单片机节日彩灯控制器设计彩灯控制器.docx
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单片机节日彩灯控制器设计彩灯控制器
单片机节日彩灯控制器设计彩灯控制器
一、设计任务与要求
（1）PD0:
开始,按此键则灯开始流动（由上而下）；
（2）PD1:
停止,按此键则停止流动,所有灯为暗；
（3）PD2:
上,按此键则灯由上向下流动；
（4）PD3:
下,按此键则灯由下向上流动。
二、方案设计与论证
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。
LED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LED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,影响彩灯效果,因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。
本方案主要是通过对基于单片机的多控制、多闪烁方式的LED彩灯循环系统的设计,来达到本设计的要求。
其硬件构成框图如图所示,以单片机为核心控制,由单片机最小系统,时钟电路、复位电路、电源、按键控制电路、LED发光二极管和5V直流电源电路组成。
图2单片机彩灯循环控制系统硬件框图
此设计方案中单片机的PD口接4路按键控制电路,实现彩灯花型的切换功能,单片机上的PB口接8路LED发光二极管组成彩灯电路,显示彩灯循环情况。
1、总体流程图设计
开始
正向循环
开始键按下？
是
否
停止键按下？
正向键按下？
灯全灭
是
否
是
否
反向键按下？
反向循环
是
正向键按下？
否
停止键按下？
是
否
是
否
图2程序流程图
2、键盘设计论证
方案一、独立式
独立式键盘是各按键相互独立，每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响到其他输入线上的工作状态。
因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断那个键被按下了。
独立式按键电路配置灵活，软件简单，但每个按键需要占用一根输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。
按键直接与单片机的I/O口线相接，通过读I/O口，判定I/O口线的电平状态，即可识别出按下的按键。
方案二、行列式
矩阵式键盘也称行列式键盘适用于按键数量较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行\列的交叉点上。
如下图所示,一个4X4的行列结构可以构成一个16个按键的键盘。
很明显，在按键数量较多的场合，矩阵键盘与独立式键盘相比，要节省很多的I/O口线。
综上所述，本设计结构比较简单，所需按键较少就可以实现功能设计，故选择独立式键盘设计。
三、单元电路设计与参数计算
1、led彩灯模块设计
本设计使用PB口做输出端口来控制led灯的闪亮与灭掉，连接8个发光二极管的阴极。
8个发光二极管采用了共阳极设计，并且VCC通过pnp型三极管给二极管供电（vcc送发射极，集电极与二极管阳极连接，单片机通过PA2来控制二极管阳极电压供给）------（限流电阻R取值为1K）
具体硬件设计如下图所示：
-
2、按键模块设计
由于在单片机按键操作中，存在按键抖动的问题，会造成取值不稳定的情况，如下图即为按键操作波形:
所以必须考虑去抖动的问题，解决方法有如下两种：
●消除按键的抖动既可采用硬件方法，也可采用软件的方法。
使用硬件消抖的方式，需要在按键连接的硬件设计上增加硬件消抖电路，如采用R-S触发器或RC积分电路等。
采用硬件消抖方式增加了系统的成本，而利用软件方式消抖则是比较经济的做法，但增加了软件设计的复杂性。
●软件方式消抖的基本原理是在软件中对按键进行两次测试确认，即在第一次检测到按键按下后，间隔10ms左右再次检测该按键是否按下，只有在两次都测到按键按下时才最终确认有键按下，从而消除了抖动的影响。
由于用软件方式消抖比较方便，比较经济，而硬件消抖即复杂又不经济，所以本次设计我们采用的是软件消抖。
需特别注意的是：
在按键接口软件中，除了要考虑按键消抖外，一般还要判别按键的释放，只有检测到按键释放以后，才能确定为一次完整的按键动作完成。
硬件按键设计如下：
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图
功能说明：
※S1-开始，按此键，灯开始流动（从上到下）
※S2-停止，按此键，灯停止流动（灭灯）
※S3-上，按此键，灯从上而下流动
※S4-下，按此键，灯从下而上流动
2．元件清单
元件序号
元件说明
数量
备注
Atmega16
单片机芯片
1
R1—R9
限流电阻
9
1K
LED
发光二极管
8
KEY
按键开关
4
Q1
三极管
1
Pnp型
五、功能仿真实现
1、开始：
从上到下流动点亮
2、反向：
从下向上流动点亮
3、停止：
灭灯
六、安装与调试
七、结论与心得
本次课程设计既要求我们对知识掌握的牢固，又要求我们对知识能够灵活运用。
从所涉及的知识面来说，它不仅要求我们运用所学过的知识还要求我们去查找，学习，借鉴其他科目或门类的知识。
从时间上来说，这次设计的时间是最长的，因此我们有足够的时间去重新温习学过的知识，更有充足的时间去搜集学习一些我们没有涉猎过的知识。
这样不仅锻炼了我们学习新知识的能力，同时也拓宽了我们的知识面。
并且我们还有足够时间去修改我们的设计中的缺陷，这也是对我们将来走入社会独立完成一项课题的考验。
我们经过将近两周的努力，终于完成本次创新课程设计，过程虽是辛苦的，但从中我们却学到了很多东西。
首先巩固了课上学习的理论知识，对于计算机C语言的系统化整体化有了更深的认识。
整个设计过程最大的收获就是意识到理论知识扎实的重要性，实践是建立在理论之上的，平时的基础知识很重要。
另外就是合作的重要性，每个人都有他的特长一个人难免有疏漏，只有大家共同努力才能顺利的完成任务。
通过本次课程设计，提高了我们的自学能力，提高了理论联系实际的能力，把自己所学应用到实验中，对所用到的硬件有了更加深刻的理解；同时我们更加明白团结合作、分工合作的重要性，提高了团结合作的能力与做事效率。
提高了我们克服困难的信心与决心。
八、参考文献
1．马潮编著.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践（第二版）北京航空航天大学出版社2011年8月。
2．周兴华编著.手把手教你学单片机C程序设计北京航空航天大学出版社2008年6月。
3、童诗白、华成英主编.模拟电子技术基础高等教育出版社。
附录：
1、设计程序代码
程序代码如下：
#include
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
voiddelay_ms（uintcom）
{
uinti,j;
for（i=0;ifor（j=0;j<1194;j++）;
}
ucharkey_press（）
{
uchara;
DDRD|=0X0F;
PORTD|=0X0F;
DDRD&=0XF0;
a=PIND;
a&=0x0F;
if（a==0X0F）
return0;
else
return1;
}
ucharkey_scan（）
{
uchara;
delay_ms（10）;
if（key_press（））
{
a=PIND;
a&=0x0F;
switch（a）
{
case0x0E:
a=1;break;
case0x0D:
a=2;break;
case0x0B:
a=3;break;
case0x07:
a=4;break;
default:
a=16;
}
while（key_press（））;
}
else
{
a=16;
}
returna;
}
voidzhengxiang（void）
{
unsignedinti;
for（i=0;i<8;i++）
{
PORTB=~BIT（i）;
delay_ms（255）;
}
}
voidstop（void）
{
PORTA=BIT
（2）;
}
voidfanxiang（void）
{
unsignedinti;
for（i=8;i>0;i）
{
PORTB=~BIT（--i）;
delay_ms（200）;
}
}
voidmain（void）
{
uchari,j=0,a=0;
DDRA=BIT
（2）;
PORTA=0x00;
DDRB=0XFF;
//PORTB=0XFF;
while
（1）
{
PORTB=0XFF;//将LED关闭
i=key_press（）;
if（i）
a=key_scan（）;
switch（a）
{
case1:
zhengxiang（）;j=1;break;
case2:
//stop（）;
j=0;break;
case3:
if（j）
{zhengxiang（）;break;}
case4:
if（j）
{fanxiang（）;break;}
default:
//stop（）;
j=0;
}
}
}
2.电路板实物图
3.别人提的问题，及回答。
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