1、 单位代码 学 号 1201050052 分 类 号 密 级 单片机应用技术课程设计 院（系）名称 专业名称 学生姓名 指导教师 2015 年 10 月 27 日 摘要 随着人民生活水平的提高和对身边产品要求多样话的增强，简单的单一彩灯已经不能满足人民的需要。新型 LED 彩灯控制器讲会解决 LED 下等单一的情况。而这需要借助于我们市场上的单片机，单片机 即微型计算机，是集 CPU、 RAM、 ROM、定时器、计数器、和多种借口于一体的微控制器。 LED 彩灯控制器将会用到，起定时计数的功能，在单片几中我们常见的就是 51 系列的单片机，它是单片机中最为典型和最有代表性的一种，广泛应用于各个
2、领域。 本 课题 设计用单片机 8951 结合 LED 制作了 一种新型的 LED 彩灯控制系统的设计方法，以 AT-89C51 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 LED 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。 关键字 ： LED 彩灯 ； AT89C51 单片机；彩灯控制器；模块设计第 I 页 目 录 1、 绪 论 .1 1.1 课题简介 .1 1.2 设计目的 . .2 2、总体设计 . . 3 2.1 设计思路 . .3 2.2 原件清单 .4 3、硬件设计 .4 3.1 AT89C51.4 3.2 控制原理 .
3、7 3.3 程序框图 .8 4、设计步骤 .8 4.1 硬件设计 .8 4.2 单片机时钟电路 .8 4.3 复位电路 .9 4.4 控制电路 .9 4.5 工作电路 .9 5、软件设计 .11 5.1 设计要求 .11 5.2 软 件的流程图 .11 5.3 程序设计 .12 6、软件调试 .18 结束语 .16 致谢 .17 参考文献 .17 第 1 页 1绪论 1.1 课题简介 单片机全称叫单片微型计算机（ Single Chip Microcomputer） ,是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的 中央处理器 CPU 随机存储器RAM、只读存储器 ROM
4、、多种 I/O 口和中断系统、定时器 /计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、 A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物 等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。单片机广泛应用于仪器仪表、家用
5、电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 1.在智能仪器仪表上的应用 ： ,例如精密的测量设备 2.在工业控制中的应用 ： 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 3.在家用电器中的应用可从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列 车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 5.单片机在医用设备领域中的应用 ： 例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 6.在各种大型电器中
6、的模块化应用 ： 如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。 本设计着重在于分析计算器软件和开发过程中的环节和步骤，并从实践经验出发对计算器设计做了详细的分析和研究。本系统就是充分利用了 8051 芯片的 I/O 引脚。系统以采用 MCS-51 系列单片机 Intel8051 为中心器件来设计 LED 流水灯系统 ，实现 8 个LED 霓虹灯的左、右循环显示，并实现循环的速度可调。 第 2 页 1.2 设计目的 1.学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。 2.掌握汇编语
7、言程序设计方法。 3.培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。 1.3 设计任务及要求 1彩灯用 8 个发光二极管代替。 2电路具有控制彩灯点亮右移、左移、全亮及全灭等功能（用按键切换彩灯状态 ） 3、彩灯两点移动时间间隔为 0.5 秒。 第 3 页 2总体设计思路 2.1 设计思路 本课题使用 AT89C51 单片机时无须外扩存储器。因此，本流水灯实际上就是一个带有八个发光二极管的单片机最小应用系统，即为由发光二极管、晶振、复位、电源等电路和必要的软件组成的单个单片机。 如果要让接在 P1.0 口的 LED1 亮起来，那么只要把 P1.0 口的电平变为低电平就可以了；相反，如果要接在 P
8、1.0 口的 LED1 熄灭，就要把 P1.0 口的电平变为高电平；同理，接在 P1.1 P1.7 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 LED1 LED8 依次点亮、熄灭， 8 只 LED 灯便会一亮一暗的做流水灯了。同样的道理，可以让 8 个灯左移点亮，全亮、全灭。 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“流水”效果了。 在此基础上，增加外扩设备，利用 74LS373 和 8255 扩展成 24 个 LED 灯循环显示。 第
9、 4 页 2.2.原件清单 3硬件设计 3.1 AT89C51 1.芯片由 UNTITLED ISISPROFESSIONAL 实验系统提供（ AT89C51） 1）主要特性： 元件名称 型号 数量 /个 用途 单片机 AT89S51 1 控制核心 晶振 12MHZ 1 晶振电路 电容 30pF 2 晶振电路 电阻 Respack8 8 上位电阻 电阻 10k 4 开关电阻 电阻 10k 1 复位电路 电源 +5v 1 提供电源 拨码开关 BUTTON 4 发出信号 LED Led_red 3 显示电路 Led_blue 3 Led_green 2 第 5 页 与 MCS-51 兼容 4K 字
10、节可编程闪烁存储器 寿命： 1000 写 /擦循环 数据保留时间： 10 年 全静态工作： 0Hz 24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内震荡器和时钟电路 2）管脚说明： 电源引脚 Vcc（ 40 脚）：典型值 5V。 Vss（ 20 脚）：接低电平。 外部晶振 XTAL1、 XTAL2 分别与晶振两端相连接。 输入输出口引脚： P0 口： I/O 双向口。作输入口时，应先软件置 “ 1” 。 P1 口： I/O 双向口。作输入口时，应先软件置 “ 1” 。 P2 口： I/O 双向口。作输
11、入口时，应先软件置 “ 1” 。 P3 口： I/O 双向口。作输入口时，应先软件置 “ 1” 。 控制引脚： RST、 ALE/-PROG、 -PSEN、 -EA/Vpp 组成了 MSC-51 的控制总线。 RST（ 9 脚）：复位信号输入端（高电平有效）。 ALE/-PROG(30 脚）：地址锁存信号输出端。 第二功能：编程脉冲输入。 第 6 页 -PSEN（ 29 脚）：外部程序存储器读选通信号。 -EA/Vpp(31 脚）：外部程序存储器使能端。 第二功能：编程电压输入端（ +21V）。 3） AT89C51 单片机的 P 口特点： P0 口：是一个 8 位漏极开路输出型双向 I/O
12、端口。作为输出端口时，每位 能以吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 输入，对端口写 1 时，又可作高阻抗输入端用。在访问外部程序或数据存储器时，它是时分多路转换的地址（低 8 位） /数据总线， 在访问期间将激活内部的上拉电阻。 P1 口： P1 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。 P1口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式） 4 个 TTL 输入。对端口写 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P2 口作输入口使用时，因为内部 有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（ Iil）。 P2 口： P2 口是一 个带有内部上拉电阻的 8 位双
13、向 I/O 端口。 P2口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式） 4 个 TTL 输入。对端口写 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P2 口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（ Iil）。在访问外部程序存储器时和 16 位外部地址的外部数据存储器（如执行 MOVX DPTR）时， P2 口送出高 8 位地址。在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX RI）时， P2口引脚上的内容（就是专用寄存器 (SFR)区中的 P2 寄存器的内容），在整个访 问期间不会改变。 P3 口： P3 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位
14、双向 I/O 端口。 P3口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式） 4 个 TTL 输入。对端口写 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。P3 口作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（ Iil）。 （ 2）排阻的作用 第 7 页 所谓排阻就是若干个参数完全相同的电阻，它们的一个引脚都连到一起，作为公共引脚。其余引脚正常引出。所以如果一个排阻是由 n 个电阻构成的，那么它就有 n+1 只引脚，一般来说，最左边的那个是公 共引脚。它在排阻上一般用一个色点标出来。排阻一般应用在数字电路上，比如：作为某个并行口的上拉或者下拉电阻用。使用排阻
15、比用若干只固定电阻更方便。 3 2、控制原理 新型 LED 彩灯分为 2 部分，即彩灯控制器（主控模块）和管内 LED 板模块（受控模块）。彩灯控制器可直接与 220 V 交流市电相连接，经过开关电源变换，输出直流工作电压，一方面为管内 LED 模块提供 12 V 工作电源，另一方面为主控模块单片机系统（彩灯控制器）提供 5 V 工作电源。整个系统工作由软件程序控制运行，根据需要，用户可以在 LED 彩灯工作时通过主控模块 上的按键来设定亮灯时间和灯光闪动频率。上电后系统经过初始化，查询是否有功能切换键按下：有，则进入用户设定模式状态；无，则进入默认缺省工作状态。在用户设定模式状态下，用户可以
16、根据个人爱好及不同场合的需要来指定调用哪些模式 ， 同样如果想进入用户设定模式状态，只需按下功能切换键即可。 LED 板模块设计主要器件有 LED 彩灯（红、绿、蓝）、移位触发模块芯片 CD4076等。根据实际应用彩灯长度需要，可将不同数量的该管内 LED 模块实现级连，组成一个完整的 LED 彩灯。考虑到功率损耗， LED 板模块之间接口处用信号正向驱动模块芯片 MC4049 连接。每个 LED 板模块上均匀分布 3 种颜色 LED 灯，在实际制作 PCB 时采用红、绿、蓝 3 色互隔焊接方式，在电路板上把 LED 发光管按顺序 L1(红 )、 L2(绿 )、L3(蓝 )、 L4(红 )、 L5(绿 )、 L6(蓝 ) 依次均匀焊在板上成一条直线。
