四路彩灯控制系统的设计.docx
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四路彩灯控制系统的设计
四路彩灯控制系统的设计
许山沈阳航空航天大学自动化学院
摘要：
彩灯是我国普遍流行的传统的民间的综合性的工艺品。
彩灯艺术也就是灯的综合性的装饰艺术。
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，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。
这里我们所设计的四路彩灯控制系统是8051单片机作为控制核心，电源开关等较少的辅助硬件电路相结合，利用软件实现对彩灯的控制。
本系统具有硬件少、体积小、电路结构简单等优点，而且方便调节亮灯模式，只需要修改软件程序，无需修改硬件电路等。
关键词：
单片机；四路彩灯；控制
0.前言
近年来，随着电子技术和微机计算机的迅速发展，单片机的档次不断提高，其应用领域也在不断的扩大，已在工业控制、尖端科学、智能仪器仪表、日用家电、汽车电子系统、办公自动化设备、个人信息终端及通信产中得到了广泛的应用，成为现代电子系统中最重要的智能化的核心部件。
尤其是单片机在最小系统的应用越来越多，也越是成熟。
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，影响亮灯效果。
因此需要我们改进，该为单片机作为控制核心的最小系统。
1.总体方案的设计
设计一个四路彩灯控制系统，系统功能如下：
（1）、采用单片机作为控制核心电路。
（2）、彩灯的控制由三节拍组成：
第一拍时从第一路到第四路每间隔1s逐次点亮，第二拍时从第四路到第一路每间隔1s逐次熄灭，第三拍时第一路到第四路同时0.5s点亮，0.5s熄灭，20次后重复前面的过程。
该系统由89C51、BUTTON、LED彩灯等构成，采用晶振电路作为驱动电路，利用单片机的P1端口作为输出口，这样就无需再外接上拉电阻。
四路彩灯采用共阳极接电源，阴极分别接P1.0到P1.3。
通过控制P1端口的输出高低电平来实现点亮和熄灭彩灯，系统中软件部分比较简单，由一个入口函数和四个子函数构成。
图1系统结构框图
从系统框图可以看出本次设计的核心就是单片机，可以说是单片机的简单应用。
通过软件来控制单片机的输出，高低电平的输出决定彩灯亮灭。
2.硬件电路的设计
2.1时钟电路设计
单片机利用外部12MHZ晶振构成振荡电路作为时钟源，时钟电路的原理如下图：
图2时钟电路
2.2单片机
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
外形及引脚排列如下图：
图3单片机
1）四个I/O口
P0口有三个功能：
1、外部扩展存储器时，当作数据总线（如图1中的D0~D7为数据总线接口）
2、外部扩展存储器时，当作地址总线（如图1中的A0~A7为地址总线接口）
3、不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。
P1口：
只做I/O口使用：
其内部有上拉电阻。
P2口有两个功能：
1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用；
2、做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻；
P3口有两个功能：
除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置，具体功能请参考我们后面的引脚说明。
有内部EPROM的单片机芯片（例如8751），为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式提供的，即：
编程脉冲：
30脚（ALE/PROG）编程电压（25V）：
31脚（EA/Vpp）
接触过工业设备的兄弟可能会看到有些印刷线路板上会有一个电池，这个电池是干什么用的呢？
这就是单片机的备用电源，当外接电源下降到下限值时，备用电源就会经第二功能的方式由第9脚（即RST/VPD）引入，以保护内部RAM中的信息不会丢失。
2）汇编指令
指令由于操作码和操作数。
分为单字节指令，双字节指令，三字节指令。
3）寻址方式：
立即寻址：
操作数包含在指令字节中，指令操作码后面字节的内容就是操作数本身。
直接寻址：
1内部数据存储器的低128个字节单元（00H-7FH）2位地址空间；3专用功能寄存器
寄存器寻址：
由指令指出某一个寄存器中的内容作为操作数，这种寻址方式称为寄存器寻址。
寄存器间接寻址：
由指令指出某一个寄存器的内容作为操作数的地址。
基址寄存器加变址寄存器间接寻址：
用于访问程序存储器中的数据表格。
相对寻址：
以PC的内容作为基地址，加上指令中给定的偏移量所得结果作为转移地址，只适用于双字节转移指令。
2.3LED彩灯
单片机的P1.0到P1.3分别外接彩灯D3到D0的阴极，彩灯共阳极接电源。
图4彩灯的设计
3.软件设计
软件主要由一个主程序和四个子程序构成：
入口程序、延时子程序、第一节拍子程序、第二节拍子程序和第三节拍子程序。
系统流程图如下：
图5软件系统流程图
设计思路：
根据系统设计要求，很容易看出系统由三大模块组成，即三个节拍。
要求用单片机作为控制核心，那么只需要选取其中一个端口来控制四路彩灯。
考虑系统的性价比，这里我们就不选P0端口，选取P1端口作为控制端（P1到P4端口的输出级都接有内部的上拉电阻）。
单片机的P1.0到P1.3分别外接彩灯D3到D0的阴极，彩灯共阳极接电源，根据“共阳极，阴极谁低谁导通”来实现LED的亮灭。
4.调试分析及说明
4.1第一节拍的调试
图6第一节拍运行结果图
4.2第二节拍的调试
图7第二节拍运行结果图
4.3第三节拍的调试
图8第三节拍运行结果图
5.结论
本次课程设计顺利完成，任务要求的三个节拍（第一拍时从第一路到第四路每间隔1s逐次点亮，第二拍时从第四路到第一路每间隔1s逐次熄灭，第三拍时第一路到第四路同时0.5s点亮，0.5s熄灭，20次后重复前面的过程。
）全都完美的实现了。
硬件的运行也很完美的完成了，所有要求功能都实现了，虽然实物做的不美观。
参考文献
[1]李建忠《单片机原理及应用》西安：
西安电子科技大学出版社2001
[2]高峰《单片微型计算机原理与接口技术》北京：
电子工业出版社1998
[3]邹逢兴《单片机应用新技术教程》北京：
高等教育出版社1997
[4]朱宇光《16位微型计算机原理接口及其应用》北京：
电子工业出版社2003
[5]吴秀清《微型计算机原理与接口技术》北京：
中国科学技术出版社2001
[6]邓亚平《微型计算机接口技术》北京：
清华大学出版社2000
[7]王迎旭《单片机原理及及应用》北京：
机械工业出版社2003
课设体会
两周的时间就这么的过去了，课程设计也就这样的结束。
本次课设非常的顺利，不仅很好的完成设计，更是做出了实物，虽然实物做的不是完美。
通过本次课设让我又重新的学习了一遍单片机等相关知识，更是提高了我的动手能力，完成彩灯的设计制作，为明年的毕业设计打下了一定的基础和信心。
本次课设中在动手制作这一环节发现了很多问题，也学了很多，动手做一做还是非常有必要和益处的。
学再多的理论知识，如果不能做出东西来，那么就和没有学的人几乎一样。
此次动手环节，由于自己的粗心大意，烧坏了两个LED灯和一个单片机。
没有接限流电阻，烧了灯，单片机也插反了。
由于焊接技术不行，直接浪费了一块板。
没有做之前，个人认为如此简单的最小系统一个小时就能完成，结果确实整整半天时间才完成。
虽然过程是痛苦的，但通过这个痛苦的环节我学到了很多，比如排版布局的技巧、开关等器件的焊接法、简单系统检查错误和错误分析。
软件的设计让我对C语言看法改变了不少，让我认识到它的重要性，同时也发现了我对汇编语言的一片茫然。
汇编语言一点不会，在以后的日子里需要加紧恶补一下汇编语言了。
即将毕业走向社会，我相信多会一个语言，而且是如此重要的语言，肯定能给我带来不一样的竞争力。
最后感谢老师的指导！
[2013年1月9日完成]
附录1电路原理
附录2程序清单
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitled1=P1^0;
sbitled2=P1^1;
sbitled3=P1^2;
sbitled4=P1^3;
voidDelay_ms（uintxms）
{
uchari;
while（xms--）
{
for（i=110;i>0;i--）;
}
}
voidDis_1（）
{
Delay_ms（1000）;
led1=0;
Delay_ms（1000）;
led2=0;
Delay_ms（1000）;
led3=0;
Delay_ms（1000）;
led4=0;
Delay_ms（1000）;
}
voidDis_2（）
{
Delay_ms（1000）;
led4=1;
Delay_ms（1000）;
led3=1;
Delay_ms（1000）;
led2=1;
Delay_ms（1000）;
led1=1;
Delay_ms（1000）;
}
voidDis_3（）
{
inti=20;
while（i--）
{
Delay_ms（500）;
P1=0xf0;
Delay_ms（500）;
P1=0xff;
Delay_ms（500）;
//continue;
}
}
voidmain（）
{
P1=0xff;
while
（1）
{
Dis_1（）;
Dis_2（）;
Dis_3（）;
}
}
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