基于AT89C51单片机的彩灯循环控制设计方案Word格式.docx
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如本设计中所使用到的keil、Protel99等设计软件,使自己能够理论联系实际,并且设计电路的能力也有所提高。
第2章系统设计方案
2.1设计方案介绍
本次设计的彩灯循环控制电路采用的方案如图2-1所示。
图2-1方案图
系统电路主要由主控器、时钟电路、电源电路、复位电路、彩灯显示电路、模式控制电路等部分组成。
2.2组成方案各部分的功能介绍
1.主控器
在AT89C51中烧入软件程序后就控制整个电路实现功能。
2.时钟电路
为了保证同步工作方式的实现,电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。
时序电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。
3.电源电路
采用经市电降压、整流、滤波、稳压的稳压电源把市电变为+5v的直流给单片机供电。
4.模式控制电路
模式控制部分是单片机的一个中断系统,中断按下后,转换彩灯循环的不同模式。
5.复位电路
使CPU和系统中其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作。
6.彩灯显示电路
由LED发光二极管组成,也是本次设计的主体,就是要用编写程序烧入芯片,并有单片机控制电路实现LED灯的循环点亮。
7.数码管显示电路
本次设计的彩灯循环共有5种循环模式,在仿真中当按键按下的时候,七段数码管就显示由1～5的模式号。
第3章 硬件电路设计
3.1电源电路
采用经市电降压、整流、滤波、稳压的稳压电源电路如图3-1所示：
图3-1电源电路
220V市电经过降压后得到12V交流电,经二极管整流成脉动直流电,经过电容滤波后,再经过LM7805稳压得到5V的直流电供系统工作,发光二极管用作电源指示,470μF的电容起到再次滤波的作用。
3.2主控器
主控器就是AT89C51单片机,它是指集成在一个芯片上的微型计算机,包括CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、基本输入、输出接口电路、定时、计数器等部件制作在一块集成芯片上,构成一个完整的微型计算机。
整个电路以单片机为中心组成。
在单片机中烧入程序,单片机运行程序输出信号控制彩灯的循环闪亮。
以下对单片机的引脚及相关功能和部结构加以介绍。
3.2.1单片机的引脚及相关功能
单片机引脚图如图3-2所示：
图3-2单片机引脚图
芯片的40个引脚按功能大致可分为4个部分：
电源部分、时钟部分、控制部分和I/O引脚部分。
1.电源部分
〔1VCC:
芯片电源,接+5V；
〔2VSS:
接地端；
注：
用万用表测试单片机引脚电压一般为0V或者5V,这是标准的TTL电平。
但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0V-5V之间,其实这是万用表响应速度没这么快而已,在某一个瞬间单片机引脚电压仍保持在0V或者5V。
2.时钟部分
在89C51系列单片机部有一个高增益反相放大器,其输入端引脚为XTAL1,其输出端引脚为XTL2。
只要在XTL1和XTL2之间跨接晶体振荡器和微调电容,就可以构成一个稳定的自激振荡器。
3.控制部分
控制线共有4根：
〔1ALE/PROG:
地址锁存允许/片EPROM编程脉冲；
ALE功能：
用来锁存P0口送出的低8位地址；
PROG功能：
片有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,此引脚输入编程脉冲。
〔2PSEN:
外ROM读选通信号。
〔3RST/VPD:
复位/备用电源；
RST〔Reset功能：
复位信号输入端；
VPD功能：
在VCC掉电情况下,接备用电源。
〔4EA/VPP:
外ROM选择/片EPROM编程电源；
EA功能：
外ROM选择端；
VPP功能：
片有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,施加编程电源VPP。
4.I/O引脚部分
〔180C51共有4个8位并行I/O端口：
P0、P1、P2、P3口,共32个引脚。
P3口还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号〔属控制总线。
〔2P3口第二功能:
P30RXD串行输入口；
P31TXD串行输出口；
P32INT0外部中断0；
P33INT1外部中断1；
P34T0定时计数器0；
P35T1定时计数器1；
P36WR外部数据存储器写选通〔低电平有效；
P37RD外部数据存储器读选通〔低电平有效。
3.2.28051单片机部结构
单片机部结构如图3-3所示:
图3-38051单片机部结构
8051单片机包含中央处理器、程序存储器<
ROM>
、数据存储器<
RAM>
、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线,现在我们分别加以说明：
1.中央处理器
中央处理器<
CPU>
是整个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。
2.数据存储器<
8051部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器只能用于存放控制指令数据,用户只能访问,而不能用于存放用户数据,所以,用户能使用的RAM只有128个,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。
3.程序存储器<
8051共有4096个8位掩膜ROM,用于存放用户程序,原始数据或表格。
4.定时/计数器<
8051有两个16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
5.并行输入输出<
I/O>
口
8051共有4组8位I/O口<
P0、P1、P2或P3>
用于对外部数据的传输。
3.3单片机最小系统的介绍
3.3.1单片机最小系统组成
单片机最小系统以89c51为核心,外加时钟和复位电路,电路结构简单,抗干扰能力强,成本相对较低,非常符合本设计的所有要求.89c51单片机系列是在MCS-51系列的基础上发展起来的,是当前8位单片机的典型代表,采用CHMOS工艺,即互补金属氧化物的HMOS工艺,CHMOS是CMOS和HMOS的结合,具有HMOS高速度和高密度的特点,还具有CMOS低功耗的特点。
单片机最小系统如图3-4所示:
图3-4单片机最小系统
3.3.2复位电路
无论用户使用哪种类型的单片机,总要涉及到单片机复位电路的设计。
单片机的复位操作使单片机进入初始化状态。
而单片机复位电路设计的好坏,直接影响到整个系统工作的可靠性。
许多用户在设计完单片机系统,并在实验室调试成功后,在现场却出现了"
死机"
、"
程序走飞"
等现象,这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。
单片机系统的复位方式有：
手动按钮复位和上电复位。
1.手动按钮复位
手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平〔图3-5手动按钮复位。
一般采用的办法是在RST端和正电源VCC之间接一个按钮。
当人为按下按钮时,则VCC的+5V电平就会直接加到RST端。
手动按钮复位的电路如所示。
由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒,所以,完全能够满足复位的时间要求。
图3-5手动按钮复位
2.上电复位
AT89C51的上电复位电路如图3-6所示,只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端,下接一个电阻到地即可。
图3-6上电复位
复位电路采用简易的手动按钮复位电路,主要由电阻R,电容C,开关K组成,分别接至AT89C51的RST复位输人端。
当按下复位电路的复位开关Reset按钮时,瞬间短接复位开关,由于此reset复位开关一端接地为低电平,另一端有电源5V供电端和PG信号端,间接供给为高电平,通常为3.3V,而此复位开关的某一段也会直接或者间接的作用于南桥的复位系统控制模块,所以瞬间短接复位开关会在开关的高电平端会产生一个低电平信号,此信号会直接或间接作用于南桥的复位系统控制器,使南桥强行复位之后,南桥也会强行去复位其他的设备和模块,南桥给主板其他硬件设备复位后,整个主板复位完成,这就是主板复位电路的原理。
本设计采用手动按钮复位,以满足复位的时间要求及设计质量。
3.3.3时钟电路
时钟电路如图3-7所示:
图3-7时钟电路
时钟电路简单介绍如下：
1.就是产生像时钟一样准确的振荡电路。
2.任何工作都按时间顺序,用于产生这个时间的电路就是时钟电路。
现在流行的串行时钟电路很多,如DS1302、DS1307、PCF8485等。
这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便,被广泛地采用。
本设计中时钟电路由AT89C51的18,19脚的时钟端<
XTAL1及XTAL2>
以及12MHz晶振X、电容C1、C2组成,采用片振荡方式。
3.4彩灯循环和数码管显示电路
单片机P1.p2经过4块芯片74ls20〔四路反向控制器分别接16个发光二极管的阳极,16个二极管的阴极接地〔如图3-8所示。
当P1.P2口输出低电平"
0"
时经过74LS240反向后输出高电平,相应的发光二极管被点亮;
当P1.P2口输出高电平"
1"
时经过74LS240反向后输出低电平,相应的发光二极管熄灭。
图3-8彩灯循环电路
74LS240〔如图3-9它是一块具有驱动功能的四路反向器,除反向功能外,还可以起到隔离作用,保护单片机机芯的部电路,增加输出口的扇出电流,提高负载能力。
图3-974LS240芯片
数码管显示的是彩灯循环闪亮的模式号,接在p0口,由于p0单片机不具有上拉电阻就在数码管之间接了一排上拉电阻。
数码管显示电路如图3-10所示：
图3-10数码管显示电路
3.5模式控制电路
模式控制部分为一个电阻接高电平和一个按键接低电平连接构成。
按一下按键彩灯模式就换一种。
模式控制电路如图3-11所示：
图3-11模式控制电路
3.6整机电路工作原理
根据彩灯循环控制电路设计的原理框图,可得出整机电路工作原理图如附录1所示。
其工作原理为：
控制程序存储在89C51单片机中,在XTL1与XTL2之间跨接两个容值为10nF的微调电容和一个振荡频率为12MHZ的晶体震荡器,并由
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