單片機系統(tǒng)綜合設(shè)計報告 課題名稱：藝術(shù)彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)教師：學(xué)生班級：應(yīng)電08301班學(xué)生姓名：學(xué)號： 同組人： 學(xué)生院系：法商學(xué)院電子工程系2010年6月10日 目 錄.一 概述1 1.1 藝術(shù)彩燈的設(shè)計背景及意義1 1.2 系統(tǒng)設(shè)計功能概述1 .二 彩燈設(shè)計內(nèi)容簡要1 2.1 彩燈設(shè)計內(nèi)容1 2.2 彩燈設(shè)計要求1 2.3 彩燈設(shè)計原理1 2.4 彩燈總體控制框圖2.三 硬件電路設(shè)計2 3.1 硬件組成2 3.2 AT89C51單片機硬件結(jié)構(gòu)3 3.3 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能4.四 系統(tǒng)的軟件設(shè)計54.1 程序流程圖64.2 軟件程序7.五 設(shè)計體會8.六 參考文獻9 藝術(shù)彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計一 概述11 藝術(shù)彩燈的設(shè)計背景及意義彩燈是人們?nèi)粘Ｉ钪械囊环N裝飾用品，它美觀大方，尤其在節(jié)日期間，倍增節(jié)日氣氛。它蘊涵著豐富的文化底蘊，被廣泛地應(yīng)用于各種店面的裝飾。變換無窮的彩燈樣式，給城市增添活力，吸引著人們的注意力，深受人民的喜愛。在日常生活中，人們還將彩燈擺放成各種圖案，增添美感。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)向著小型化、快速化、大容量、重量輕的方向發(fā)展?？茖W(xué)技術(shù)更加貼近人們的生活，向著滿足人們需求的方向發(fā)展。節(jié)日彩燈的設(shè)計與制作工藝也一步一步的走向成熟。1.2 系統(tǒng)設(shè)計功能概述本設(shè)計是以AT89C51單片機為基礎(chǔ)的彩燈控制方案，來實現(xiàn)對LED彩燈的控制。以AT89C51單片機作為主控核心，與鍵盤、顯示、驅(qū)動等模塊組成核心主控制模塊。在主控模塊上設(shè)有5個按鍵和8位LED狀態(tài)顯示器，根據(jù)實驗要求編寫若干種亮燈模式，利用其內(nèi)部定時器T0實現(xiàn)一個基本單位時間為5ms的定時中斷，根據(jù)各種亮燈時間的不同需要，在不同時刻輸出燈亮或燈滅的控制信號，然后驅(qū)動各種顏色的燈亮或滅。二彩燈設(shè)計內(nèi)容簡要：2.1彩燈設(shè)計內(nèi)容：1設(shè)計并實現(xiàn)具有復(fù)位功能的單片機小系統(tǒng)；2利用單片機進行燈光的場景開關(guān)控制；3利用單片機進行燈光的循環(huán)點亮控制及速度變化控制；4利用單片機進行燈光的色彩連續(xù)變化效果控制。5利用單片機進行燈光的三色聯(lián)動定時控制。2.2彩燈設(shè)計要求：1能啟動、停止；2能通過開關(guān)進行功能選擇；3要體現(xiàn)循環(huán)、組合和色彩變化的控制功能和效果，實現(xiàn)三色聯(lián)動定時控制，控制變化規(guī)律的類型或功能不少于5種；2.3彩燈設(shè)計原理： 主控模塊主要設(shè)計器件有89C51，8個LED狀態(tài)顯示器，6個按鍵，3個穩(wěn)壓器（提供5 V電壓）。通過軟件設(shè)計，使單片機P1口作為三色LED驅(qū)動信號輸出口及移位時鐘CLOCK信號，P0口為按鍵輸入口，P2口、P1口與8位七段碼LED相接作為顯示器的輸出口。2.4彩燈總體控制框圖：LED顯示電路時鐘電路復(fù)位電路按鍵電路AT89C51單片機三硬件電路設(shè)計：3.1硬件組成按照單片機系統(tǒng)擴展與系統(tǒng)配置狀況，單片機應(yīng)用系統(tǒng)可分為最小系統(tǒng)、最小功耗系統(tǒng)及典型系統(tǒng)等。AT89C51單片機是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，具有豐富的內(nèi)部資源：4kB閃存、128BRAM、32根I/O口線、2個16位定時/計數(shù)器、5個向量兩級中斷結(jié)構(gòu)、2個全雙工的串行口，具有4.255.50V的電壓工作范圍和024MHz工作頻率，使用AT89C51單片機時無須外擴存儲器。因此，本流水燈實際上就是一個帶有八個發(fā)光二極管的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，即為由發(fā)光二極管、晶振、復(fù)位、電源等電路和必要的軟件組成的單個單片機3.2 AT89C51單片機硬件結(jié)構(gòu)：AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的單片機芯片，它采用靜態(tài)CMOS 工藝制造8位微處理器，最高工作頻率位24MHZ。AT89C5外形及引腳排列如圖所示： 管腳說明： RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。 EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 XTAL1和XTAL2：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 33系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能描述：控制系統(tǒng)硬件設(shè)計電路圖如圖所示： 系統(tǒng)硬件設(shè)計電路圖功能描述：系統(tǒng)硬件設(shè)計電路主要由四部分組成：按鍵復(fù)位電路、時鐘振蕩電路、按鍵電路、LED顯示電路。按鍵復(fù)位電路：復(fù)位是單片機的初始化操作，其作用是使CPU中的各個部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。在接電瞬間RST端的電位與Vcc相同，隨著電容充電電流的減小，+5V立即加到了RST/VPD端，RST的電位逐漸下降。 時鐘振蕩電路：在AT89C51的外部，XTAL1和XTAL2之間跨越晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個自激振蕩器，形成時鐘振蕩電路。時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器二分頻后，形成單片機的時鐘脈沖信號。按鍵電路：用P0.0P0.5五個I/O口作為輸入口，按鍵輸入均采用低電平有效。獨立式按鍵的軟件可采用中斷方式和查詢方式，本設(shè)計中按鍵程序的就是采用中斷方式。圖中P0.0的按鍵是場景開關(guān)，即控制整個系統(tǒng)。LED顯示電路：發(fā)光二極管與單片機的P1口相連接，其電路圖如圖所示。發(fā)光二極管接+5V電源，其他管腳分別接P1口的8個端口.此次設(shè)計發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，適合用于顯示系統(tǒng)狀態(tài)。此處用到8個，紅、綠、黃三種LED彩燈控制器（89C51主控模塊）和LED彩燈管（管內(nèi)LED板模塊）。 四系統(tǒng)的軟件設(shè)計 4.1程序流程圖： 程序如下：ORG 0000H AJMP START ;指向主程序 ORG 0010HMAIN:MOV P1,#0FFH ;設(shè)置P1口為輸入口START: MOV P0,#0FFH ;初始狀態(tài)，選擇場景控制開關(guān) JNB P0.0,KEY0 SJMP STARTKEY0: JNB P0.1, KEY1 JNB P0.2, KEY2 JNB P0.3, KEY3 JNB P0.4, KEY4 SJMP STARTSTART1: MOV P0, #0FFH ACALL DELAY MOV A, P1 ;送顯示初值 JNB ACC.1, KEY1 ;ACC.1=0?若為0則P1.1對應(yīng)的鍵按下，轉(zhuǎn)KEY1 JNB ACC.2, KEY2 ;ACC.2=0?若為0則P1.2對應(yīng)的鍵按下，轉(zhuǎn)KEY2 JNB ACC.3, KEY3 ;ACC.3=0?若為0則P1.3對應(yīng)的鍵按下，轉(zhuǎn)KEY3 JNB ACC.4, KEY4 ;ACC.1=0?若為0則P1.4對應(yīng)的鍵按下，轉(zhuǎn)KEY4 SJMP START1 KEY1:MOVR2,#08H MOVR5,#0FEHNEXT0:MOVA,P0 JNB ACC.3,KEY4 JNB ACC.4,KEY3 JB ACC.0,MAIN MOVA,R5 MOVP1,A ;點亮燈 ACALLDELAY MOVA,R5 RL A ;左移，下一個燈亮 MOVR5,A DJNZR2,NEXT0 SJMPKEY1KEY2: MOV A,P0 ;按鍵2，三色聯(lián)動，JB ACC.0,MAIN ；檢測開關(guān)是否按下 JNB ACC.4, KEY3 JNB ACC.3, KEY4 MOV P1,#0DAH ACALL DELAY2 MOV P1,#0C7H ACALL DELAY2 MOV P1,#06EH ACALL DELAY2 AJMP KEY2LP1: JBC TF1, LP2 SJMP LP1LP2: MOV TH1, #0B1H MOV TL1, #0E0H DJNZ R3, LP1 RETKEY3: ACALL DELAY MOV A,R6 ;循環(huán)點亮加速 ADD A,#3H MOV R6,A SJMP NEXT0KEY4 : ACALL DELAY ;循環(huán)點亮減速 MOV A,R6 MOV A,#3H MOV R6,A SJMP NEXT0DELAY: MOV R3, #14H ;加速減速,延時程序 MOV TMOD, #10H MOV TH1, #0B1H MOV TL1, #0E0H SETB TR1DELAY2:CALLDELAY CALL DELAY RET END五設(shè)計體會：歷時五個星期的單片機課程設(shè)計，我從中受益匪淺。因為對我而言學(xué)到的不僅是專業(yè)知識，而且是團隊的合作精神。在本次課程設(shè)計中，我主要感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計資料了。為了讓自己的設(shè)計更加完善，查閱這方面的設(shè)計資料是十分必要的，同時也是必不可少的。作為一個團隊，分工就顯得尤為重要，我主要負責(zé)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計和最終調(diào)試的任務(wù)，我和搭檔互相幫助，彼此勉勵，有問題一起尋求解決之道。雖然一開始我們就對方案的選擇發(fā)生分歧，但這絲毫不影響我們的交流、探討。因為大家初衷是一樣的。開始設(shè)計的功能不能全部實現(xiàn)出來，于是拿著程序反復(fù)分析和修改，在老師和同學(xué)的幫助指導(dǎo)下最終找出錯誤所在。經(jīng)過總結(jié)和分析，我和組員一致認為要做好一個課程設(shè)計，就必須做到：在設(shè)計程序之前，對所用單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個系統(tǒng)的了解，知道該單片機內(nèi)有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖；在設(shè)計程序時，不能妄想一次就將整個程序設(shè)計好，反復(fù)修改、不斷改進是程序設(shè)計的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現(xiàn)功能，而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在設(shè)計課程過程中遇到問題是很正常,但我們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題。 這次課程設(shè)計使我明白理論與實際相結(jié)合的重要，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。在接下來的復(fù)習(xí)中我會再接再厲，加深對單片機相關(guān)知識的理解。六參考文獻：單片機應(yīng)用技術(shù)張曄王玉民出版社：高等教育出版社 出版日期：2006.6跟我學(xué)用單片機. 肖洪兵 北京航空航天大學(xué)出版社 出版日期：2002.8 單片機實踐應(yīng)用與技術(shù)馬長林、陳怡 北京大學(xué)出版社 出版日期：2008單片機高級教程第1版 何立民 北京航空航天大學(xué)出版社 出版日期：2001單片機課程設(shè)計指導(dǎo) 程成 出版社 清華大學(xué)出版社 出版日期：2009單片機原理及接口技術(shù) 李朝清 北京航空航天大學(xué)出版社出 版日期：1999