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1、 密级： 学号： 本科生毕业设计（论文）基于单片机的节日彩灯控制器设置学 院： 专 业： 班 级： 学生姓名： 指导老师： 完成日期： 学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的设计（论文）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国
2、家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西科技学院可以将本论文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和汇编本学位论文。本学位论文属于保 密 ， 在 年解密后适用本授权书。不保密 。（请在以上相应方框内打“” ）学位论文作者签名（手写）： 指导老师签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月摘 要节日彩灯在人们的生活中随处可见，由于彩灯绚丽的色彩和低廉的价格，使得彩灯在人们的生活中得到了广泛的应用，彩灯在城市的高楼大厦中的装饰已经成为了一种风尚。彩灯是一种在单片机的基础上研制的产品，并结合了LED和自动控制技
3、术，是基于单片机发展起来的电子产品。控制彩灯的电路是最近发展起来的控制装置。它能够控制彩灯按照人们的意愿点亮。在本文的彩灯研究中，控制器能够控制八个彩灯，一次性的点亮，使得场景不断的变化，这对于初学者来说的学习是有利的。在本文的研究中，控制核心是AT89C51单片机，利用了模块化的设计思想，将LED彩灯和按键组成电路，实现彩灯在开启的时候按照不同的方式点亮。按键是控制彩灯的点亮方式的，控制彩灯的变化，按键一到按键四分别控制了彩灯常亮、彩灯全灭、流水线上行亮、使流水线下行亮，使用者利用按键选择亮法。关键词：LED彩灯；循环；AT89C51目 录第1章 绪论1第2章 课程设计的方案32.1 概述3
4、2.2 系统组成总体结构3第3章 硬件设计53.1 单片机最小系统设计53.1.1 时钟电路设计53.1.2 复位电路设计63.1.3 单片机最小系统63.2 按键控制电路73.3 LED彩灯显示模块83.4 系统总电路图9第4章 软件设计104.1 按键扫描子程序设计104.2 主程序设计10第5章 系统调试与测试结果分析125.1 系统调试125.2 测试结果及状态分析12第6章 结论与展望136.1 结论136.2 进一步工作的方向13参考文献14附录1 程序15附录2 系统仿真电路图15IV第1章 绪论节日彩灯在人们的生活中随处可见，运用到的技术有单片机、LED、自动控制等，是在单片机
5、的基础之上发展而来的电子产品。随着计算机技术的不断发展，智能化也随之到来，智能化的程度也越来越高，也得到了广泛的应用，在工业、农业、军事、娱乐等领域都得到了广泛的应用。节日彩灯经常用于娱乐场所，在建筑的大厦中也经常用到彩灯，节日彩灯多变的亮灯方式，达到了很好的效果，将高楼大厦装饰的更加漂亮。微控制系统的控制关键是单片机，单片机的发展对于电子产品的开发是极为有利的，在本文的设计中，以AT89C51单片机为控制核心，主要是因为该单片机的功耗是很低的1。单片机的发展，还是国外的几个巨头公司处于领先的地位，如Intel研制的MCS-51系列产品，包括了8xC152、80C51FA/FB、80C51GA
6、/GB、8Xc451、8Xc452等，另外Philips、Siemens等公司在80C51的基础上研制了很多的产品，这些产品与80C51都是兼容的。在该单片机中，总线为单片机配备了串行总线，保证了单片机更加灵活的设计方式。Philips公司还专门进行了研究，引入了网络系统总线2。随着我国人们生活水平的提高，人们对于灯具的要求也在不断的提升，目前，我国的灯具市场的情况可以概括为： 功能细分：在不同的场合配备不同的灯饰，人们对于照明的要求也在不断的提高，因此各种灯具也在不断的发展，如应急灯、日光灯、书写灯等等产品不断的涌现。高技术化：在灯具的制造上，电子技术不断的被应用进来，对于电压也在不断的适应
7、，因此可调节亮度的灯具不断的制造出来，无频闪、，放射远红外光灯等逐渐的占领了市场。多功能化：灯具正在不断的适应着人们时尚的要求，多功能集于一身的灯具也不断的涌现，如电话自控灯等，符合了人们的需求。节能环保：无频闪书写灯是一种高兴技术的产品，能够节约一半的能源，受到了人们的广泛关注。环保作为当代的主题，表明了人们对于环境的重视，这也引导着未来灯具发展的方向3。目前灯具的设计正在朝着尺寸变小、材料变少的方向发展，目前人们对于灯具的普遍要求就是经济与环保。紧凑荧光灯就符合了人们经济环保的要求，该灯具形式多样，应用广泛，通常情况下，该灯的照明强度是白炽灯的五倍，其寿命是白炽灯的八倍4。因此该灯是绿色环
8、保的推荐产品，目前，紧凑荧光灯也逐渐的走入了人们的生活之中。第2章 课程设计的方案2.1 概述随着我国的经济不断的进步，人们的生活质量正在不断的提高，对灯具点亮的效果要求也提高了很多，人们期望在不同的场所有不同的灯具点亮方式，灯具的功能也在不断的变化，从最初的点亮到现在的装饰5。因此，适用于各种使用要求的灯也相继产生。从最开始的油灯发展到基于电的诞生所产生的白炽灯泡，到现在的节能灯、荧光灯等灯具。彩灯就在这样的形式下催生出来，彩灯的功能多、价格低，这些优点使得彩灯受到了人们的广泛关注。随着社会的发展，彩灯已经成为了人们的必备品，为人们的生活增光添彩，提高了人们生活的品质。目前，大多数的彩灯都是
9、利用了全硬件电路的思路进行设计的，其电路较为复杂，但是实现的功能却不多，消耗的资源比较多，样式也不全，操作性也比较差，不足以适应各种各样场合的需求，看起来容易给人们带来疲劳，不会给人留下太深刻的印象。因此，我们应该对彩灯控制器进行一些改进。本文利用了AT89C51单片机实现了彩灯的控制6。在本文的设计中，控制核心是AT89C51单片机，除此之外，控制模块还包括了键盘、显示、驱动等，包括了4个按键和16个LED显示器，实现了很多方式的闪光模式。2.2 系统组成总体结构单片机的设计如图2.1所示：AT89C51单片机LED彩灯显示电路时钟电路按键电路复位电路图2.1单片机设计的结构图本文设计的控制
10、装置，共有四大模块：闪烁系统、脉冲震荡系统、核心控件、复位电路。核心控件作为系统的主控部分，对系统具有总控的功能，其中的闪烁系统就是受控部分，包括了16个LED灯。核心控件是89C51芯片构成的，是系统的关键部分，是控制彩灯功能的构件。复位电路是复位控制实现部分7。针对亮灯的规律，利用按键控制彩灯，在LED部分是采用了共阳极接法，实现相应的功能。第3章 硬件设计3.1 单片机最小系统设计3.1.1 时钟电路设计单片机的时钟信号是一种时间的标准，方便系统内的各个操作，复位操作就是恢复初始值，使得单片机从初始状态继续的操作。时钟电路的设计是利用了两种电路形式实现的：内部振荡和外部振荡。在引脚XTA
11、L1和XTAL2外接入晶振，形成内部振荡。在单片机中，含有高增益反相放大器，当接入晶振的时候，就会形成振荡时钟脉冲。如图3.1所示，电容器Cl和C2是起到了稳定振荡频率和加快震荡速度的作用，在这两个电容器中，通常情况下，电容都在5-30pF之间。晶振频率大都为12MHz或者是6MHz。在这种情况下，内部振荡方式的信号是稳定的，应用也较为广泛。89c51X1 X2C1 C2GND图3.1 时钟电路3.1.2 复位电路设计复位电路设计如图3.2所示：当引脚RST出现2个周期的高电平时，单片机就会被复位。当引脚RST一直高电平时，那么单片机就会被一直的复位。依据事先的需求，复位包括了两种形式：上电复
12、位和开关复位，上电复位指的是接通电源的时候，就会进行自动的复位8。在上电复位中，电容C1和电阻R1是电源的微分电路，通电后，引脚RST处于高电平，由于等效电阻的存在，若图中的电阻R1不存在，也可以实现上电复位。10F+5VRET1K图3.2复位电路电路图开关复位指的就是当通电后，单片机会自动的复位，在单片机运行的过程中，利用开关的操作，也可以实现上电或开关复位。通电后，电容C3的充电和反相门的作用，RESET会处于高电平。在单片机运行时，按下复位键并松开，RESET也会处于高电平，实现上电或开关复位。3.1.3 单片机最小系统在系统的XTAL1、XTAL2端接入晶振和谐振电容两个，在RESET
13、端接入电阻和电容，当按键复位存在时，再连上按键就是一个小系统，通电时，该系统就能够正常的运行了。单片最小系统图如下：图3.3 单片机最小系统3.2 按键控制电路本系统的设计，彩灯是二极管形成的，将16支彩灯分别接在P1口和P0口，两个接口与二极管和电阻接在一起，这个电阻在电路中所起的作用是限流电阻，防止电路电流过大，限制电流的作用。本系统的设计，按键包括了四个，S0按键是在复位电路上，S0按键是控制彩灯亮的，按下S0按键，S1按键就会停止流动，全部的灯就会熄灭。按下S2，灯就从上而下流动，S3下，则相反的方向流动。图3.4 按键电路图3.3 LED彩灯显示模块彩灯的显示部分，包括了16个发光二
14、极管和16个电阻。两者之间是利用了串联的方式进行连接的，进而接入P0口和P1口。利用编程对P0口和P1口的电平进行控制，实现灯的闪烁花型。发光二极管的电压通常都会大于1.7V，其工作电流在1mA到30mA之间浮动，电阻一般在100欧姆3千欧姆之间，在此，我们选择560欧姆。图3.5 LED连接电路3.4 系统总电路图系统总电路图如图3.8所示：图3.6 系统总电路图第4章 软件设计本系统的设计由硬件和软件两部分，在第三章介绍的原理图上电后，我们通过编程对管脚电平进行控制，从而实现灯光的点亮与熄灭。软件编程是本系统的关键部分，是控制灯光点亮方式不同的关键9 。4.1 按键扫描子程序设计本系统的设
15、计的控制核心是单片机AT89C51，该方式控制着16个发光二极管的灯光明灭的方式。当程序运行时，就会进行判断，检测是否有按键按下，若有按键按下，程序就会调用相应的功能模块实现灯光显示的不同10。是否有键按下是否有键按下是否有键按下延迟10ms是否有键按下扫描结束确定键号开始图4.1按键扫描子系统设计流程图4.2 主程序设计NNNNY开始长跳转到StartS0=0?YYYS1=0?S2=0?S3=0?模式二亮灭模式四向下流水灯模式三向上流水灯模式一亮灯图4.2 主程序流程图第5章 系统调试与测试结果分析5.1 系统调试依据事先的设计，本系统调试部分包括了三个模块：硬件调试，软件调试和软硬件联调1
16、1。本系统的设计利用了模块化的设计思想，在系统的测试过程中也是比较方便的，最后对系统的整体进行测试。5.1.1硬件调试对系统的各模块进行测试，检测模块是否符合事先的既定目标。5.1.2软件调试软件调试采用单片机仿真器及微机，将编好的程序进行调试，主要是检查语法错误12。5.1.3硬件软件联调将调试好的硬件和软件进行联调，主要调试系统的实现功能。5.2 测试结果及状态分析此次系统设计结果较好，经Proteus软件仿真系统的调试，可检测出仿真电路正常；对应按键按下，彩灯出现不同花型，实现了多控制、多闪烁的LED彩灯循环13。经以上仿真测试证实，本设计能实现设计系统要求的预期功能.第6章 结论与展望
17、6.1 结论本系统的主控核心是AT89C51单片机，利用了按键的思路来控制电路、彩灯的明灭以及小系统的运行灯，并利用编程的思想实现灯的控制。通过系统的调试，发现本系统的运行效果达到了预期的期望，实现了既定的功能，达到了多控制、多闪烁以及循环明灭的要求。本系统能够随意的变化我们想要的明灭方式。让人们体验彩灯的明灭效果，另外，本系统的设计具有结构简单、操作方便、使用的硬件比较少、成本低、消耗资源少的特点，为今后的研究工作提供了一定的科学依据，参考价值高。6.2 进一步工作的方向本文在基于单片机的基础上进行了研究，而从目前来看存在许多高性能实时性的控制器，包括PLC,DSP等，未来将采用其他的控制器
18、对彩灯进行设计。同时在彩灯的展现模式上采用更多的功能，包括实现点阵式彩灯展示等。参考文献1向文娟. C语言中的运算符和表达式解析J. 软件导刊,2012,04:48-50. 2徐晓建. 浅谈单片机应用系统的设计方法J. 科技资讯,2012,34:19. 3周明,周亮. AT89C51单片机在霓虹灯控制中的应用J. 科技广场,2007,05:211-212. 4刘丽. 流水灯电路的设计与分析J. 巢湖学院学报,2006,03:144-145. 5刘(王莹),董春曦. 基于AT89C5131的接口设计J. 现代电子技术,2009,12:28-30. 6李晗佳,凡国辉. 节日彩灯控制系统设计J. 科
19、技致富向导,2011,21:22. 7广东 张则. 51系列单片机(C语言)快速入门(一)N. 电子报,2010-05-30015. 8广西 罗才枝. 单片机编程入门实例N. 电子报,2013-08-11009.9符子根. 多路彩灯控制器的设计J. 科技信息(学术研究),2008,18:79-80.10Cheng Yu Wu, Wei Fang.Research of Case-Based Teaching of Electrical and Electronic TechnologyJ.Applied Mechanics and Materials, 2014, Vol.3082 (543)
20、, pp.467-47011 丁明亮，唐前辉.51单片机应用设计与仿真基于Keil C与Pretues.北京:北京航空航天大学出版社，2009.12 王忠飞，胥芳MCS-51 单片机原理及嵌入式系统应用M西安：西安电子科技大学出版社，2007P268-27313 戴佳等.51单片机C语言应用程序设计实例精讲（第2版）.北京：电子工业出版社，2008.附录1 程序#include #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit key1=RXD;/开始sbit key2=TXD;/停止sbit key3=IN
21、T0;/由上向下sbit key4=INT1;/由下向上void delay_ms();void Init();uchar scan();void shang();void xia();bit timerFLAG;/定时器标志uchar n;/定时器计数变量uchar status;/运行状态标志uchar LED=0x7F;/灯的显示缓存/*/主函数/*/void main()uchar anjian;Init();while(1)anjian=scan();if(anjian=1)status=1;P0=LED;P1=LED;TR0=1;/启动定时器0else if(anjian=2)st
22、atus=0;P0=0xFF;P1=0xFF;TR0=0;/关闭定时器0LED=0x7F;else if(anjian=3&status=2)status=1;else if(anjian=4&status=1)status=2;anjian=0;P2=status;/*/定时器中断/*/void time0() interrupt 1TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;if(n+=20)timerFLAG=1;n=0;if(timerFLAG)if(status=1)xia();if(status=2)shang();/*/延时函数/*/v
23、oid delay(uchar i)uchar j;while(i)for(j=0;j250;j+);/*/初始化/*/void Init(void)TMOD=0x11;/设置定时器0为工作方式1TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;EA=1;/开总中断ET0=1;/开定时器0中断P0=0xFF;/*/按键扫描/*/uchar scan(void)uchar ans;/if(P1!=0xF0)/delay(4);if(!key1)ans=1;while(!key1);if(!key2)ans=2;while(!key2);if(!key3)an
24、s=3;while(!key3);if(!key4)ans=4;while(!key4);/return(ans);/*/由下到上闪/*/void shang(void)if(timerFLAG)int flag16;if(timerFLAG)int flag16;LED=_cror_(LED,1);If(flag167)P1=LED;flag16+;else P0=LED;timerFLAG=0;/*/由上到下闪/*/void xia(void)if(timerFLAG)int flag16;LED=_crol_(LED,1);If(flag167)P0=LED;flag16+;else P1=LED;timerFLAG=0;15附录2 系统仿真电路图1