1、武汉理工大学华夏学院课 程 设 计 报 告 书课 程 名 称 单片机原理及应用课程设计 课程设计总评成绩_ 学生姓名、学 号 李 唱 学 生 专 业 班级 电信 1131 指 导 教 师 姓名 李文彦 课程设计起止日期 1 月 04 日1 月 15 日 1 / 22单片机课程设计任务书题 目: 基于单片机的彩灯控制器电路设计 初始条件：1、51 单片机2、四位一体共阳数码管要求完成的主要任务: 1、LED 彩灯花样变幻2、LED 彩灯闪烁速度的加速、减速3、暂停和复位4、花样模式数码管显示时间安排：序号 阶 段 内 容 所需时间1 方案选择及电路设计 5 天2 制作、编程、调试 5 天3 撰写
2、课程设计报告及答辩 4 天合 计 2 周2 / 22指导教师签名： 年 月 日3 / 22基于单片机的彩灯控制器系统设计作者： 李唱武汉理工大学华夏学院信息工程系摘要：基于单片机的 LED流水灯的应用十分广泛，由单片机作为的核心控制器，通过按键实现控制功能和数据输入是非常普遍的。通常在所需按键数量不多时，系统常采用独立式按键。这种按键的电路配置灵活，软件结构简单。由于实际应用中，不同系统对按键的要求不同，因此，对按键程序的设计要考虑全面，以便更好地完成按键所设定的功能，简述了该系统中一些重要芯片的基本工作原理，着重论述了硬件线路各个模块的设计思想。进而熟练掌握相关专业基础知识的综合应用，提高学
3、生的实际动手和设计能力。本系统是基于 AT89C51系列单片机为核心的 LED彩灯设计,实现 8个 LED灯变化方向和速度的可调。 关键词：单片机 独立式按键 LED1、总体设计方案本方案主要有硬件部分和程序部分构成。硬件部分主要由单片机最小系统和输入输出设备构成。首先搭建单片机最小系统，包括电源电路，手动复位电路，时钟电路。时钟电路才用内部时钟方式，手动复位电路采用按键电平复位方式。再根据要求在 P2口串接 8个发光二极管作为输出设备，分别通过限流电阻接电源，在 P3口串接 2个独立按键，作为输入设备。通过独立按键控制 LED灯的闪烁和移动及速率变化。同时在 P1口连接一个数码管显示电路，用
4、于自动计时，实现自动改变 LED彩色流水灯的样式。程序部分设定 T0为定时工作方式，T0 每隔一定的时间扫描独立按键，当检测到某个键按下时，在主函数中执行相应的程序。程序框图如图 1所示：4 / 22开始设置定时器工作方式开中断启动定时器判断 count1 的值，强制转换灯的闪烁样式判断 count2的值确定速率数码管计时 10s 之后，自动改变样式图 12、硬件原理2.1 AT89C51单片机简介：AT89C51 是一种带 4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS
5、8位微处理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8位 CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。5 / 22AT89C51单片机示意图VCC：供电电压。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
6、口，当 FIASH进行校验时，P0 输出原码，此时 P0外部必须被拉高。P1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。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。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
7、 口当用于外6 / 22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。 P3口：P3 口管脚是 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（ILL）这是由于上拉的缘故。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当 805
8、1通电，时钟电路开始工作，在 RESET引脚上出现 24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器 PC指向 0000H，P0-P3 输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET 由高电平下降为低电平后，系统即从 0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变 RAM（包括工作寄存器 R0-R7）的状态， 特殊功能寄存器 初始态 特殊功能寄存器 初始态 ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPH 00H TH0 00H DPL 00H TL0 00H IP xxx00000B TH1 00H IE 0xx00000B T
9、L1 00H TMOD 00H TCON 00H SCON xxxxxxxxB SBUF 00H P0-P3 1111111B PCON 0xxxxxxxB 8051的初始态（4-2-2）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 FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE脉冲。如想禁止 ALE的输出可在 SFR8EH地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX
10、，MOVC 指令是 ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE禁止，置位无效。7 / 22PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH编程期间，此引脚也用于施加 12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入
11、及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性：XTAL1 和 XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。芯片擦除：整个 PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89S51 设有稳态逻
12、辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3、电路设计3.1 整体仿真电路图如图 2所示：图 28 / 223.2各部分模块原理各模块原理介绍如下：3.2.1单片机最小系统首先搭建单片机最小系统，包括电源电路，手动复位电路，时钟电路。时钟电路才用内部时钟方式，手动复位电路采用按键电平复位方式。时钟电路用于产生 AT89C51单片机工作时所必需的时钟信号。AT89C51 单片机的内部电路在时钟信号
13、的控制下，严格地按时序执行指令进行工作。复位是单片机的初始化操作，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态，通过复位按键可使单片机重新启动。如图 3所示：图 33.2.2外围电路外围电路主要有输入设备和输出设备。输入设备主要由 2个独立按键构成，如图 4所示。输出设备由 8个二极管构成，如图 5所示，及七段数码管显示电路，如图 6所示。其中 s1键控制 8个二极管的花样显示，s2 控制 8个二极管点亮的速率。数码管用于计时 10s，10s之后自动转换二极管显示样式，如果 10s之内有 s1按键按下，则强制执行 s1按键的内容。其中二极管的保护电阻的取值范围为 220-880欧姆之间。9 / 22图 4图 5s1键按一下，二极管从上往下单向点亮，哪个送入的是 0，就点亮哪个灯，然后依次使 0右移，实现依次点亮；按两下，二极管双向移动点亮；按三下，二极管 4个交替闪烁；按四下，二极管 8个交替闪烁；按五下，8 个二极管依次点亮，依次熄灭；从而实现二极管的花样显示；s2 键按下，通过延时程序，可以改变二极管点亮的速率。图 6
