节日彩灯控制器设计1文档格式.docx

1、随着人们生活水平的提高和生活质量的改善， 在充满浓郁都市气息的大城市中可以看到各种各样的彩色霓虹灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简 单等优势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

2、制器进行改进。1.1设计方案彩灯控制器大致可分为两种方案实现。一种是利用电子电路装置控制，另一种是采 用单片机控制。根据设计任务要求介绍的彩灯控制电路的基本组成， 可以确定彩灯控制器应由振荡电路、计数/时序分配电路、移位位寄存器和彩灯显示五部分组成。 其框图如图1-1所示振汤电路1 F控 制 电 路计数器译 码 器 LED显示 电路W图1-1彩灯循环控制器硬件框图万案一: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节日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 1-2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

3、极管和5V 直流电源电路组成* 供电 信号图1-2 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P1 口接5路按键控制电路，实现彩灯花型的切换功能；单 片机的P3.7引脚接上一个按钮开关以实现对彩灯闪烁频率的控制，即实现了快慢两种 节拍实现花型的变换；单片机上的 P2 口接八路LED发光二极管组成彩灯电路，显示彩 灯循环情况。1.2方案选择结合设计任务书比较以上两种方案可知：利用电子电路装置控制，其电路不很复杂, 制作相对较容易点，成本也相对较低，但可调性差，亮灯模式少而且样式单调，达不到 设计任务要求或实现困难。采用单片机控制其优点是电路集成度高，工作原理简单，清 晰明了，自定义编程，

4、控制的图案花样多，移植性好等。综上，显然方案二各方面优越于方案一，以及为了体现专业优势，本次设计采用第 二种方案。第2章硬件设计2.1 直流稳压电源电路对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源 电路的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。电子设备除用电池供电外，还采用市电 （交流电网）供电。通过变压、整流、滤波和稳压后，得到稳定的直流电。直流稳压电 源是电子设备的重要组成部分！本项目直流稳压电源为 +5V。如下图所示：直流稳压电源的制作一般有3种制作形式，分别是分立元件构成的稳压电源、线性 集成稳压电源和开关稳压电源。下图稳压电源采用的是三端集成稳压器 7805构

5、成的正5V直流电源。=C2亠 C4 吁3 ?idGF厂 g.iur4TE TDC1图2-1 三端固定式集成稳压电源电路图AT89C51单片机的工作电压范围：4.0V5.5V，所以通常给单片机外接5V直流电源。 由于时间关系，此处用3节1.5V的干电池供电，在此不在赘述此稳压电源电路图原理。2.2单片机最小系统要使单片机工作起来，最基本的电路的构成由单片机、时钟电路、复位电路等组成。 单片机最小系统如下图2-2所示。时钟电路：本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个 12MHz石英晶体振荡器和2个30pF微调电容，构成稳定的的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内 部的时钟电路。复位电路：

6、确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。单片机系统的复位方式有上电自动复位和手动按键复位。本设计采用手动按键复位，该复位方式同样具有上电自动复位功能。电路如下图所示图2-2 单片机最小系统2.3LED节日彩灯显示电路LED节日彩灯显示电路（如图所示）实际上是由8个发光二极管和8个电阻构成的电 路。发光二极管与电阻对应串联，然后接在与之相对应的 P2 口上。通过软件编程对 P2 口输出高低电平来实现不同的闪烁花型。 由于发光二极管的导通电压一般为1.7V以上，另外，他的工作电流根据型号不同一般为 1mA到30mA，电阻选择范围100欧姆3千 欧姆在此我们这里选用560欧姆的电阻。图2-3

7、 LED节日彩灯显示电路2.4按键控制电路按键控制电路（如图2-4所示）是由6个按键开关构成的。他们分别接在单片机AT89C51 的 P1 接口和 P3.0 口 ,Key1 Key5接在 P1.0P1.4,Key6 接在 P3.7 上。为了一对一的控制LED灯的闪烁方式。当按下开关Key1时，LED节日彩灯系统闪烁第一种彩灯花型。当按下开关Key2时丄ED节日彩灯系统闪烁第二种闪烁方式当闭合Key6时，彩灯闪烁节拍变慢。P1.CP3.0/RXDP1.1P3 1TXDFl .2P3.2/1 MIDP13卩 3-3/1KT1P1.4P3 4ZTOP16P3JWTIP1.6P3.6AA/RPI Jt

8、DP3.7fiDid-14 FI- 17ATSCSI-lKey1Key2Key3Key4Key6 节奏快慢GhlDKey5图2-4 键盘控制电路2.5 串口电路串口电路为单片提供与PC机连接端口，为单片机提供下载程序到单片机程序存储 器中。串口原理图如图2-5所示。串口也称串行通信接口，RS-232是目前最常用的一种串行通讯接口， 由于其形状和 针脚数量的原因，其接头又被称为 DB9接头。RS-232针脚定义：2 RXD Receive Data 接收数据 、3 TXD Transmit Data 发送数据 、5 GND System Ground 系 统接地，一般就用到这几个引脚。图2-5

9、串口原理图MAX232芯片是专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v 单电源供电。MAX2内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路：由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成，功能是产生+12v 和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道：由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道， 其中13脚（R1IN）、12脚（R1OU爪11脚（T1IN）、14脚（T1OUT为第一数据通道，8 脚（R2IN）、9 脚（R2OUT、10 脚（T2IN）、7 脚（T2OUT 为第二数据通道。TTL/CMOS 数据从T1IN、T

10、2IN输入转换成 RS-232数据从T1OUT T2OUT送到电脑DP9插头；DP9 插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS据后从R1OUT R2OU输出第三部分是供电：15脚DNG 16脚VCC（ +5v）。在此，本系统的硬件电路已经全部设计完毕。第3章软件设计单片机的应用系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还 不能看到多控制、多闪烁方式的LED丁系统循环点亮的现象，我们还需要告诉单片机怎 么样进行控制，即编写程序控制单片机管脚电平的高低变化， 来实现发光二极管的明灭。 软件编程是多控制、多闪烁方式的 LED丁系统中的一个重要的组成部分，是

11、本设计的重 点和难点。下面，我将阐述多控制、多闪烁方式的节日彩灯系统是如何实现 8个LED 丁的循环点亮，来介绍实现流水灯控制的软件编程方法。本设计是以单片机AT89C51为核心控制8个发光二极管5种闪烁方式的变换。硬件 电路如图附录1所示，八个发光二极管D1- D8分别接在单片机的P2.0 P2.7接口上， 当给P2.0 口输出“0”时，发光二极管点亮，当输出“ 1”时，发光二极管熄灭。可以 运用输出端口指令MOP0, A或MOP0,# DATA只要给累加器值或常数值，同理，接 在P2.1P2.7 口的其他7个LED的点亮和熄灭的方法同LED1因此，要实现流水灯功 能,我们只要将发光二极管L

12、EDLED8依次点亮、熄灭，8只LED丁便会一亮一暗的成 流水灯了。在此我们还应注意一点，由于人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令 的时间很短，我们在控制二极管亮灭的时候应该延时一段时间，否则我们就看不到闪烁 效果。程序设计流程如图3-1。程序启动时跳转到键盘判断模块程序中，此程序里面包含 KeylKey5的按键情况判断，循环检测直到有按键按下的时候，程序转去相对应按键的 彩灯显示的花型模块，与此同时，当按键 Key6有闭合时，程序中调用延时程序程序时， 给延时参数赋值上另一个值，是延时程序延时时间发生改变，以达到不同快慢节奏闪烁 的彩灯。具体程序流程如下图所示。图3-1 主程序流程图第4

13、章系统仿真调试4.1系统仿真本设计使用的Keil C51软件来进行编程。Keil C51提供了包括C编译器、宏汇编、 连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开 发环境（uVision ）将这些部份组合在一起。Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC,并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。图4-1 仿真电路图4.2 仿真调试本系统的调试是把在Keil里面写好的程序通过编译不出现任何错误后将生成的后缀名为.HEX的文件加载到AT89C51单片机中。接下来我们将在PROTE

14、US软件进行软硬件结合的调试MEM 200Program Size; data=9,0 xdata=O code=432 creating hex file from SUNLIGHT. ffSUNLIGHTff - 0 Error（5f 3 Warning（s）.:Build CommandFind in Files /图4-2 程序编译F面是在PROTEUS软件仿真系统中的调试结果，如表 4-1:表4-1 测试结果及状态分析序 号测试项目测试方法测试结果状态分析1是否能正常工作打开仿真电路图，加载程 序，点击开始运行。无任何错误提示仿真电路正常2彩灯花型控制运行仿真，随机按下任意 按键，观

15、察彩灯显示效 果。对应按键按下，彩灯出现 不同花型。本设计实现了多 控制、多闪烁的节 日彩灯循环。3节奏快慢控制按闭合Key6，观察彩灯循环跳动节奏当闭合Key6时，彩灯循 环闪烁变慢。本设计实现了用 快慢两种节拍实 现花型交换。经以上仿真上测试证实，能实现本设计系统要求的预期的功能总结通过这几天的单片机的实训，我们把以前学过的很多知识都运用到了，对所学知识 起到了一个串联的作用，使我们更加清晰的了解我们专业的应用范围，同时也深刻的体 会到我们欠缺的很多，还需要继续学习。设计过程中出现的问题层出不穷，经过老师的指导都能一一得到解决，使我们学到 了很多的实际应用型知识。主要的问题处在对知识掌握的

16、不牢固上，对很多元件了解的 太浅，所以在选择器件时经常出现失误。另一个就是电路图的设计，因为实际操作的机 会很少，所以在设计电路图的过程中很多实际的问题没有考虑进去，从而使电路图看起 来没有实际应用性。不论是书本上的，还是实际操作中的知识，都在这次设计中得到了一个实践的过程。 不仅能从中学到很多新知识，更重要的是在以前理论的基础上更深刻的掌握了单片机的 深层内容及实际生活中的应用。实训锻炼了自己动手能力和思维能力，还有在软件方面 的编程能力，让我受益匪浅，同时也暴露出一些平时学习上的问题，让我深刻反思。这 些问题的发现将为我以后的学习和工作找明道路，查漏补缺为进一步学习作好准备。通 过实训，让

17、我懂得了如何编写一些简单的程序，学会了如何制作单片机应用程序，并且 可以在今后的日常生活中灵活运用。由于时间仓促及自身专业知识的不足，整篇论文肯 定存在尚未发现的缺点和错误，恳请老师批评指正。参考文献1张毅刚.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社，20112杨素成.模拟电子技术基础简明教程高等教育出版社，20103彭虎.微机原理与接口技术电子工业出版社，4赵春华、张学军.Multisim9电子技术基础仿真实验机械工业出版社，2007节日彩灯控制器仿真电路图U1 vmsrctrccE口547DUF*TEb *TBCT*tTDUfTEKt* TEXT*C6时钟电路.iurr 1R10ZEF. T

18、E9R113xm 嚼 nxi*strA 如8DKey6 节姜快慢*SUA9 U2ID1XTAL1 j；阳 mcLED-YELLXWJD3 F町雪eLEE 仕 LUMAJD4LEO-ySlIXiWIDSD6LEO-YELLOWr 3&Rzmq.5 l|_|RF TBcn LEC-YELbOVW33DH. 占 Tm“影灯显示电路附录2节日彩灯控制器控制程序代码ORG 0000HLJMP MAINORG 0040HMAIN:MOV P1,#0FFHMOV A,P1CJNE A,#11111110b,S1LCALL K1S1:CJNE A,#11111101b,S2LCALL K2S2:CJNE A,

19、#11111011b,S3LCALL K3S3:CJNE A,#11110111b,S4LCALL K4S4:CJNE A,#11101111b,MAINLCALL K5K1:MOV A,#01111111bC1:RL AMOV P2,ALCALL DelayJNB P1.1,K2JNB P1.2,K3JNB P1.3,K4JNB P1.4,ZLJMP C1K2:MOV P2,#0FEH LCALL DelayMOV P2,#0FCHMOV P2,#0F8HMOV P2,#0F0H LCALL DelayMOV P2,#0E0HMOV P2,#0C0HMOV P2,#80HMOV P2,#00

20、HMOV P2,#0F0HMOV P2,#0FEHMOV P2,#0FFHLCALL Delay LJMP MAINZ:LJMP K5K3:MOV P2,#55HMOV P2,#0AAHK4:MOV P2,#01111110BMOV P2,#00111100BMOV P2,#00011000BMOV P2,#00000000BMOV P2,#10000001BMOV P2,#11000011BMOV P2,#11100111BMOV P2,#11111111BK5:MOV P2,#10111111BMOV P2,#10011111BMOV P2,#10001111BMOV P2,#10000111BMOV P2,#10000011BDelay:JNB P3.0,D1mov r5,#01hLJMP D5D1:MOV r5,#04hD5:mov r6,#0ffhD6:mov r7,#0ffhD7:nopdjnz r7,D7 djnz r6,D6 djnz r5,D5 retEND