基于单片机控制的节日彩灯控制课程设计要点.pdf
武汉理工大学单片机课程设计报告 课 程 设 计 题目 基于 51 单片机的节日彩灯设计 学院 物流工程学院 专业 物流工程 班级 姓名 同 组 者 指导教师 月日 武汉理工大学单片机课程设计报告 附件 2： 课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位：物流工程 _ 题目: 单片机节日彩灯控制器 初始条件： 1.Protues 7 professional的 ISIS 7 professional和 ARES 7 professional软件 2.Keil uvision4软件 3.单片机的相关资料指导书 要求完成的主要任务 :（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 设计一个节日彩灯控制器,实现不同的闪烁方式 ,要求: (1)P3.3: 开始 , 按此键则灯开始流动（由上而下）； (2)P3.2: 停止 , 按此键则停止流动, 所有灯为暗； (3)P3.1: 上, 按此键则灯由上向下流动； (4)P3.0: 下, 按此键则灯由下向上流动。 时间安排：十八周到十九周设计，十九周答辩 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 武汉理工大学单片机课程设计报告 附件 3： 武汉理工大学课程设计教学检查记录表 课程设计名称设计周数检查日期 课程设计指导教师进行方式：集中分散 . 地点 检查项目 检 查 结 果 好一般不理想差 课程设计选题适当程度 学生数与指导教师数配比 （15 名学生 /教师 好；=20 名/教师 一般；=30 名学生 /教师 不理想； 40 名学生 /教师差） 指导教师到位情况 学生课程设计完成进度及质量 对学生课程设计日常管理（出勤考核）措施及执 行情况 课程设计秩序 综合意见： 检查人 附件 6： 武汉理工大学单片机课程设计报告 本科生课程设计成绩评定表 姓名 陈文超 性别男 专业、班级 物流工程学院行政1001班 课程设计题目：基于 51 单片机的交通灯设计 课程设计答辩或质疑记录： 1 选题合理、目的明确10 分 2 设计方案正确，具有可行性、创新性20 分 3 设计结果20 分 4 态度认真、学习刻苦、遵守纪律15 分 5 设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5 篇）10 分 6. 答辩25 分 成绩评定依据： 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 年月日 武汉理工大学单片机课程设计报告 目录 摘要 . 1 1 设计任务 . 2 2 总体方案设计与论证 . 3 2.1 方案比较 . 3 2.2 方案论证 . 4 2.3 方案选择 . 4 3 系统硬件设计 . 5 3.2 单片机最小系统设计 . 5 3.3 LED 彩灯显示电路设计 6 3.4 按键控制电路设计 . 6 4 系统的软件设计 . 8 4.1 按键扫描子程序设计 . 8 4.2 主程序设计 . 8 参考文献 . 11 武汉理工大学单片机课程设计报告 1 摘要 彩灯是我国普遍流行的传统的民间的综合性的工艺品。彩灯艺术也就是灯的综合性的 装饰艺术。新中国成立后，彩灯艺术得到了更大的发展，特别是随着我国科学技术的 发展，彩灯艺术更是花样翻新，奇招频出。而随着人们生活环境的不断改善和美化， 在许多节日的气氛里可以看到彩色霓虹灯，这种LED 彩灯由于其丰富的灯光色彩， 低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用。其将电子、 建筑、机械、遥控、 声学、光导纤维等新技术、新工艺用于彩灯的设计制作，把形、色、光、声、动相结 合，思想性、知识性、趣味性、艺术性相统一。在当今的社会里，彩灯已经成为我们生 活的一部分，能给我们带来视觉上的享受还能美化我们的生活。 新型 LED 彩灯系统包括两大部分，即LED 彩灯控制器（ 89C51 主控模块）和 LED 彩 灯管（管内 LED 板模块） 。彩灯控制器是主控模块， 具有按键、显示等功能， 并利用 89C51 的 P 口输出控制信号；彩灯管是受控模块，上面焊有三色LED 彩灯和信号驱动芯片，模 块置于 LED 的透明管内。该LED 彩灯控制器是一种基于AT89C51 单片机的彩灯控制器， 实现对 LED 彩灯的控制。其以AT89C51 单片机作为主控核心，与键盘、显示、驱动等模 块组成核心主控制模块。如果稍微改动控制电路，就可以改变电路的不同工作状态，控制 彩灯变幻出不同的闪烁效果。 武汉理工大学单片机课程设计报告 2 1 设计任务 1.1 设计目的 1、通过单片机课程设计，熟练掌握汇编语言的编程方法，将理论联系到实践中去，提 高我们的动脑和动手的能力。 2 、通过节日彩灯控制系统的设计，掌握简单程序的编写以及硬件选择的能力，最终提 高我们的逻辑抽象能力。 1.2 设计内容和要求 内容：设计一个彩灯控制器 要求： (1)P3.3: 开始, 按此键则灯开始流动（由上而下） ； (2)P3.2: 停止, 按此键则停止流动 , 所有灯为暗； (3)P3.1: 上, 按此键则灯由上向下流动； (4)P3.0: 下, 按此键则灯由下向上流动。 1.3 设计思路 1. 先熟悉单片机控制原理，明确选题要求。 2. 给出多种方案，并选择一个最优方案来完成彩灯的点亮。 3. 绘制电路原理图，编写程序，并进行仿真，实现节日彩灯的功能。 武汉理工大学单片机课程设计报告 3 2 总体方案设计与论证 通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来 实现系统功能。下面我将首先对这两种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析 比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。 2.1 方案比较 彩灯控制器大致可分为两种方案实现。一种是利用电子电路装置控制，另一种是采用 单片机控制。 2.1.1 方案一 根据设计任务要求介绍的彩灯控制电路的基本组成，可以确定彩灯控制器应由振荡电 路、计数 /时序分配电路、移位位寄存器和彩灯显示五部分组成。其框图如图2-1 所示。 图 2-1 方案一的原理框图 2.1.2 方案二 本方案主要是通过对基于单片机的多控制、多闪烁方式的LED 彩灯循环系统的设计， 来达到本设计的要求。其硬件构成框图如图2- 2 所示，以单片机为核心控制，由单片机最 小系统（时钟电路、复位电路、电源） 、按键控制电路、 LED 发光二极管组成。 振荡电路 控 制 电 路 译 码 器 LED显示 电路 计 数 器 武汉理工大学单片机课程设计报告 4 图 2-2 方案二的原理框图 方案二：此设计方案中单片机的P3 口接 4路按键控制电路，实现彩灯花型的切换功能；单片机上的P1 口接 8 路 LED 发光二极管组成彩灯电路，显示彩灯循环情况。 2.2 方案论证 如果采用方案一，利用电子电路装置控制，其电路不是很复杂，制作相对较容易点， 成本也相对较低，但可调性差，亮灯模式少而且样式单调，达不到设计任务要求或实现困 难。而采用方案二，以单片机控制其优点是电路集成度高，工作原理简单，清晰明了，自 定义编程，控制的图案花样多，移植性好等。 2.3 方案选择 综上，显然方案二各方面优越于方案一，以及为了体现专业优势，本次设计采用第二 种方案。 按键控 制电路 时钟 电路 LED 彩灯 AT89C51 单片机 复位 电路 武汉理工大学单片机课程设计报告 5 3 系统硬件设计 为使该 LED 节日彩灯控制系统具有更加好的方便性和灵活性，我们对系统的硬件做了 精心设计。硬件电路包括直流稳压电源电路、单片机最小系统、LED 彩灯显示电路、按键 控制电路以及串口电路五大模块。 3.2 单片机最小系统设计 要使单片机工作起来，最基本的电路的构成由单片机、时钟电路、复位电路等组成。 单片机最小系统如图3- 1 所示。 时钟电路：本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个12MHz 石英晶 体振荡器和 2 个 30pF 微调电容，构成稳定的的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部 的时钟电路。 复位电路：确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。单片机系统的复位 方式有上电自动复位和手动按键复位。本设计采用手动按键复位，该复位方式同样具有上 电自动复位功能。电路如图3- 1 所示。 图 3-1 单片机最小系统 武汉理工大学单片机课程设计报告 6 3.3 LED 彩灯显示电路设计 LED 彩灯显示电路实际上是由8 个发光二极管和8 个电阻构成的电路。 发光二极管与 电阻对应串联 ,然后接在与之相对应的P1口上。通过软件编程对 P2口输出高低电平来实现 不同的闪烁花型。 由于发光二极管的导通电压一般为1.7V 以上，另外，他的工作电流根据 型号不同一般为1mA 到 30mA，电阻选择范围100 欧姆 3 千欧姆在此我们这里选用1k 欧姆的电阻。如图3-2 所示。 图 3-2 LED 彩灯显示电路 3.4 按键控制电路设计 按键控制电路是由6 个按键开关构成的。他们分别接在单片机AT89C51 的 P1 接口和 P3.0 口, Key1Key5 接在 P1.0P1.4, Key6 接在 P3.7 上。为了一对一的控制LED 灯的闪烁方 式。当按下开关 Key1 时, LED 彩灯系统闪烁第一种彩灯花型。当按下开关Key2 时, LED 灯系统闪烁第二种闪烁方式，以此类推。当闭合Key6 时，彩灯闪烁节拍变慢。如图3- 3 所示。总体设计电路如图3-4 所示。 武汉理工大学单片机课程设计报告 7 图 3- 3 按键电路 图 3-4 总体设计电路 武汉理工大学单片机课程设计报告 8 4 系统的软件设计 单片机的应用系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，我们还不 能看到多控制、 多闪烁方式的 LED 彩灯系统循环点亮的现象， 我们还需要告诉单片机怎么 样进行控制，即编写程序控制单片机管脚电平的高低变化，来实现发光二极管的明灭。软 件编程是多控制、 多闪烁方式的 LED 彩灯系统中的一个重要的组成部分，是本设计的重点 和难点。下面, 我将阐述多控制、 多闪烁方式的 LED 彩灯系统是如何实现8 个 LED 彩灯的 循环点亮，来介绍实现流水彩灯控制的软件编程方法。 4.1 按键扫描子程序设计 本设计是以单片机AT89C51 为核心控制 8 个发光二极管 4 种闪烁方式的变换。程序启 动时跳转到键盘判断模块程序中，循环检测直到有按键按下的时候，程序转去相对应按键 的彩灯显示的花型模块。 4.2 主程序设计 程序启动时跳转到键盘判断模块程序中，此程序里面包含4 个按键的情况判断，循环 检测直到有按键按下的时候，程序转去相对应按键的彩灯显示的花型模块。 org 00h jmp start start: mov p3,#0ffh jnb p3.3,button4 sjmp start button3: mov p1,#0ffh sjmp start button4 : mov p1,#0feh lcall delay loop: mov a,p1 rl a mov p1,a lcall delay 武汉理工大学单片机课程设计报告 9 jnb p3.2,button3 jnb p3.1,button4 jnb p3.0,button1 sjmp loop button1: mov p1,#7fh lcall delay lop: mov a,p1 rr a mov p1,a lcall delay jnb p3.2,button3 jnb p3.1,button4 sjmp lop delay: mov r6,#200 loop2: mov r7,#250 loop1: nop nop djnz r7,loop1 djnz r6,loop2 ret end 武汉理工大学单片机课程设计报告 10 5 课程设计总结 在不断学习中，终于完成了课程设计任务。通过本设计锻炼了我们的实践能力，也是 对以后我们实际工作能力的训练和考察过程。现在是一个高科技的时代，单片机的应用无 处不在，这更坚定了我要学好单片机的决心。 本设计本身就比较简单，整个设计的过程中每一步都是自己亲自做过的，在经过遇到 问题，思索问题到解决问题的过程中，就连向别人请教的过程也是一种收获，收获是最多 的。以往没有注意到的问题，都在这一次的课程设计中得以体现，这培养了我的细心，耐 心和专心。我觉得能够在这次的课程设计中学到很多的东西，以往不注意的细节，在这一 次中是必须让自己去注意的。也是我这所学到知识的一个体现。我深深知道，每一次的学 习实践环节都是那么的来之不易，都是通过老师的深思熟虑后，才给我们定下目标。然后 让我们在知识的海洋里翱翔，让我们随着年龄的增长不断的扩充自己的知识领域，也逐渐 成熟，逐渐长大，老师同时也教导我们逐渐成为一个能够为身边的人，为家庭，为国家做 出点点贡献的人，教导我们学会感恩。所以，我在这次的课程设计中，认真对待每一个过 程，希望自己的认真，自己最后的课程设计的成果能够回报老师教导。 武汉理工大学单片机课程设计报告 11 参考文献 1 马秀娟 .电工电子实践教程 M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.157-160. 2 吕曙东、孙宏国 .电工电子实验技术 M. 南京：东南大学出版社， 2004.196-198. 3 褚南峰 .电工技术试验及课程设计 M. 北京：中国电力出版社，2005.166-168. 4 郭永贞 .电子技术试验与课程设计指导模拟电路分册M. 南京：东南大学出版社， 2004.34-39. 5 康华光 .电子技术基础 M. 第五版 .北京：高等教育出版社， 2006.2-510. 6 西华大学老师.电子技术试验指导书M. 成都：西华大学电工电子试验实习中心， 2009.105-188. 7 陈正义 .单片机控制实习 M .北京：人民邮电出版社，2006.3-90. 8 姚富安等 .实用电子实际基础 M .北京：理工大出版社， 2008.132-266.
