单片机彩灯控制器的设计王

黄河科技学院课程设计任务书工学院机械系数控技术专业10级1班学号姓名指导教师题目:课程:课程设计时间年月日至月日共周课程设计工作内容与基本要求(设计要求、设计任务、工作计划、所需相关资料)（纸张不够可加页）1.设计要求2.设计任务与要求（完成后需提交的文件和图表等）1〉系统硬件电路设计根据该系统设计的功能要求选择所用元器件，设计硬件电路。要求用Proteus绘制整个系统电路原理图。2〉软件设计根据该系统设计的功能要求进行软件设计，要求绘制整个系统及各部分的软件流程图。并根据流程图编写程序并汇编调试通过。列出软件清单，软件清单要求逐条加注释。3〉Proteus仿真用Proteus对系统软硬件进行仿真调试通过。4〉软硬件实际调试5〉编写设计说明书一份（要求4000～6000字），内容包括任务书、设计方案分析、硬件设计部分要绘制整个系统电路原理图，对各部分电路设计原理做出说明。软件设计部分要绘制整个系统及各部分的软件流程图，并列出软件清单，软件清单要求逐条加注释。调试结果整理分析及设计调试的心得体会。3．工作计划（进程安排）第1周基本完成软、硬件的设计（分散在教学过程中完成）。第二周2天绘制所要求的图纸，完成软、硬件的调试；2天完成设计说明书；1.5天答辩或验收，评定成绩。6．主要参考资料单片机课程设计指导书皮大能北京理工大学出版社2010.78051单片机实践与应用吴金戎清华大学出版社2003.8单片机技术基础教程与实践夏路易电子工业出版社2008.1基于Proteus的单片机系统设计与仿真实例蒋辉平机械工业出版社2009.7系主任审批意见：审批人签名：日期：单片机彩灯设计目录1前言…………………………………………………………………………………12LED控制器方案选择……………………………………………………………23工作原理…………………………………………………………………………34硬件电路设计……………………………………………………………………54.1直流稳压电源……………………………………………………………54.2单片机最小系统…………………………………………………………64.3按键控制电路……………………………………………………………74.4LED显示电路……………………………………………………………85软件设计…………………………………………………………………………96系统调试………………………………………………………………………117设计总结………………………………………………………………………128参考文献………………………………………………………………………13附录………………………………………………………………………………14附录1原理图…………………………………………………………………14附录2PCB排版……………………………………………………………15附录3程序……………………………………………………………………16附录4元件清单……………………………………………………………1811前言本市电彩灯控制器使用220v的交流电源电源，采用变压器将220v的高压电转化为9v的低压直流电对单片机供电，通过单片机电路的控制实现彩灯彩灯的花样变化及对彩灯花样切换的控制。其主要以AT-89C51单片机为控制中心，再加上MAC97A6、S9013、按键、数码管、电阻、电容这些器件组成一个彩灯控制电路，操作简单，接通电源即可工作。具有电路结构简单、操作容易、硬件少、等特点。下面主要我们针对我们设计的彩灯控制器的功能、原理、设计思路、调试等方面做了个系统的介绍。22彩灯控制器系统方案的选择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。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1-1所示。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1-2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发光二极管和9V直流电源电路和供市电彩灯工作的220V交流电源组成组成。振荡电路控制电路译码器LED显示电路计数器图1-1彩灯循环控制器硬件框图3图1-2单片机彩灯循环控制系统硬件框图此设计方案中单片机的P2.0到P2.4口接8路按键控制电路，实现彩灯花型的切换功能；单片机上的P1和P3口接十六路市电彩灯电路，显示彩灯循环情况。结合设计任务书比较以上两种方案可知：利用电子电路装置控制，其电路不很复杂，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。采用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。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。时钟电路复位电路LED彩灯显示按键控制电路AT89S52单片机直流9V电源43工作原理下图为彩灯控制器的基本原理图，如图3-1所示，以单片机为控制中心，在将单片机芯片装上之前就把程序写入到芯片中。，当电源接通知后，按下S1，单片机的电路复位，此时若按下S2，则为自动交替花样循环；若按下S2则手动控制，再在S3~S9六种不同的花样中选择一种中花样。同时数码显示管会显示出我们是采用的手动选择还是自动循环及所选用的是花样几。这都是由单片机根据我们选择的情况而调用相应的程序。最后再通过9031的开关作用及MAC97A6双向可控硅的的控制，实现彩灯模块花样的变化。12J1HEADER2T1OUTINGNDTCP1L7805VCCC10.1uC20.1uC410uC3100u1234D1BRIDGE1DS1DS2DS3DS4DS5DS6DS7DS8DS16DS15DS14DS13DS12DS11DS10DS9C1C1GNDB1B2B3B4B5B6B7B8P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDP3.0/RxDP3.1/TxDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/TOP3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDTXAL2TXAL1GNDP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7PSENALE/PROGEA/VppP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0VCCU189S52R3710KC510uS1VCCY112MC630pC730pD4D3VCCVCCGNDR92.4KR102.4KR112.4KR122.4KR132.4KR142.4KR152.4KR162.4KR12.4KR22.4KR32.4KR42.4KR52.4KR62.4KR72.4KR82.4KX9X10X11X12X13X14X15X16X8X7X6X5X4X3X2X1GNDa7b6c4d2e1f9g10dp5R177-SEGVCCQ169013R331KQ149013R321KQ129013R301KQ109013R281KQ89013R261KQ69013R241KQ49013R221KQ29013R201KQ19013R181KQ39013R191KQ59013R211KQ79013R231KQ99013R251KQ119013R271KQ139013R291KQ159013R311KVCCB1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B12B13B14B15B16A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15A1612345678161514131211109RP1560*8S2SW-PBS4SW-PBS6SW-PBS8SW-PBS3SW-PBS5SW-PBS7SW-PBS9SW-PBR35560R36560VCCB9B10B11B12B13B14B15B16A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15A16R34560D2LEDVCC图3-1硬件原理图54硬件电路设计4.1直流稳压电源对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源电路的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。电子设备除用电池供电外，还采用市电（交流电网）供电。通过变压、整流、滤波和稳压后，得到稳定的直流电。直流稳压电源是电子设备的重要组成部分！本项目直流稳压电源为+9V。如图4-1所示：直流稳压电源的制作一般有3种制作形式，分别是分立元件构成的稳压电源、线性集成稳压电源和开关稳压电源。下图稳压电源采用的是三端集成稳压器下图稳压电源采用的是三端集成稳压器7805构成的正9V直流电源。T1OUTINGNDTCP1L7805VCCC10.1uC20.1uC410uC3100u1234D1BRIDGE1C1GNDGND图4-1直流电源电路64.2单片机最小系统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4-2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。本设计采用方式为上电自动复位功能。电路如下图所示。P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/TO14P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17TXAL218TXAL119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/Vpp31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U189S52R3710KC510uS1VCCY112MC630pC730pA1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15A16图4-2单片机最小系统74.3按键控制电路按键控制电路（如图4-3所示）是由8个按键开关构成的。他们分别接在单片机AT89C51的P2.0接口到P2.5口,D3,D4用于显示所选为手动花样切换还是自动花样切换，按键S4~S9为手动时的花样选择键，数码显示管则将花样变化的方式几显示出来，由于P0口得电流过小，不足以驱动数码显示管，所以加上拉电阻，使数码显示管能正常的显示。当下一键时，单片机会根据所按下的键调用相应的程序来实现高低电平的转换，从而使数码管显示按键信息及实现对彩灯的控制。P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/VPD9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/TO14P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17TXAL218TXAL119GND20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/Vpp31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U189S52D4D3VCCVCCa7b6c4d2e1f9g10dp5R177-SEGVCCA112345678161514131211109RP1560*8S2SW-PBS4SW-PBS6SW-PBS8SW-PBS3SW-PBS5SW-PBS7SW-PBS9SW-PBR35560R36560VCC图4-3按键控制电路84.4LED显示电路市电彩