1、1本 科 生 毕 业 设 计基于单片机的可变色灯泡的设计院 系 电气（机电）工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 2011 级本 4 班 学 号 4702110144 学 生 姓 名 孙国强 联 系 方 式 15290910067 指 导 教 师 苏良昱 职称：教授 2015 年 5 月2独 创 性 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计是本人在指导老师的指导下所取得的研究成果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外，本设计中不包含任何其他人已经发表或撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在设计中作出了明确的说明并表示了谢意。签名： 年 月 日授 权 声 明本人完全了解
2、许昌学院有关保留、使用本科生毕业设计的规定，即：有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业设计的复印件和磁盘，允许毕业设计被查阅和借阅。本人授权许昌学院可以将毕业设计的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本设计。本人设计中有原创性数据需要保密的部分为（如没有，请填写“无” ）： 学生签名： 年 月 日指导教师签名： 年 月 日3基于单片机的可变色灯泡的设计摘 要本文介绍了一种由 12 个 LED 发光二极管组成的四个可变色灯泡的多功能发光形式的简易彩灯控制系统的软硬件设计过程，方案以 AT89C51 单片机作为主控核心， 且以复位电路、时钟电路、按键电
3、路、中断电路以及彩灯显示电路组成，利用软件编程烧录程序到单片机来实现对 LED 彩灯进行多样控制。该控制电路能完成多种闪灯模式以及随意变换想要的闪烁方式和控制彩灯的闪烁频率等功能。该系统具有电路结构简单、易操作、硬件少、体积少、成本低、能耗低等优点，有一定的实用价值。关键词： 8051 单片机 LED 彩灯 控制系统 闪烁方式4Design of color changing lamp based on SCMAbstractThis paper introduces the hardware and software design process of a simple lantern co
4、nsists of 12 light-emitting diode LED consisting of four color light multifunctional lighting control system, program for AT89C51 microcontroller as the control core, and the reset circuit, clock circuit, keyboard circuit, interrupt circuit display circuit and the lights, the use of softwareprogramm
5、ing the program to the microcontroller to achieve a variety of control of LED lights.Flashing lights and the control of the control circuit can complete a variety of flash mode andrandom transform to the flicker frequency function. The system has the advantages of simple circuit structure, easy oper
6、ation, less hardware, small volume, low cost, low energy consumption, has a certain practical value.Keywords: 8051 MCU flashing LED lights control system5目录1. 绪论 .61.1 选题的意义 .61.2 外界的研究， .71.3 本文的主要内容 .72. 设计方案 .72.1 设计要求 .82.2 设计限定 .92.3 按键部分 .92.4 显示模块 .93. 硬件电路的设计 .103. 1 单片机的选用 .1032 仿真软件的选用 .12
7、3.3 单片机最小系统 .133.4 按键控制电路 .153.5 中断电路 .163.6 LED 显示电路 .1637 仿真部分总结 .184. 软件编程设计 .2041 编程软件 .2042 延时部分 .2043 按键部分 .2044 综合仿真 .21参考文献 .23附 录 源 程 序 .24致 谢 .2661. 绪论1.1 选题的意义20 世纪以后现身于世的单片机以其超高的性价比赢取了世人的青睐，而后单片机在各个领域都如雨后春笋般的出现。得到了广泛的应用，开启了自动化时代的新篇章。单片机具有运行速度快、抗干扰能力强、体积小、性能可靠、环境要求不高、价格低廉等特点。使用时无需更改内部构造，只
8、需为其搭配合适的外围电路就可以构成一套完整的针对性极强的单片机控制系统。随着社会的发展进步，人们对生活质量度而要求也越来越高，彩灯越来越广泛的出现在了我们的生活里。在过年过节，举办派对，广告宣传灯多种领域，彩灯都很好的完成了营造氛围，活跃气氛的职能。彩灯虽然简单，但一直是一个被改进技术以往的角落，多年以来并没有多少改进。市面上的彩灯多为一次性彩灯，颜色单一，变化方式单一，一般的彩灯用了一次先发给换个新花样了，就只能把旧的扔掉，不环保，又浪费钱财。因此我考虑可以设计改进已有彩灯。增加灯的变换方式，并可以通过简单的改变，来改变彩灯的变换方式。可提前设定几种常用的变换方式，通过按键来改变几种预先设定
9、变换方式。并且本设计还将引入光的三原色交融来进行灯的换色，一灯多色。本设计基于单片机能更好的实现现有彩灯的功能，并达到以达到换色，换方式但是不换硬件的目的。1.2 外界的研究，本设计在国内外已经有实物上市出售，研究成果显著，但是仍然存在不足和缺陷，需要改进和加强。根据市场效果来看，市场反应很好。目前研究出来的彩灯已经可以实现彩灯自由变换的功能，但仍需改进。价格太贵是其最大的弊端。我在进行选题的时候首先考虑的就是设计的实用性和经济性，并且能够最大化的利用自己的知识解决生活中遇到的问题，对于可变色灯泡这个选题，首先它延续了人们对舒适生活的一贯要求，让创新更好的融入到生活中去，提供新设备，提高人们的
10、生活舒适度；其次，对于可变色灯泡的研究，本设计更主张人性化，经济化，吸纳了很多类似产品的优点，对于通过光的三原色的搭配，切实降低了可变色灯泡的成本。71.3 本文的主要内容在本次设计中，可变色灯泡包括按键模块、led 显示模块等，要求本设计能够通过简单的改变实现彩灯的变化，保证设计的合理实用性。我首先需要解决的是对于硬件电路按键的顺序调整和反应模块的实现，而后通过软件编程使软硬件相结合，从而保证按键功能的更好的实现，反应模块主要是依据单片机的特性来实现。在本次设计中，我采用proteus 软件进行电路的仿真处理，另外通过 keil 编写程序，最后将两个软件结合使用，以此实现本设计的仿真处理。本
11、篇文章包括四个章节，分别是绪论：包括设计的意义以及选题背景介绍；设计方案：对本设计的基本方案进行介绍和部分模块的设计；硬件设计部分需要利用 PROTEUS软件对于本设计的各个部分加以分析；软件设计需要利用 KEIL 软件使单片机完成设计要求的功能。2. 设计方案根据本次设计的论文题目，根据设计的要求首先绘出设计的单片机系统的整体控制原理框图如图 2-1 所示时钟电路复位电路按键电路中断电路A T 8 9 C 5 1单片机L E D显示灯图 2-1 系统总体设计框图设计首先考虑是基于单片机基础上进行控制，将通过按键模块控制单片机，然后利用单片机的原理，对反应模块和显示模块进行控制操作，本章节将对
12、整个设计方案进行规划分析，对各个模块进行设计，预先对不同部分的功能做出预想和设计，便于以后在硬件设计部分进行制作。2.1 设计要求本设计是一个可变色彩灯，设计的要求是：可以通过按键来改变彩灯的单个灯泡色彩以及才的呢过的变换方式。当按动其中一个按键以后，彩灯便会在此按键代表的方式下运行，按动其他按键时，原变换结束，按动按键代表的运行方式开始执行，以一种新的运行方式变换。可变色灯泡需要包括按键部分、显示部分等，要求可以在不改变硬件只改变部分软件的情况下就能实现等跑的变色，及变样变换。本次仿真选取 protues 软件，通过 AT89C51 单片机，使用其定时功能和外8部电路，实现彩灯闪烁，变色，变
13、样的功能。 2.2 设计限定由于不同的人群，对彩灯的需求不同，为了保证可变色彩灯的实用性，本设计提供几种模式，以确保不同类型的人在不同模式的基础上做少量改变就可以基本实现想要的功能。不同人需要的灯泡闪烁的间隔以及亮的时间也不同，根据不同人群的需求可以提供几种预先设置的方案。至于闪烁定时，也可以根据不同人的需求来提供。2.3 按键部分按键部分需要能够控制单片机，按下相应的按键，就会有相应的动作，设计奖采用 6个按键开关。按键可实现 5 个模式选择，一个暂停按钮。也可以根据不同人群的需要增加按键，增加程序模块，以达到增加模式的效果。为了充分利用端口，本设计不提供开关按钮，每一个模式按键均可以当做开
14、始按钮，暂停开关可作为关闭按键。按键模块设计图。模式三模式二 模式五模式一 模式四 开 / 关图 2-2 按键模块设计图按键控制方法和原理：模式一、模式二、模式三、模式四、模式五：分别以第一种、第二种、第三种、第四种、第五种模式运行彩灯系统 开/关：暂停彩灯、重新打开彩灯通过以上的设计，使按键模块实现对单片机的操作，当然，这些操作按键是由软件输入单片机中，通过软件的形式对单片机加以操作和控制，每个按键的原理基本相同，分别给输出口以不同的高低电平组合，来实现各种模式。2.4 显示模块显示模块本设计对彩灯的实际运行做了模拟性仿真，基于条件限制，本设计采用了四个灯泡组成的简单的彩灯系统。四个灯每个均
15、由红、蓝、绿三个 led 灯组成，以达到变色9的目的。由于本模拟设计对于彩灯的颜色没有特殊的要求，光的三原色组合能够满足需求，所以每个灯泡由三个、颜色的 led 灯构成即可。即本模拟设计通过十二个 led 灯组成四个可变色彩灯的系统。3. 硬件电路的设计3. 1 单片机的选用（1）AT89C51 单片机的简单介绍对于这次的设计，我将选用 AT89C51 单片机。该类型的芯片采用了 ATMEL 公司生产的高密度非易失性存储器技术，具有 MCS51 系列单片机的所有功能，片上还放置了闪存存储器单元和通用 8 核心处理器，从而可以实现非常强功能大。图 3-1 是单片机AT89C51 的引脚图。图 3
16、-1 AT89C51 双列直插式引脚图AT89C51 各个引脚的作用：VCC：供电电压+5V。GND：接地。P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。本系统中 P0 口接 LED 数码管的段选段。 10P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。
17、P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收 7。P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储
18、器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。本系统中语音芯片 ISD1420 的地址端接 P2 口。P3 口：P3 口是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流，这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如表 2.5 所示。P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。表 2.5 P3 口的第二功能口管脚 备选功能 信号名称P3.0 RXD 串行输入口P3.1 TXD 串行输出口P3.2 /INT0 外部中断 0P3.3 /INT1 外部中断 1P3.4 T0 记时器 0 外部输入P3.5 T1 记时器 1 外部输入P3.6 /WR 外部数据存储器写选通P3.7 /RD 外部数据存储器读选通RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出
