毕业设计论文基于AT89C51单片机的节日彩灯控制电路的设计与实现.docx
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毕业设计论文基于AT89C51单片机的节日彩灯控制电路的设计与实现
燕山大学
毕业设计（论文）
节日彩灯控制电路的设计与实现
学院里仁学院
年级专业03级电子信息工程
学生姓名郐阳
指导教师荆楠
专业负责人练秋生
答辩日期6月24日
燕山大学毕业设计（论文）任务书
学院：
里仁学院系级教学单位：
电子与通信工程系
学号
030201070061
学生姓名
郐阳
专业班级
03电子３班
课
题
题目
节日彩灯控制电路的设计与实现
来源
自选
主
要
内
容
内容：
彩灯控制电路要求控制8个以上彩灯，要求彩灯组成如下花形：
各灯全亮，间隔闪光；各灯逐个点亮，再依次熄灭；一起闪烁；逐个点亮，慢灭；跑马式前进、后退；逆顺序流水式自动变化；各功能自动循环变化。
在上述基础之上要求：
控制大型彩灯组，通过按键进行人工设定变化花样（上述六种花样排列组合）
基
本
要
求
内容：
彩灯控制电路要求控制8个以上彩灯，要求彩灯组成如下花形：
各灯全亮，间隔闪光；各灯逐个点亮，再依次熄灭；一起闪烁；逐个点亮，慢灭；跑马式前进、后退；逆顺序流水式自动变化；各功能自动循环变化。
在上述基础之上要求：
控制大型彩灯组，通过按键进行人工设定变化花样（上述六种花样排列组合）
参考
资料
实用电子线路设计相关书籍节日彩灯控制电路相关文献
相关元器件的说明书51单片机的相关书籍
Pspice9.2Multisim2001MaxplusII
周次
1—4周
5—8周
9—12周
13—16周
17—18周
应完
成的
内容
查阅文献资料、整体方案设计
画电路原理图，电路仿真
电路仿真
编写软件
撰写论文，准备答辩
指导教师：
荆楠
系级教单位审批：
说明：
如计算机输入，表题黑体小三号字，内容五号字。
本任务书一式二份，教师、学生各执一份。
摘要
单片机是把主要计算机功能部件都集成在一块芯片上的微型计算机。
单片机即单片微型计算机，是集CPU,RAM,ROM,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。
本文介绍一种新型的彩灯控制系统的设计方法，以AT89C51单片机作为主控核心，与按键，显示器等较少的辅助硬件电路相结合，利用软件实现对彩灯进行控制。
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。
本文首先描述系统硬件工作原理，并附以系统结构框图加以说明，着重介绍了本系统所应用的各硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程,其次，详细阐述了程序的各个模块和实现过程。
本设计以数字集成电路技术为基础，单片机技术为核心。
本文编写的主导思想是软硬件相结合，以硬件为基础，来进行各功能模块的编写。
关键词 AT89C51单片机；彩灯控制器；模块设计
Abstract
SCMisamajorpieceofcomputercomponentsareintegratedintothechipmicrocomputer.SCMismicrocomputerisasetofCPU,RAM,ROM,thetiming,numberandvarietyofintegratedmicro-controllerinterface.Thispaperintroducedthedesignwayofanew-stylelampioncontrolsystemthatusedAT89C51singlechipasthecontrol–core,combinedwithlittleassistanthardwaresuchaskeyboarddisplay,andtooksoftwareprogramtocontrollampion.Thissystemhadtemerityofsmallvolume,fewofhardwares,circuitconfigurationsimpleandeasytooperate,andsoon.
Thisarticlefirstdescribesthehardwaresystemprincipleofwork,andattachesbythesystemstructurediagramperformstoexplain,emphaticallyintroducedthissystemappliesvarioushardwareconnectiontechnologyandeachinterfacemodulefunctionandtheworkprocess,next,elaboratedindetailprocedureeachmoduleandtherealizationprocess.Thisdesigntakethedigitalintegratedcircuittechnologyasthefoundation,themonolithicintegratedcircuittechnologyiscore.
Keywords LampionAT89C51singlechipLampioncontrollerModuledesign
第1章绪论
1.1课题背景
1.1.1课题的国内外现状
由于国内生活水平不断提高，人民向往较佳的生活质素，对灯具灯饰也不断提出了新要求，近年内地灯饰市场有以下情况：
功能细分：
人们要求灯具能符合不同场合，不同照光功能的需求日高，因此适用于各种使用要求的灯具逐应运而生，如学生灯、书写灯、应急灯、日光灯、霞光灯、晚餐灯以及不同高度的落地灯等新品叠出。
高技术化：
由于电子技术被广泛用于灯具的制造，适应不同的电压，使可调节亮度的第三代照光灯具多起来。
无频闪灯、3种波长色谱可调灯，放射远红外光灯等具备保护视力功能的灯具也开始推出市场。
多功能化：
符合当前的消费时尚、集多种功能于一体的灯如床头兼作光敏电话自控灯、带八音盒台灯等，是近年另一需求特点。
节能环保：
新推出的高科技无频闪书写灯，光线平稳并可节能源50%，这种灯具很受消费者的欢迎。
环保是灯具生产技术的崭新主题，显示人们对居室生态环境的重视，这亦是未来家居照明的主要发展方向。
国际灯具行业现代化产品设计的潮流是：
减少产品的尺寸，以减少材料的投入；现代社会对产品的开以制造最重要的着眼点是“经济”和“环境保护”。
照明产品最好能体现这一潮流的是紧凑荧光灯，细管径，超细管径直管荧光灯和无汞的射频（RF）或微波（MW）激发的硫灯。
紧凑型荧光灯直径和尺寸，它们的形式多种多样用途也十分广泛。
一般来说，它们有5倍于白炽灯的光效和8倍于白炽灯的寿命。
因此，它们是绿色照明工程的推荐产品，使用紧凑型荧光灯的灯具也日益多见。
1.1.2课题的发展趋势
彩灯的发展趋势有：
（1）向高效节能方向发展首先是采用节能光源，然后是按照节能光的尺寸、形状，精心设计灯具的光学系统，真正提高灯光的有效利用率。
如在射灯中，选用光色好的高强度气体放电灯，可造成一个光线弥散、均匀柔和的照明环境，且灯具的保护角小、效率高，能较好地显示建筑物结构。
（2）向集成可调化方向发展技术的迅速发展各种集成化装置和电子算机控制系统对灯具和照明系统的应用取得了显著的进步，如应用电子镇流器对灯具及照明系统进行调光、遥控、控制光色。
（3）向多功能小型化发展随着紧凑型光源的发展镇流器等灯用电器配件的超小、超薄、各种新技术、新工艺的不断采用，现代灯具正在向小型、实用和多功能方向发展。
（4）向装配系列化转现代灯具的选型追求简洁明快淘汰了过去一味追求表面华美的造型及过分装饰的风格。
既强调个性，又强调与背景环境的协调，还注重表现灯具材料的质感。
为了保证照明条件和视觉的舒适感，灯具大都配有各种系列成套的配件选择，以使用户根据需要自我调整。
1.1.3本文研究的主要内容
彩灯控制是以彩灯为主，从调光灯、触摸灯和延迟灯电子控制器到节能灯、遥控灯和自控方便灯电子控制器的专用设备，种类繁多。
这是一种传统的灯具方式，虽然彩灯成本较低，但由于采用接触式控制彩灯方式显示花样信息，因此，受干扰较大，甚至不会显示信息，目前灯具的设计观念未能与时俱进，零配件质量很差。
工业照明、公共照明等大型高附加值、高档次或新型灯具产品很少。
灯具产品科技含量低、档次不高将在一定程度上削弱了未来我灯具产品的竞争力。
灯具样式缺乏特色， 存在安全隐患。
设计中主要依据彩灯控制电路，电路最大的特点是稳压和整流装置，只顾按键、二极管、按钮及很少的阻容器件便能实现各种花样等自然的变换，并能即按即变，永久保存。
在国外已经得到了广泛地应用，国内的应用正在渗透到传统的家电领域、通信领域、装饰领域及待开发的领域。
在装饰领域方面，采用彩灯控制电路，加强了人机联系，如会显示数字和汉字的大型彩灯组，从而有效的提高审美观念，方便了使用者；更为人们所熟悉。
大至工业领域，小到玩具、彩灯据此本文介绍了用新偏控制的方式，通过单片机AT89C51和地址锁存器做成得彩灯控制器。
因为AT89C51在片内含有Flash存储器，而地址锁存器可将片内信息存于闪烁存储器中，而且有自动变换花样高质量、自然的还原技术。
另外，它内置微控制器串行通信接口，可通过单片机AT89C51实现其所有功能。
要制作彩灯控制器，需要将单片机与彩灯芯片的控制端口进行连接，并对单片机进行编程，使其实现相应的功能；还要将单片机的输出口连接键盘和显示器，使其控制相应的功能并得到显示。
随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。
彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。
但目前市场上各式样的彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。
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。
此外从功能效果上看，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。
因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。
本文提出了一种基于AT89C51单片机的彩灯控制方案，实现对彩灯的控制。
本方案以AT89C51单片机作为主控核心，与键盘、显示、驱动等模块组成核心主控制模块,可以显示不同的花样。
第2章芯片及元件原理
2.1AT89C51单片机
2.1.1单片机的发展
Intel公司单片机是目前应用最广、品种最多的单片机。
Intel公司于1976年推出MCS-48系列单片机，该系列最典型的产品为8048，它是在一个40只引脚的大规模集成电路内，包含有8位CPU，1K字节ROM的程序存储器，64个字节RAM的数据存储器，一个8位定时器，27根输入/输出线
Intel公司在MCS-48的基础上，在80年代初又推出了MCS-51系列的高性能的8位单片机。
它与MCS-48系列相比，在片内存储器容量、I/O口的功能以及指令系统功能等方面，都大大地得到加强，MCS-51系列单片机特别适于实时控制、智能仪表、主从结构的多机系统等领域，是工业检测、控制领域中最理想的8位单片机。
从应用的角度看，MCS-51单片机具有如下的一些特点：
集成度高、系统结构简单、系统扩展方便、可靠性高、处理功能强、速度高、容易产品化等特点。
MCS-51系列单片机的三个基本产品为8031、8751、8051。
他们的引脚与指令完全兼容，但在应用结构及应用特性方面存在一些差异。
8031内部包括一个8位的CPU、128个字节的RAM，21个特殊功能寄存器、4个8位并行I/O口、1个全双工的串行口，2个16位的定时器/计数器，但程序存储器需外扩EPROM芯片。
8051是在8031的基础上，片内又集成有4KROM，作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。
ROM内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，出厂的8051都是含有特殊用途的单片机。
所以8051应用程序已定，批量大的单片机产品中，由于以上限制，目前在国内很少采用。
8751是在8031的基础上，增加了4K字节的EPROM，它构成了一个程序小于4K的小系统。
用户可以将程序固化在EPROM中，可以反复修改程序。
但其价格相对于8031较贵。
8031外扩一片4KEPROM的就相当于8751，它的最大优点是价格低，目前在我国得到了广泛的应用。
随着大规模集成技术的不断发展，能装入片内的外围接口电路也可是大规模的。
Intel公司在MCS-51系列三种基本型产品（8031，8051，8751）的基础上又推出各类增强型系列产品，即所谓的高档单片机，其主要的增强型产品如下：
（1）8032/8052/8752将原来的8031/8051/8751进行扩展，内部RAM增到256字节，8752/8052片内的程序存储器容量增到8K字节，定时器/计数器增至3个16位计数器，有6个中断源。
（2）低功耗的CHMOS工艺芯片80C31BH/87C51/80C51BH这种芯片允许电流波动范围较大,并有两种掉点工作方式：
一种工作方式是CPU停止工作，其它部分仍继续工作；另一种掉电工作方式是，除片内RAM继续保持数据外，其它部分都停止工作。
此类单片机的功耗低，非常适用于电池供电或其它要求低功耗的场合。
（3）具有高级语言编程的芯片8052H-BASIC芯片内固化有MCSBASIC52解释程序，软件开发比较方便。
此外还有实现BCD码的浮点运算以及十六进制数和十进制数的转换。
BASIC52语言能和MCS-51汇编语言混合使用，
（4）高性能的8XCX52系列在8052的基础上，采用CHMOS工艺，并将MCS-96系列中的一些I/O部件如：
高速输入/输出（HIS/HSO）。
A/D转换器、脉冲宽度调制、看门狗定时器等移植进来构成新一代MCS-51产品，80C252/87C252/83C252是MCS-51目前系列中的最新产品。
PHILIPS公司生产的8XC552系列即为此类产品。
目前此类单片机在我国已得到了较为广泛的应用。
（5）低功耗高性能的89C51北京集成电路设计中心推出的BI/Atu89C51单片机，是一个低功耗、高性能含有4K字节快擦写可编程/擦除只读存储器的8位CMOS单片机，时钟频率高达20MHz，与8031的引脚和指令系统完全兼容。
芯片上的EPROM允许在线（+5V）电擦除、电写入或采用通用的非易失存储编程器对程序存储器重复编程。
此外，BI/Atu89C51还支持由软件选择的两种掉电工作方式，非常适用于电池供电或其他要求功耗低的场合。
由于芯片内的4K程序存储器可在线或用编程器重复编程，受到设计者的欢迎，并得到较为广泛的应用。
2.1.2AT89C51的结构
ATMEL公司的89系列单片机是ATMEL公司的8位Flash单片机[1]。
这个系列单片机最吸引人的特点就是在片内含有Flash存储器，因此，它有十分广泛的用途，特别是在便携式和需要特殊信息保存的仪器和系统中显得更加有用。
这里主要介绍AT89系列中的AT89C51。
AT89C51系列单片机对于一般用户来说，存在3个明显的特点：
（1）内含Flash存储器因此在应用[2]系统的开发过程中可以十分容易的进行程序的修改，这就大大缩短了系统的开发周期；同时，在系统工作过程中，能有效的保存一些数据信息，即使外接电源损坏也不影响信息的保存。
（2）与80C51插座兼容[3]AT89C51系列单片机的引脚与80C51是一样的，当用AT89C51单片机取代80C51时，可以直接进行取代。
这时，不管采用40引脚还是44引脚的产品，只要用相同引脚的AT89C51单片机取代80C51的单片机即可。
（3）静态时钟方式AT89C51单片机采用静态时钟方式，所以可以节省电能。
这对于降低便携式产品的功耗十分有用。
AT89C51单片机的内部结构与一般单片机相似[4]，有CPU、存储器和I/O接口等部件。
AT89C51是ATMEL公司的8位Flash单片机系列，这个系列单片机的最大特点是在片内含有Flash存储器，因此，在应用中有广泛的前景和用途，特别是在便携式，省电及特殊信息保存的仪器和系统中显得更为有用。
89系列单片机若干优点：
内部含Flash存储器，在系统的开发过程中可以十分容易进行程序修改，大大缩短了系统的开发周期，同时，在系统工作过程中能有效保存一些数据信息[5]，即使外界电源损坏也不会影响到信息的保存；与80c51插座兼容，用相同引脚的89系列单片机可直接取代80c51的单片机；静态时钟方式，89系列单片机采用静态的时钟方式所以可以节省电能，这对于降低便携式产品的功耗十分有用；错误编程亦无废品产生，一般的OTP产品，一旦编程编误即成废品，而89系列的单片机内部采用了Flashmemory，所以错误编程之后仍可重新编程，直到正确为止，故不存在废品；可进行反复系统试验，用89系列单片机设计的系统，可以反复进行系统试验，每次试验可以编入不同的程序，这样保证用户的系统设计达到最优，而且，随用户的需要和发展[6]，还可以修改，使系统不断能追随用户的最新要求。
89C51在89系列单片机中属标准型单片机，它和MCS-51系列单片机兼容。
内部有4K可重复编程的Flashmemory，可进行1000次擦写操作，全静态工作为小33MHz，有三级程序存储器加密锁定，有内部含128-56字节的RAM，32条可编程的FO端口，有2个16位定时器/计数器，有通用串行接口，有低电压空闲及电源下降方式；中断有6级。
2.1.3AT89C51的引脚描述
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机[14]。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51[7]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的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
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，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[8]，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
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[9]，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口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：
P3口管脚备选功能：
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（记时器0外部输入），P3.5T1（记时器1外部输入），P3.6/WR（外部数据存储器写选通），P3.7/RD（外部数据存储器读选通）。
P3口同时为闪烁。
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外部必须被拉高。
P1口：
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[15][16]。
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[10]，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[11]。
RST：
复位输入。
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：
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地位字节。
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[12]。
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。
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：
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[13]。
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（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦
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