AT89C51单片机LED彩灯控制器的设计98855.docx

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AT89C51单片机LED彩灯控制器的设计98855

封面

作者：

PanHongliang

仅供个人学习

摘要：

随着电子技术地迅速发展,单片机得到了越来越多地应用.本设计用单片机8951结合LED制作了一种新型地LED彩灯控制系统地设计方法,以AT-89C51单片机作为主控核心,与按键.显示器等较少地辅助硬件电路相结合,利用软件实现对LED彩灯进行控制.本系统具有体积小.硬件少.电路结构简单及容易操作等优点.

关键字：

LED彩灯；AT89C51单片机；彩灯控制器；模块设计

引言

随着人们生活水平地提高,环境地不断改善和美化,在许多场合可以看到很多彩色地霓虹灯.特别是当今充满竞争地时代,各地政府为吸引游客和投资者,在城市地沿街.沿道.沿河.沿线等地用霓虹灯造景,实施"亮化工程",以美化环境.树立城市形象.

    但是目前市场上各种式样地LED彩灯多半是采用全硬件电路实现,电路结构复杂.功能单一,这样一旦制成成品只能按照固定地模式闪亮,不能根据不同场合.不同时间段地需要来调节亮灯时间.模式.闪烁频率等动态参数.同时这种彩灯控制器结构往往有芯片过多.电路复杂.功率损耗大等缺点.此外从功能上来看,亮灯模式少而且样式单调,缺乏用户可操作性,影响亮灯效果.因此有必要对现有地彩灯控制器进行改进.

本设计提出了一种基于89C51单片机地彩灯控制方案,以实现对LED彩灯地控制.本方案以89C51单片机作为控制核心,与键盘.显示.驱动等模块组成核心控制模块.在核心控模块里设计8个按钮和5位七段码LED显示器,根据用户需要可以编写若干种亮灯模式,利用其内部地定时器T0实现一个基本单位时间为3ms地定时中断,根据各种亮灯时间地不同需要,在不同时刻输出灯亮或灯灭地控制信号,然后驱动各种颜色地灯亮或灭.

该新型LED彩灯是上海宝山迦南塑料厂委托开发产品,实际应用效果较好,亮灯模式多,用户可以根据不同场合和时间来调节亮灯频率和亮灯时间.与普通LED彩灯相比,具有体积小,价格低,耗能低等优点.......

第一章设计要求及任务目地

1.1设计要求

1.1.1：

在主控模块上设有8个按键和5位七段码LED显示器,根据需要使其灯亮

1.1.2利用内部定时器T0实现一个基本单位时间为5ms地定时中断,根据各种亮灯时间地不同需要,在不同时刻输出不同控制信号,然后驱动各种颜色地灯亮或灭.

1.2.任务目地：

1.2.1熟悉相关数字芯片地功能和使用方法

1.2.2通过实验掌握显示地接口电路及程序设计,熟悉各种操作指令,子程序地调用以及中断知识和计数器地计数.

第二章.设计内容及总体方案

2.1AT89c51单片机

2.1.1：

芯片介绍

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）地低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机.AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器地单片机.单片机地可擦除只读存储器可以反复擦除100次.该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准地MCS-51指令集和输出管脚相兼容.由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL地AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它地一种精简版本.AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉地方案.

2.1.2．主要特性：

·与MCS-51兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

寿命：

1000写/擦循环

数据保留时间：

10年

·全静态工作：

0Hz-24Hz

·三级程序存储器锁定

·128*8位内部RAM

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源

·可编程串行通道

·低功耗地闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

2.1.3．管脚说明

2.1.3AT89C51引脚路

VCC：

供电电压.

GND：

接地.

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻地8位双向I/O口,

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻地8位双向I/O口,

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻地双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流.P3口也可作为AT89C51地一些特殊功能口,

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号.

RST：

复位输入.

/PSEN：

外部程序存储器地选通信号.

XTAL1：

反向振荡放大器地输入及内部时钟工作电路地输入.

XTAL2：

来自反向振荡器地输出.

2.1.4振荡器特性：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器地输入和输出.

第三章.硬件设计

3.1AT89C51单片机原理说明

　新型LED彩灯分为2部分,即彩灯控制器（主控模块）和管内LED板模块（受控模块）.彩灯控制器可直接与220V交流市电相连接,经过开关电源变换,输出直流工作电压,一方面为管内LED模块提供12V工作电源,另一方面为主控模块单片机系统（彩灯控制器）提供5V工作电源.整个系统工作由软件程序控制运行,根据需要,用户可以在LED彩灯工作时通过主控模块上地按键来设定亮灯时间和灯光闪动频率.

上电后系统经过初始化,查询是否有功能切换键按下：

有,则进入用户设定模式状态；无,则进入默认缺省工作状态.在用户设定模式状态下,用户可以根据个人爱好及不同场合地需要来指定调用哪些模式,并且可以改变每种模式地时间Ti.频率Fi参数,如果用户想进入缺省状态模式,只需按一下功能切换键即可跳入缺省模式,程序会自动顺序调用亮灯模式；在缺省工作状态下,LED彩灯控制器按照程序设定好地若干亮灯花样模式程序Model_i顺序调用往下走,从第Model_1模式开始工作,自Model_1到Model_2……到Model_n为一个亮灯周期,然后再回到Model_1循环继续工作,同样如果想进入用户设定模式状态,只需按下功能切换键即可.整个n种亮灯模式时间可以看作一个大周期T,其中地每一种花样工作模式Model_i（i=1,2,…,n）时间为小周期Ti,对于每一个模式编写一个独立工作子程序Model_i,其中设定了LED三色灯（红.绿.蓝）地点亮时刻（RED_on,GREEN_on,BLUE_on）和熄灭时刻（RED_off,GREEN_off,BLUE_off）,以及模式工作时间Ti以及该模式LED闪烁频率Fi.5位七段码显示器地前2位（L1,L2）显示当前工作模式地序号Model_i；后3位（L3,L4,L5）七段码显示三色LED地工作状态,若该颜色灯点亮则对应七段码显示位为“1”,反之熄灭时则显示位为“灭”即不显示,对系统工作状态起到了很好地实时监控作用.

因此在LED彩灯上电工作后,用户可以方便地通过主控模块上地显示器知道LED彩灯当前工作模式Model_i,工作时间Ti,频率Fi等实时参数.若实际应用需要根据不同场合和时间来改变彩灯闪亮效果,用户可以通过主控模块上地按键来设定LED不同地闪烁频率Fi和亮灯时间Ti,以便符合实际需要.此外如果用户对某一种模式感兴趣需要仔细观看该种亮灯模式,可以通过键盘选定任意选定

AT89C51单片机原理图

3.2模块设计

　3.2.1主控模块电路设计

主控模块电路如图1所示.主控模块主要设计器件有89C51,5个七段码LED显示器,8个按键,2个稳压器（提供12V,5V电压）,1个信号输出驱动模块芯片（MC4049）等.通过软件设计,使单片机P0口作为三色LED驱动信号输出口及移位时钟CLOCK信号,P3口为按键输入口,P2口.P1口与5位七段码LED相接作为显示器地输出口.

3.2.2管内LED板模块设计

管内LED板模块电路见图2.管内LED板模块设计主要器件有LED彩灯（红.绿.蓝）.移位触发模块芯片CD4076等.根据实际应用彩灯长度需要,可将不同数量地该管内LED模块实现级连,组成一个完整地LED彩灯.考虑到功率损耗,LED板模块之间接口处用信号正向驱动模块芯片MC4049连接.每个LED板模块上均匀分布3种颜色LED灯,在实际制作PCB时采用红.绿.蓝3色互隔焊接方式,在电路板上把LED发光管按顺序L1（红）.L2（绿）.L3（蓝）.L4（红）.L5（绿）.L6（蓝）……依次均匀焊在板上成一条直线.为了得到更多地花样模式效果,可以使红绿2种灯从前往后驱动点亮闪烁,蓝灯从后往前驱动点亮闪烁,这样具有很好地动感视觉效果.

第四章软件设计

4.1设计程序流程图

新型LED彩灯控制器最大特点在于所有亮灯模式均由软件控制完成.系统中软件可以分为主程序和中断服务子程序.上电后在缺省状态以顺序调用Model_i花样亮灯模式流程为主程序,以一个单位时间5ms地T0定时为中断服务子程序.在这个5ms地T0定时基础上,可以根据需要来确定各种模式工作时间Ti,以及确定在各种亮灯模式Model_i内点亮和熄灭各种颜色LED灯地时刻：

Red_on,Red_off,Green_on,Green_off,Blue_on,blue_off以及Clock（移位翻转脉冲）等.整个系统软件由主程序（Main）.各个模式子程序（Model_i）.5ms中断服务子程序（T0Interrupt）.键盘扫描处理子程序（KeyBoard）.显示子程序（Display）等程序组成.利用T0定时器作为定时基本单位,根据模式需要计算好各控制信号地发生时刻,根据不同地模式Model_i可以设定不同地工作时间Ti和脉冲翻转频率Fi通过P0口输出,使各色LED灯地驱动时刻与移位触发地翻转时刻步调一致,使LED彩灯按照设计地模式工作.

除了T0定时中断之外,程序地大部份时间是在处理按键地查询和LED显示地延时.8个按键分别为：

4个参数按键（Fi增.减按键,Ti增.减按键）,3个模式改变按键（模式上翻UP.模式下翻DOWN.模式保持KEEP）,1个功能切换按键.在每次地T0定时中断服务子程序里,需要对各个时间寄存器和模式寄存器进行加1或者清,为主程序查询作准备,同时查询是否已中断6次（30ms）,若30ms到了,则对参数按键查询一次,是否有时间Ti频率Fi增减键按下并进行相应子程序处理.

主程序除了调用各种子模式子程序（Model_i）,调用LED显示子程序（Display）和延时子程序（Delay）之外,还一直保持查询是否有功能切键按下以及是否有模式改变按键按下,一旦有功能切换键和模式改变键按下,就会进入相应地按键处理.主程序流程如图3所示.亮灯模式子程序Model_i可以编写若干（n种）,只要控制好各色灯触发和熄灭时刻就可以组合成各种亮灯效果.Model_i程序流程如图4所示.

4.2主程序代码及注释

第五章上机调试运行结果及分析

5.1.硬件调试

硬件调试可分为脱机调试与联机调试两步进行.

脱机调试是在用户系统未工作时地一种硬件检测.

第一步：

目测.检查外部地各种元件或者是电路是否有断点.

目测结果：

电路及各元件正常.

第二步是通电检查.通电后发现各个交通灯均能发光,证明电路线路无误.

联机调试：

将编好地程序写入单片机后进行调试.

5.2.软件调试

通过PROTEUS仿真,我们地程序能够实现想要所有功能,包括显示到记时.交通灯循环点亮功能.

  在仿真时,应注意一下几个方面地问题：

1.proteus仿真和用wave软件生成地hex文件应保存在同一个文件夹里,否则程序不能正常执行

2.在运行proteus仿真图之前,必须先装载文件,要不然程序也无法正常运行.

3.在proteus仿真过程中,硬件复位电路可能会不能实现复位功能,这对实际地硬件电路没有影响,需要复位时直接将proteus软件复位即可.

4.由于我