可见对彩灯的自动化控制研究是很有必要的，改善我们的生活水平和质量。
关键词：
彩灯；智能控制；AT-89S52
Abstract
Ascanlevelandpeople'slivingstandardsandimprovethelivingenvironment,constantlyimproveandbeautifytheenvironment,andliferequirementscontinuetoincrease,inthedailylife,study,work,lightseverywhere,verywideapplication,especiallyinthecityatnight,allcannotdowithoutthelightsinthedecoration,decorativelightsthenextnight,thecitybecomesmorebeautiful,alotofscenicspotsinordertoattracttourists,alotofdecorativelightsarealsoused,exceptinthedecoration,inadvertising,trafficsignsalsocannotdowithoutlights,intheindustryisalsousedincontrolindicatorlights.Nowthesocietyfastdevelopment,especiallyinthefieldofelectronics,theupdatespeedisveryfast,theemergenceofnewtechnologyconstantly,theoldtechnologyisconstantlyeliminated,especiallyintheelectroniccontrolsystemofautomaticcontrol,discretecomponentsanddigitallogiccircuitcomposedofconventional,nearlydisappearedindailylifetheintelligentcontrolsystem,whichhasdevelopedrapidlyinourlife,insteadofthetraditionalcontrolsystem.SCMsystemitselfhastheadvantagesofsmallvolume,reasonableprice,fastoperation,portability,wideapplication,automaticcontrolofMCUisthecoreofintelligence,inthefieldofautomaticcontrol,moreandmoreapplicationsofscm,.ThiscourseisdesignedbyusingAT-89S52microcontrollerandexternalcontrolcircuitcombinationofanautomaticcontrolsystem,realizetheautomaticcontrolloopofarclightsixteenLEDlights,usingAT-89S52microcontrollerasthemaincontrolchip,throughthesoftwaretorealizethecontroloftheLEDlights.
Lanternwithitssmallsize,colorvariety,easyassembly,easytomanageetc..Inthelifeofthehousingdecoration,shopdecoration,trafficsigns,sceniccitydecoration,KTVentertainment,musicfountain,lightseverywhere,inourdailylivesmoreandmorewidely,thelanterndecorationrequirementsarealsoincreasing,thusresearchontheautomaticcontrolofthelightsisverynecessary,toimprovethelevelandqualityoflifeofour.
Keywords:
Waterlamp；Intelligentcontrol；AT-89S5
第一章绪论
1.1课题研究背景
单片机是集成电路芯片，把计算机系统集成到一个芯片上，俗称微机，是计算机领域的一个重要分支。
计算机根据自身的性能和应用，尺寸大小，和使用范围等，将分为巨型机，电脑主机，中型计算机，小型计算机和微型计算机，工作站，服务器等等，其中微型计算机不仅具有运算速度快，准确的特点，与其它计算机相比，还具有体积小，重量轻的优点，低功耗，低价格，其中个人计算机简称PC（个人电脑），是一种在个人计算机应用最广泛的，是近年来增长最快的一个分支。
PC机在性能和价格方面都有很大的优势，目前，它像是一个普通的家用电器一样融入到家庭和社会的各个方面。
单片机又是计算机的一个分支，随着技术的不断更新和发展，如今单片机的应用也越来越广，并已近成为一门关键的的技术性学科。
单片机的各功能都集中在芯片当中，其中有RAM,ROM,I/O等接口，也具有定时器和计数器功能。
单片机还具有一些比较突出的优点：
体积较小，集成度高，重量轻，携带方便，低电压，低功耗，控制功能强，性价比高，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高，现如今在家电应用、工业自动化控制、仪器仪表、汽车和玩具等等产品中都可以看到单片机的身影，可以说单片机无时不在我们身边和生活当中。
1.2课题研究意义
彩灯在现在的日常生活中，应用很广泛，特别是在城市中，夜晚就离不开彩灯的生活，日常生活中我们看到的电子广告牌、KTV音乐场所、交通指示牌和生活中的小玩具等等都有彩灯的应用。
而单片机控制的彩灯系统更是把彩灯的优点应用发挥到极致，所以研究基于单片机的节日彩灯控制器的意义重大，也是我们学习单片机很好的设计课程。
1.3课题研究任务
开发一个单片机自动控制系统，利用AT89S52单片机和外部电路组成了一个单片机系统，然后利用C语言编写程序控制十六个LED灯的亮灭和循环控制，形成花样彩灯，设计过程中主要包括电源部分、控制电路部分，显示部分，软件程序部分等。
第二章方案设计
2.1方案比较
Cpu
Led灯
方案一
At89c51
八个led
方案二
At89c52
十六个led
2.2方案选择
根据上两个方案来看，方案一虽然简单，但是用的led比较少，不够实际生活中选用。
而且芯片的flash比方案二的小，不利于大的程序编写，所以我选择了方案二。
2.3主芯片介绍
2.3.1AT89S52介绍
AT89S52是一款由Atmel公司生产的，性能高可编程的CMOS8位低功耗微型控制器，拥有8位CPU和可系统编程的Flash。
2.3.2AT89S52主要功能：
1、拥有的8位CPU和在系统可编程Flash
2、自带时钟振荡器，工作频率最高可达到24MHZ
3、内部程序存储器（ROM）为8KB
4、内部数据存储器（RAM）为256字节
5、32个可编程I/O口线
6、8个中断向量源
7、三个16位定时器/计数器
8、三级加密程序存储器
9、全双工UART串行通道
2.3.3AT89S52各引脚功能
AT89S52有40个引脚如图2.3.3所示：
图2.3.3AT89S52引脚图
VCC：
电源输入端，接+5V。
VSS：
电源接地端。
XTAL1：
单片机系统时钟的反相放大器输入端口。
XTAL2：
系统时钟的反相放大器的输出端口。
RESET：
AT89S52的引脚复位，当需要对芯片复位时，只需要该引脚电平达到高电平并维持两机器周期，就可以对芯片进行复位了。
EA/VPP:
：
“EA”存取外部程序代码，当引脚接入低电平后，系统将使用外部程序代码来执行程序。
ALE/PROG：
表示地址锁存器的启动信号。
PSEN：
读取外部存储器的使用端口。
PORT0（P0.0 ~ P0.7）：
端口P0是一个8位宽的涉极双输入和输出端口，共有8个位宽。
PORT2（~ P2.7口P2.0）：
P2端口是8位双向I/O端口，每个引脚可驱动4TTL逻辑电平。
PORT1（P1.0端口~ P1.7）：
P1端口是双向的I/O端口，当P1端口为高电平，则当做输入端使用。
PORT3（P3.0端口~ P3.7）：
端口3也是内部具有上拉电阻的8位双向I/O端口，同时还有许多工具和其他特殊功能，包括串口通信，外部中断控制功能，读写控制，定时控制和外部数据存储器内容计数。
RST：
复位端口输入，但RST脚必须保持两个机器周期内是高电平状态。
ALE/PROG:
当系统读取外存储器时，地址锁存允许输出电平用于锁存地址的地位字节。
PSEN：
外部程序存储器的选通信号，低电平有效。
EA/VPP:
当外部访问时，/EA必须与GND连接，保持低电平，才能够有效传输外部数，据存储器（0000h-ffffh）的单元指令。
如果加密位1被加密，复位时/EA将自动锁存；当/EA端连接高电平，则使用内部程序存储器功能。
XTAL1：
振荡器反相放大器的输入和内部时钟工作电路的输入端。
XTAL2：
振荡器反向放大器的输出端口。
第三章基本设计原理
3.1总体设计思路
使用AT89S52单片机设计一个彩灯控制器，加上C语言程序，来控制十六个LED灯的亮灭和循环，本设计需要用到显示电路部分，电源电路部分，时钟电路，复位电路，来控制LED灯的亮灭和循环。
3.2总设计框图
采用AT89S52设计的系统框图如图3.2所示
图3.2基于AT89S52单片机设计的彩灯控制器
3.3设计实施步奏
（1）根据设计要求画出电路图，要求电路图简洁，合理。
（2）根据实验现象编写出合适的C语言程序，C语言程序要求能实现各功能，不能太繁琐。
（3）用仿真软件对其进行仿真，分析其结果是否与设计要求一致。
（4）制作PCB板，购买元器件可进行实物焊接，焊接的过程中需格外细心避免损坏电路板和电子元器件。
（5）实物制作完成，进行检验和调试。
（6）设计制作完成。
第四章电路模块设计
4.1电源电路的设计
本课题中单片机正常工作要求输入电压为稳定的5V，所以我采用USB接口供电，提供稳定的5V电压，使用起来也方便。
4.2时钟电路
时钟电路是单片机的核心部位，相当于人体的心脏功能，它为整个单片机系统提供动力，它控制着单片机的工作快慢，没有时钟电路的产生来驱动单片机，单片机是无法工作的。
AT89S52可以通过两种方式来产生时钟信号：
一种是内部方式，芯片内部电路产生振荡电路，从而时钟信号的产生；另一个是外在的形式，通过外部电路对时钟信号的引入。
本课程设计是应用AT89s52的内部时钟方式，其芯片内部当中有一个高增益反相放大器，构成振荡器，引脚XTL1和XTL2分别为放大器的输入端口和输出端口，该放大器与做为反馈元件的晶振共同构成自激振荡器。
如图4.2.1所示：
图4.2.1时钟电路图
我所设计的时钟电路是采用了石英晶体Y1和电容C1、C2组成的一个并联谐振回路。
晶振频率选择12MHZ，电容选择30pu，电容的大小起到频率微调的作用。
4.3复位电路
单片机中拥有多种复位电路，本设计采用电平式复位和上电式复位方式，如图4.2.2所示：
图4.2.2复位电路图
当通电时C5电容相当于短路了，使单片机复位，当C5电容充满电后，C5电容相当于开路，单片机不会自动复位，当稳定在正常的工作模式下后，按下复位键S1，把C5电容短路，则是单片机复位。
4.4显示电路部分
显示部分主要是由十六个LED组成，十六个LED分别接入P10~P17,和P30~P37接口,如图4.3所示
图4.3显示电路图
通过软件控制P10~P17和P30~P37的各个引脚的高低电平，从而控制LED二极管的亮灭，加上时间上的关系，形成花样彩灯。
第五章软件系统设计
5.1软件介绍
软件是单片机应用系统不可分割的一部分，一个单片机硬件系统，必要要有软件来驱动它，单片机才能工作。
软件就相当于单片机的大脑，指示单片机工作，等我们把电路板焊接好，发现看不到彩灯循环点亮的现象，这个时候就是单片机缺少思想，这时候我们就需要用软件来指示单片机，来给单片机传递思想，软件可以控制单片机引脚的高低电平，来控制发光二极管的亮和灭。
软件程序对于单片机来说，相当于单片机的大脑，单片机的灵魂部分，控制着单片机的运行，是单片机的重要组成部分，也是单片机学习的难点。
程序部分可以使用汇编语言也可以使用C语言来编写，由于C语言比较通俗易懂，实现起来比较简单，所以我采用的是C语言程序。
这次课程设计任务要求至少控制八个以上的LED彩灯，形成成各种各样的花形，能够循环变换。
5.2程序的框图以及部分软件程序介绍
软件的主程序框图如图5.2所示
图5.2软件程序框图
逆顺序流水式自动变化
一起闪烁
部分彩灯循环程序如下：
各灯全亮程序
ledh=0x00;
ledl=0x00;
delay（2000）;
间隔闪光程序如下：
ledh=0xff;
ledl=0xff;
for（i=0;i<10;i++）
{
ledh=0xaa;
ledl=0xaa;
delay（300）;
ledh=0x55;
ledl=0x55;
delay（300）;
}
ledh=0xff;
ledl=0xff;
各灯逐个点亮程序如下：
j=0xfe;
for（i=0;i<8;i++）
{
ledh=j;
delay（300）;
j<<=1;
}
j=0xfe;
for（i=0;i<8;i++）
{
ledl=j;
delay（300）;
j<<=1;
}
第六章节日彩灯控制器仿真
6.1仿真软件的介绍
待原理图和程序都准备好后，就可以在电脑上进行仿真和分析了。
我采用当代社会主流的仿真软件Proteus进行仿真，该软件将电路仿真，PCB板的设计和虚拟模型仿真融为一体，功能强大，支持多种处理器和模块。
6.2仿真过程以及结果
6.2.1仿真步骤
1、先新建工程，记得保存的文件名以及路径。
2、新建项目，选择使用的SCM模型然后确定。
单击“File”，选择“New”，新建一个文件并在其中输入我们所编辑的程序代码，然后就保存为C语言的文件。
3、添加C语言程序，点击“目标1”前的“+”，然后可以选中.c文件。
4、单击“项目”菜单，选择“建立目标”，编译程序，在项目文件夹中找到“.hex”文件即可。
5、在Proteus ISIS中画出控制器设计系统的电路图，完成后，双击S52单片机，把步骤4中生成的的“.hex”文件添加到项目文件，保存后就能够模拟仿真。
6.2.2仿真结果
点击开始键，仿真开始，仿真结果如预期结果，各彩灯循环点亮，仿真成功，如图6.2.2所示：
图6.2.2节日彩灯控制器仿真图
第七章焊接和调试
6.1焊接过程和硬件调试
当进行仿真确认电路图无误后就可以进行实体焊接了，在焊接开始前首先要确认元器件是否失效，确认元器件无误后就可以进行元器件的布局和定位，在焊接过程中主要的问题有
（1）布局问题，由于考虑到电路板的美观程度，造成了焊接和布线的过程中难度的增加，跳线很多，板子很不美观，最后通过更改元器件的位置来进行合理规划布局，减少跳线，使得电路板看起来美观和大方，这样布局问题就得到了合理的解决；
（2）单片机引脚问题，单片机的针脚比较多而且非常紧凑，在焊接的过程中容易造成虚焊和短路焊接，而且不好固定容易焊错，这就使得我在焊接的过程中需要格外的小心焊接的时间不易过长，以免烧坏电子元器件；（3）插件问题，在刚开始插件的的时候由于不注意的电解电容，LED二极管等带有正负极性元件，导致焊好了开机没有，最后用万用表测量才发现把几个LED发光二级管焊反了。
焊接完成后接上电源发现LED不会循环，我首先检查原理图的设计和连接是否正确，确认无误后，接着检查原理图和PCB板是否是一致，没问题后用万用表检查电路板是否存在虚焊和引脚短路问题，最后发现忘记把31针脚到VCC才导致不循环的问题出现，接上31针脚后电路板工作正常，硬件调试顺利完成。
6.2软件调试
我们通过mewin编译器进行程序的编译，我们在软件调试的过程中遇到的问题也不少，而且还是一些比较复杂的问题，处理起来也比较困难：
（1）程序在测试没有问题，但不能在仿真中确不能实现，最后经过一遍遍检测才发现在延时子程序中漏了一条指令。
（2）循环程序总是进入死循环，原因是循环标号放置不对。
（3）程序繁琐，起初对C语言不太熟练，把程序写的很繁琐，很长。
最终通过不断的学习，慢慢的对程序进行优化，才使程序比较简洁，有条理。
（4）中断程序由于掌握的不够熟练，无法实现这一功能，最终通过查阅大量资料和请教老师才编写出这个中断程序。
第八章设计心得
通过本次设计，查阅大量资料，使我对单片机有了更进一步的了解，单片机远没有我设计的那么简单，它是一门应用性和实践性都很强的学科，想要学好单片机并不容易，必须加强自己的课外学习，持之以恒，平常多动脑筋思考和多动手设计，才能学好单片机，在本次的设计过程中，我也遇到和发现许多问题麻烦，最后通过查找大量资料才把问题弄明白，有些问题其实很简单，但是由于对理论知识的掌握不够，一些简单的问题也弄不明白，单片机的知识面很广，这就要求我们在以后的学习中，我们应该加强理论知识的学习，掌握更多的理论知识，平时应该多读一些课外知识，只靠在学校书本上的那点知识是远远不够的。
单片机是一门实践学科，实践能力和是很重要，我们可以通过多做设计，在设计中学知识，有助于我们学到新的知识和巩固我们平常所学的理论知识，也锻炼了我们动手能力，想学好单片机就要自己多做设计。
在这次动手焊接电路板过程中，由于平时动手能力不足，对焊接不熟练，经常会遇到错焊，连焊，和焊接的不美观等等问题，这让我意识到认真仔细、严谨的在焊接和硬件电路的调试过程中是非常重要的，一不小心就会出现各种各样的问题，不知不觉就在本次课程设计当中焊接技术又得到了提高。
通过本次课程设计过程当中，巩固了我在校所学习过的专业知识，也补充了许多课外知识，也使我能够把理论与实践相结合了起来。
也借助互联网络、参考文献资料，和课外书籍拓展了自己的知识面，在设计当中我时常反省自己，认识自己哪些方面有欠缺和不足，和一些做的不够或者不够好的地方，以便我在日后的学习工作当中能够改进和注意，避免一些错误的事情发生。
通过这次课程设计，
致谢
毕业论文结尾了，也意味着我的大学生活也就到此结束了，回首自己大学四年的光阴，在学校老师的栽培下，我茁壮成长，我在知识上和思想上都进步很多，这除了自己平时的努力外，还得多靠学校老师的教育，和同学们的指导，使得自己的大学生活过的有意义。
毕业在即，心中有许多的不舍，但我不能永远的在温室里成长，也得去外面的世界闯荡，在以后的日子里定要好好奋斗，不辜负老师的辛苦栽培，和同学们的鼓励。
在本次课程设计中我首先要感谢的是梅光老师，这这段毕业课程设计中，完全是在梅老师的指导下顺利进行的，没有梅老师的悉心指导，我这论文估计就不太可能完成，梅老师是一位为人热情，爱岗敬业，对待同学都非常好的老师，在本次课程设计中，无论是题目的选取还是论文框架的构造，以及论文的修改，梅光老师都付出了很大的心血，在我遇到困难的时候，梅老师时常鼓励我，才使我坚持下去，正是在梅老师这种关心和爱护下，才使我的论文顺利完成，所以我的首先感谢梅光老师。
其次我还要感谢我的同学，在平常的实物制作和论文写作中，我的同学给了我很大的帮助，为我出谋划策，为我找资料，鼓励我，在我不开心的时候安慰我，在这里我忠心的对他们说声谢谢！
最后我要感谢的是我的父母，没有父母的帮助和鼓励，我也没办法完成这次的课程设计以及论文的书写，谢谢他们！
参考文献
[1]张毅刚.新编MCS-51单片机应用设计.哈尔滨：
哈尔滨工业
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