彩灯电路设计.docx

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彩灯电路设计

　北京经济管理职业技术学院

　　毕业设计（论文）

　　题目    彩灯电路设计 

　　姓   名XXX  

　　专业班级0906251  

　　学   号 02 

　　指导教师XXX  

日   期 2012年  5 月  25  日 　　 

摘要

本次课程设计主题是基于ATMEL公司生产的AT89S52单片机为核心设计一个彩灯系统。

系统由模拟电路部分与数字电路部分组成，模拟电路由驻极体麦克风、运算放大器、二极管峰值包络检波器，实现对音频信号进行转换、滤波、放大等处理。

数字电路由A/D转换器、AT89S52单片机及发光二级管组成，单片机将A/D转换后的信号对LED的亮灭进行控制，LED的亮灭情况由音频信号的强度进行控制，点亮的LED的数目随音频音量的增大而增加，随音频音量的减小而减少，实现了一个简单的音乐彩灯控制系统。

关键词：

AT89S52单片机；发光二极管；A/D转换器；运算放大器；驻极体麦克风；

目录

前言3

1设计任务要求3

2方案设计与选择3

2.1方案一使用MISC采集声音用LM386放大电路3

2.2方案二采用数字芯片构成的声控彩灯电路4

2.3方案三以AT89S52为核心的单片机声控彩灯系统4

2.4方案选择5

3相关新片介绍6

3.1AT89S526

3.1.1芯片介绍6

3.1.2主要特性6

3.1.3引脚说明7

3.2ADC08099

3.2.1芯片介绍9

3.2.2主要特性9

3.2.3引脚说明10

4硬件设计11

4.1模拟电路11

4.1.1模拟电路原理11

4.1.2电路仿真11

4.1.3模拟电路部分原理图14

5软件设计20

5.1设计软件流程图20

5.2主程序代码及注释21

5.3软件调试过程及遇到的问题和解决方法24

参考文献25

附录一25

附录二26

附录三27

前言

随着科学技术发展，彩灯艺术更是花样翻新，奇招频出，传统的制灯工艺和现代科学技术紧密结合，将电子、建筑、机械、遥控、声学等新技术、新工艺用于彩灯的设计制作，把形、色、光、声、动相结合，思想性、知识性、趣味性、艺术性相统一，音乐彩灯的出现使人们既得到了视觉与听觉上得享受，同时也给人们紧张的现代生活带来新鲜的色彩与活力。

1设计任务要求

（1）．写出你考虑该问题的基本思路，画出一个实现电路功能的大致框图。

（2）．设计出框图中各部分逻辑电路，可用中、小规模集成电路，也可用中规模集成电路连接而成。

对各部分电路的工作原理应作出说明。

（3）．最后，画出整个设计电路的原理电路图，并说明电路工作原理。

（4）．图用仿真软件画出并仿真，各功能引脚应有标号。

画出印制电路版图。

2方案设计与选择

通过书本上知识与一些相关书籍和网上的资料，我总共设计了三种方案如下。

2.1方案一使用MISC采集声音用LM386放大电路

使用MIC采集声音之后用LM386放大，之后通过比较器，最后交给AT89S52分析处理来驱动LED发光。

设计框图如图1.1所示。

发光LED

单片机控制电路

比较器

MIC采集

LM386放大

图1.1

2.2方案二采用数字芯片构成的声控彩灯电路

音频在电信号中表现为多个正弦波叠加而成。

音乐的大小就表现为声音的强弱起伏，它在音频信号中表现为正弦波的波峰和波谷，所以在它到达波峰时就说明它的音量大，在波谷时音量就小，根据这个原理，可以采用一个触发电路控制彩灯在音量大的时候发光，音量小的时候就熄灭。

综合考虑，可以选择一个NE555时基电路中的单稳态电路，触发后驱动LED发光，由于音频电压过小，还需要设一个放大电路。

设计框图如下图1.2所示。

图1.2

2.3方案三以AT89S52为核心的单片机声控彩灯系统

此控制系统以AT89S52为控制器，通过单片机的I/O口进行读操作，将外部经过音频信号转换而成的电压信号读取进来，再进行分析计算，对外部的发光二级管进行控制，编程控制灵活。

能灵活根据音频信号的强弱范围来控制发光二级管亮灭的数目，达到声音控制灯亮灭的效果。

设计框图如下如1.3。

图1.3

2.4方案选择

方案一中,电路相对简单，制作相对较容易点，成本也相对较低。

但LM386放大倍数最多只有200倍，实现困难。

方案二中，虽然电路比较简单，但是最终的硬件电路功能单一，不方便进行功能的修改与升级，控制不够人性化。

方案三中，以AT89S52为控制核心，AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器,在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，控制灵活方便，使得AT89S52在众多控制应用系统中得到广泛应用。

因此本次课题选用方案三。

3相关新片介绍

3.1AT89S52

3.1.1芯片介绍

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

3.1.2主要特性

与MCS-51单片机产品兼容

8K字节可在系统中编程Flash存储器

1000次擦写周期

静态操作0Hz～33Hz

三级加密程序存储器

32个可编程I/O线口

3个16位定时器/计数器

掉电中断可唤醒

双数据指针

看门狗定时器

掉电标识符

全双工UART串行通道

八个中断源

低功率空闲和掉电模式

3.1.3引脚说明

图3.1

VCC：

电源电压输入端

GND：

电源地。

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/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口除了作为普通I/O口，还有第二功能：

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

　P3.4T0（T0定时器的外部计数输入）

P3.5T1（T1定时器的外部计数输入）

　P3.6/WR（外部数据存储器的写选通）

　P3.7/RD（外部数据存储器的读选通）

I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。

读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。

只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。

89C51的P0、P1、P2、P3口作为输入时都是准双向口。

除了P1口外P0、P2、P3口都还有其他的功能。

RST：

复位输入端，高电平有效。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

地址锁存允许/编程脉冲信号端。

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

PSEN：

外部程序存储器的选通信号，低电平有效。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

EA/VPP：

外部程序存储器访问允许。

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源。

XTAL1、XTAL2:

片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入、输出端。

3.2ADC0809

3.2.1芯片介绍

ADC0809它是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。

利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。

3.2.2主要特性

　ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。

　　初始化时，使ST和OE信号全为低电平。

　　送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。

　　在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。

　　是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。

当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。

3.2.3引脚说明

图3.2

（1）IN0～IN7——8路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。

（2）D7～D0——A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。

8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。

（3）ADDA、ADDB、ADDC——模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。

地址信号与选中通道对应关系如表11.3所示。

（4）VR（+）、VR（-）——正、负参考电压输入