基于单片机的对可调光LED灯发光强度进行控制.docx

1、基于单片机的对可调光LED灯发光强度进行控制单片机课程设计报告题目：对可调光LED灯发光强度进行控制学院： 机电工程学院 班级： 自09A-1 姓名： 学号： 01 指导教师： 1、设计任务：1、单片机可选用飞思卡尔型。2、按键及显示方案可采用CH451芯片或其他方案。3、设计并制作可调光LED灯，并对发光强度进行控制。二、设计方案：硬件选择：飞思卡尔MC9S12S128系类单片机，驱动模块，LED 模块，CH4541模块；工作原理：通过调节PWM为1KHz至10KHz TTL方波，调节其占空比，从而调节电压，决定了发光强度。MC9S12S128部分管脚图：MC9S12S128主要系统参数：S

2、12X CPU， 最高总线速度 40MHz 64KB、128KB和256KB 闪存选项，均带有错误校正功能（ECC） 带有ECC的、4KB至8KB DataFlash，用于实现数据或程序存储 配置8 、10或12位模数转换器（ADC），转换时间3 s 支持控制区域网（CAN）、本地互联网（LIN）和串行外设接口（SPI）协 议模块 带有16-位计数器的、8-通道定时器 出色的EMC，及运行和停止省电模式1、由于MC9S12S128自带有AD以及PWM 功能，所以对软件的要求交简单。2、键盘输入采用CH451整体模块3、通信端口为PA口，与中断端口三、硬件结构：CH451硬件电路结构驱动模块设计

3、四、软件设计 HCS12控制软件主要理论 智能车开发环境采用了飞思卡尔HCS12系列单片机开发软件CodeWarrior。该软件具有支持多种语言、开发环境界面统一、交叉平台开发以及支持插件工具等特点。在CodeWarrior界面完成编译后，通过BDM FOR S12工具，在CodeWarrior环境下向MC9S12模块下载程序。BDM FOR S12工具使用简单，十分方便。在整个系统设计中，用到了4个单片机基本功能模块：时钟模块、PWM输出模块、AD转换模块、。通过编写程序先对所用到的模块进行初始化，并通过对相应数据寄存器或状态寄存器的读写，实现期望的功能。为实现所期望的功能所需芯片资源如表所

4、示。表 系统所用到的芯片资源AD模块 PAD电阻调值PWM 模块 PWM01 PWMIO 端口模块 PA0 CH451 系统通过在主函数中循环调用CH451读写函数、计算、控制PWM等功能子模块，对LED进行控制；程序执行前先对各个模块初始化，然后执行主函数的功能；初始化流程图如图10所示：图10 程序初始化流程图 各模块设计时钟初始化PWM初始化PWM 的主要特点有： 1、它有 8 个独立的输出通道，并且通过编程可控制其输出波形的周期。 2、每一个输出通道都有一个精确的计数器。 3、每一个通道的 PWM 输出使能都可以由编程来控制。 4、PWM 输出波形的翻转控制可以通过编程来实现。 5、周

5、期和脉宽可以被双缓冲。当通道关闭或 PWM 计数器为 0 时，改变周期和脉宽才起作用。 6、8 字节或 16 字节的通道协议。 7、有 4 个时钟源可供选择（A、SA、B、SB） ，他们提供了一个宽范围的时 钟频率。 8、通过编程可以实现希望的时钟周期。 9、具有遇到紧急情况关闭程序的功能。 10、每一个通道都可以通过编程实现左对齐输出还是居中对齐输出。 设定单片机总线频率时钟基本脉冲是CPU工作的基础。MC9S12XS128微控制器的系统时钟信号，由时钟振荡电路或专用时序脉冲信号提供。MCU内部的所有时钟信号都来源于EXTAL引脚，也为MUC与其他外接芯片之间的通信提供了可靠的同步时钟信号。

6、 对于S12，可以利用寄存器SYNR、REFDV来改变晶振频率，从而产生由锁相环倍频后的时钟频率fPLLCLK，可以选用8MHz或16MHz外部晶体振荡器作外时钟。在本车的设计中，外部晶体振荡器为16MHz，即fOSCCLK=16MHz。而锁相环产生的时钟频率fPLLCLK=2*fOSCCLK*(SYNR+1)/(REFDV+1)，设计中我们将SYNR设为4，REFDV设为1，故fPLLCLK=80MHz。S12的总线时钟是整个MCU系统的定时基准和工作同步脉冲，其频率固定为晶体频率fPLLCLK的1/2。故可以得到fPLLCLK/2=40MHz的总线频率，接近MC9S12XS128单片机的上

7、限内部总线频率45MHz。以下是总线频率子程序：/-设置总线频率- void SET_PLL() CLKSEL=0X00; SYNR=4; REFDV=1; PLLCTL=0x60; while (CRGFLG&0x08)=0); /时钟校正同步 CLKSEL=0x80;/使用PLLCLK 执行后busclock=pllclk/2 PWM输出模块 MC9S12XS128集成了8路8位独立PWM通道，通过相应设置可变成4个16位PWM通道，每个通道都有专用的计数器，PWM输出极性和对齐方式可选择，8个通道分成两组，共有4个时钟源控制。PWM0、PWM1、PWM4、PWM5为一组，使用时钟源Clo

8、ckA和ClockSA；PWM2、PWM3、PWM6、PWM7构成另一组，使用时钟源ClockB和ClockSB。ClockA和ClockB均是由总线时钟经过分频后得到，分频范围1128，通过寄存器PWMPRCLK来设置，ClockSA和ClockSB是分别通过ClockA和ClockB进一步分频后得到的，分频范围为1512，分别通过寄存器PWMSCLA和PWMSCLB来设置，计算公式为： ClockSA=ClockA/（2*PWMSCLA） ClockSB=ClockB/（2*PWMSCLB） 通过寄存器PWME来控制PWM0PWM7的启动或关闭。 为了提高精度，我们将PWM0和PWM1，P

9、WM2和PWM3，PWM4和PWM5级联，构成16位的PWM通道，级联时，2个通道的常数寄存器和计数器均连接成16位的寄存器， 3个16位通道的输出分别使用通道1、3、5的输出引脚，时钟源分别由通道1、3、5的时钟选择控制位决定。级联时，通道1、3、5的引脚变成PWM输出引脚，通道0、2、4的时钟选择没有意义。 通过寄存器PWMPRCLK、PWMSCLA、PWMSCLB、PWMCLK对各通道的时钟源进行设置。PWM模块初始化过程如下：*/void pwm_init(void) PWMPOL=0xff; /对应通道的极性，及联通到首先输出高电平 PWMCLK=0xff; /clock sa做时钟

10、源 PWMPRCLK=0x00; /令时钟A为总线频 PWMCAE=0x00; /左对齐输出模式 PWMCTL=0xF0; /01,23,45,67级联 PWMSCLA=0x01; /clockSA=ClockA/(2*PWMSCLA)=20Mhz PWMSCLB=0x01; /clockSB=ClockB/(2*PWMSCLB)=20Mh PWMPER01=0xc8; /设定周期 ,周期是：时钟源周期*（PWMPER) 10khz PWMDTY01=0x64; PWME=0xFF; 注：开关PWM操作通过写PWME寄存器完成，如图11所示，开相应通道则相应Bit置1，关相应通道则相应Bit置

11、0，那么开1，3，5通道，则PWME=0x2a。 AD转换模块 AD转换模块由模拟量前端的8选1多路转换开关，采样缓冲器及放大器，逐次逼近式模拟量转换、控制部分及转换结果存储部分等组成。 AD转换所需要的时间周期是固定不变的，但采样时间和时钟频率可以通过寄存器ATDxCTL4（x为0或1）在一定范围内选择，其公式为： ATDClock=BusClock*(PRS+1) AD转换模块的初始化程序如下所示：/-AD初始化- void AD_Init() ATD0CTL1=0x00; /7:1-外部触发,65:00-8位精度,4:放电,3210:ch ATD0CTL2=0x40; /AFFC=1,对

12、结果寄存器的访问将自动清除转换完成标志位 ATD0CTL3=0x80; /右对齐无符号,4个ad通道采样, No FIFO, Freeze模式下继续转 ATD0CTL4=0x01; /765:采样时间为4个AD时钟周期,ATDClock=BusClock*/PRS+1 ATD0CTL5=0x30; /6:0特殊通道禁止,5:1连续转换 ,4:1多通道轮流采样 ATD0DIEN=0x00; /禁止数字输入 AD转换结果存放在寄存器ATD0DRxL，通过这些寄存器将结果传送到数组CAIJItable ，用来检测道路信息。CH451：算法/functhion:CH451 INIT*/void ch4

13、51_init(void) DDRJ_DDRJ6=0; DDRA=0x0f; /循环计数位 wr_ch451(0x0201); /ch451内部复位 wr_ch451(0x0402); /ch451键盘开启，显示关闭 wr_ch451(0x0507); /ch451工作在mode1，扫描极限为8，亮度占空比为7 程序调试S12系列微控制器具有一个由片内仿真、触发和跟踪硬件构成的单线背景调试模式(BDM)，因此它可以通过使用两种开发工具：简单串行电缆或低成本的BDM，来完成调试功能。在本次比赛中，我们所采用的赛车软件开发工具为清华大学开发的专门面向于Motorola S12系列微控制器的BDM调

14、试工具以及由Metrowerk公司开发的CodeWarrior编译器。Code Warrior是面向以HC12和S12为CPU的单片机嵌入式应用开发的软件包，包括集成开发环境IDE、处理器专家库、全芯片仿真、可视化参数显示工具、项目工程管理器、C交叉编译器、汇编器、链接器以及调试器等。在CodeWarrior软件中可以使用汇编语言或C语言，以及两种语言的混合编程。 用户可在新建工程时将芯片的类库添加到集成环境开发环境中，工程文件一旦生成就是一个最小系统，用户无需再进行繁琐的初始化操作，就能直接在工程中添加所需的程序代码。 如图13 所示，利用BDM和CodeWarrior自带的用户可以进行一系

15、列的调试工作，如监视寄存器状态、修改PC指针、设置断点等，这样能快速的找到软件问题 图13 Hiwave 程序调试环境软件调试 在软件设计中，要用到 ATD 模块、PWM 模块、电源模块等。在编写主程序前，要先对各个模块分别进行调试，并编写各部分的子程序。根据系统电路板的资源，本设计方案中，使用PAD00对电阻值进行AD转化，PWM0和PWM1口级联后控制PWM输出调试ATD模块时，先使用BDM模块将子程序下载到芯片内，然后分别在ATD的输入端利用稳压源产生0-+5V的电压，观察CodeWarrior 的Memory窗口中各个输入的电压值在误差允许范围内相等，说明该子程序正确。为检验PWM模块

16、子程序，可以编写输出一定占空比的 PWM 波形子程序，从PWM端口接入示波器，通过示波器观察输出波形是否与设定值相同，若相同则程序正确。在每一部分子程序调试通过后，结合外围电路对所有子程序进行整合，根据LED工作原理，编写出完整的主程序。在CodeWarrior 界面完成程序编译后，通过BDM工具，将程序下载到MC9S12XS128微处理器中，然后进行PWM的调试。五、设计收获与结果通过多天的艰苦努力，实现所预想功能。虽然说没有做到最好，但是通过大家的合作与努力，我们会做到更好。比赛结果可能不能如愿以偿，但是我们在这几天中收获的是知识与经验。程序代码：#include /* common de

17、fines and macros */#include /* derivative-specific definitions */#include /head file of program#include#pragma LINK_INFO DERIVATIVE MC9S12XS128#define DIN PORTA_PA0#define DCLK PORTA_PA1#define DOUT PTIJ_PTIJ7#define LOAD PORTA_PA3uchar open;uchar set=0;uchar AD_set; uchar keynum;uchar led0_f16=0x3f

18、,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;uint ch451_led8=0x0800,0x0900,0x0a00,0x0b00,0x0c00,0x0d00,0x0e00,0x0f00;uint twinkle=0x0680;uint AD_wValue;/*/void main(void) /* put your own code here */ DisableInterrupts; pll_set(); pwm_init(); ad_init(); ch451_init(); in

19、terrupt_init(); EnableInterrupts; /允许可屏蔽中断 for(;) while(!ATD0STAT0_SCF); / 等待转换结束 AD_wValue=ATD0DR0; if(AD_set=1) display(); delay(0xffff); PIEJ_PIEJ7=1; /*/ _FEED_COP(); /* feeds the dog */ /* loop forever */ /* please make sure that you never leave main */*functhion:IPLLCLK Init*/void pll_set(void

20、) CLKSEL=0X00; PLLCTL=0xE1; SYNR=0x04; /设置总线频率为(SYNR+1)*8MHz,即40MHz REFDV=0x01; PLLCTL=0x60; asm NOP; ;/空操作，进行简单的延时，等待锁相环的响应 asm NOP; asm NOP; while (CRGFLG&0x08)=0); /时钟校正同步 CLKSEL=0xA0;/使用PLLCLK/*/void interrupt_init(void) PIEJ_PIEJ7=1;/*functhion:PWM INIT*/void pwm_init(void) PWMPOL=0xff; /对应通道的极

21、性，及联通到首先输出高电平 PWMCLK=0xff; /clock sa做时钟源 PWMPRCLK=0x00; /令时钟A为总线频 PWMCAE=0x00; /左对齐输出模式 PWMCTL=0xF0; /01,23,45,67级联 PWMSCLA=0x01; /clockSA=ClockA/(2*PWMSCLA)=20Mhz PWMSCLB=0x01; /clockSB=ClockB/(2*PWMSCLB)=20Mh PWMPER01=0xc8; /设定周期 ,周期是：时钟源周期*（PWMPER) 10khz/ PWMPER23=0x00c8;/ PWMPER45=0x00c8; /通道级联的

22、周期,10khz / PWMPER67=0x00c8; /通道级联的周期,10khz PWMDTY01=0x64; PWME=0xFF; /*functhion:CH451 INIT*/void ch451_init(void) DDRJ_DDRJ6=0; DDRA=0x0f; /循环计数位 wr_ch451(0x0201); /ch451内部复位 wr_ch451(0x0402); /ch451键盘开启，显示关闭 wr_ch451(0x0507); /ch451工作在mode1，扫描极限为8，亮度占空比为7/*AD 初始化 */ void ad_init(void) ATD0CTL2=0xC

23、0; / 11 0 000 00 启动清零, 无等待模式, 禁止外部触发, 中断禁止 ATD0CTL3=0x00; / 转换序列长度为 8, No FIFO, Freeze模式下继续转换 ATD0CTL4=0xB5; /时间为500 2MHZ (时间不对) / 1（8位10位） 01(采样时间选择) 10101(PRS)8 位精度, 4个AD时钟, ATDClock=BusClock*/PRS+1=1254704Hz;PRS=5,divider=32 ATD0CTL5=0x30; / 0左对齐，0无符号，0单次转换 ，1多通道，000从0通道开始 ATD0DIEN=0x00; / 禁止数字输入

24、 /*functhion:write to ch451*/void wr_ch451(uint data) uchar i; DCLK=0; LOAD=0; /清零，开始准备 for(i=0;i1; /循环将12位送往CH451 LOAD=1; asm nop; asm nop; asm nop; /完成/*functhion:get the keynumber*/uchar get_keynumber(void) uchar data,i; data=0; /键值初始为0 wr_ch451(0x0700); /开始获取键值 DCLK=1; LOAD=0; for(i=0;i7;i+) /将七

25、位键值循环获取 if(DOUT=1) data=data1; data+=1; else data=data1; DCLK=0; /获取下一个数 asm nop; asm nop; asm nop; DCLK=1; return data; /返回值为键值/*functhion:assingments*/void dis_assingments(uchar data) switch (data) case 0x70: turn_on(); /键值70对应任务1：开始功能 break; case 0x78: turn_off(); /键值78对应任务2：关闭功能 break; case 0x50

26、: case 0x47: data_set(); break; case 0x40: / turn_on(); up(); break; case 0x48: down(); break; case 0x58: AD_change(); break; default:break; /* case 0x40:turn_off;break; case 0x48:up;break; case 0x49:down;break; case 0x50:left_move;break; case 0x51:right_move;break; case 0x58:data_set;break; case 0x59:ok;break; case 0x50: left_move; break; */*functhion: