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物理与电子信息学院课程设计Ⅳ基于AT89C51单片机的花样彩灯仿真分析姓名：班级：电子科学与技术学号：指导老师：时间：2011年1日6日目录内容摘要.................................................................1关键词...................................................................1Abstract.................................................................11绪论....................................................................12系统设计...............................................................22.1设计任务与要求....................................................22.2方案的选择与论证..................................................23系统硬件设计...........................................................23.1控制器模块........................................................33.2按键模块..........................................................53.4LED显示模块......................................................53.5硬件元件清单......................................................64软件设计与仿真..........................................................64.1主程序设计........................................................64.3仿真结果..........................................................84.4系统调试..........................................................94.5误差分析..........................................................9结束语..................................................................101内容摘要：随着电子技术的迅速发展，单片机得到了越来越多的应用。本设计用单片机89S51结合LED（发光二极管）制作了一个广告移动彩灯，它由一块89S51组成，通过逐次扫描其中一块的P2.0--P2.7口，从而依次实现彩灯轮流点亮、逐点点亮、间隔点亮。关键词：LED彩灯；AT-89C51单片机；彩灯控制器Abstract：Alongwiththeelectronictechnologyrapiddevelopment,themonolithicintegratedcircuitobtainedmoreandmoremanyapplications.HereIusedmonolithicintegratedcircuit89C51tounifyLED(lightemitterdiode)tomanufactureabeltmusicbroadcastfunctionadvertisementmigrationcoloredlanternwiththeloudspeaker,itwascomposedbytwo89C51,throughgraduallyscannedtogetherP3.0--P3.2mouth,judgedwhetherhadthepressedkeytopressdown,unifiedtheportscanningandthepressedkeyscanning,thusrealizedthecoloredlanterntolighten,tolighten,thegappointbypointinturninturnlightens.Keywords:LEDlantern;AT-89C51single-chipmicrocomputer;Lanterncontroller1绪论近年来，彩灯对于美化、亮化城市有着不可轻视的重要工作。因此作为城市装饰的彩灯需求量越来越大，对与彩灯的技术和花样也越来越高。但传统的彩灯控制电路一般是由数字电路组成，这种彩灯控制器电路结构复杂、成本较高、功率损耗大，此外从功能效果上看，彩灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。而单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。LED彩灯具有成本低、发光纯度高、发光热量小、耗电量低、超长寿命的特点。所以利用单片机作LED彩灯控制，不仅是使控制花样、路数大大增加,成本也很低，而且对环境能源没有污染，有着很大的发展前景。本方案是一种基于AT-89C51单片机的彩灯控制方案，实现对LED彩灯的控制。主要以AT-89C51单片机作为主控核心与发光二极管、晶振、复位、电源等组成电路，利用软件编辑实现彩灯流水灯的效果。22系统设计2.1设计任务与要求2.1.1设计任务（1）设计一个基于单片机的花样彩灯；（2）在设计过程中，选择1～2个单元电路使用仿真软件（例如Proteus等）进行仿真调试；（3）用计算机绘制所有的电路图。2.1.2设计要求（1）设计一个花样彩灯。（2）彩灯至少有7种工作模式。（3）当按下按键后，模式可以复位。2.2方案的选择与论证2.2.1总体设计方案方案一：采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。方案二：过单片机控制二极管的闪烁，通过中断来改变模式同时串行输出数码管。P0，P1口接16个二极管，P3口接扩展板的数码显示接口。该方案简单，易于设计和控制。3系统硬件设计按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可分为最小系统、最小功耗系统及典型系统等。AT-89C51单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，具有丰富的内部资源：4kB闪存、128BRAM、32根I/O口线、2个16位定时/计数器、5个向量两级中断结构、2个全双工的串行口，具有4.25～5.50V的电压工作范围和0～24MHz工作频率，使用AT-89C51单片机时无须外扩存储器。因此，本彩灯控制系统实际上就是一个带有八个发光二极管的单片机最小应用系统，即为由发光二极管、晶振、复位、电源等电路和必要的软件组成的单个单片机。其具体硬件组成如图1所示。3图1彩灯硬件原理图从图1中可以看出，如果要让接在P1.0口的LED1亮起来，那么只要把P1.0口的电平变为低电平就可以了；相反，如果要让接在P1.0口的LED1熄灭，就要把P1.0口的电平变为高电平；同理，接在P1.1～P1.7口的其他7个LED的点亮和熄灭的方法同LED1。因此，要实现彩灯功能，我们只要将发光二极管LED1～LED8依次点亮、熄灭，8只LED灯便会一亮一暗的做彩灯了。在此我们还应注意一点，由于人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间很短，我们在控制二极管亮灭的时候应该延时一段时间，否则我们就看不到“彩灯”效果了。3.1控制器模块本系统控制器芯片采用AT89C51单片机，其管脚图如图3所示。D8-D6：数据输入线。RESET：复位端口。T0，T1：计数器端口外部计数脉冲输入线。XTAL1，XTAL2：时钟电路。VCC：供电电压。GND：接地。4图389C51功能说明图AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。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AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机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。AT89C51具有以下特性：与MCS-51兼容,4K字节可编程闪烁存储器,寿命：1000写/擦循环,数据保留时间：10年,全静态工作：0Hz-24MHz,三级程序存储器锁定,128×8位内部RAM,32可编程I/O线,两个16位定时器/计数器,5个中断源,可编程串行通道,低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路。53.2按键模块采用如下所示电路来实现控制花样彩灯的复位，按下开关，单片机复位，花样彩灯按模式一闪烁。图电源电路有三端稳压器7805和电容组成，外部电池供电，BAT接7V左右的电压，稳压输出5V的电压。电源电路如图4所示。图4.电源电路3.4LED显示模块LED显示电路由单片机89C51的P0口,P1口和P2口与发光二极管相连，低电平二极管发光。LED显示电路如图2所示。图2.LED显示电路63.5硬件元件清单系统元器件清单见表2。表2系统元器件清单器件数量器件数量AT89C511晶振器1LED8排阻（4.7k）8电容（30pF）2电阻（100k）1电容（10uF）1开关14软件设计与仿真本系统程序包括主程序、键盘扫描子程序、发送键码子程序、发送数据子程序、接收命令子程序等。主程序用于系统初始化，子程序调度等。键盘扫描子程序用于扫描键盘状态，将被按键的位置号存入缓冲器中。发送键码子程序用于将缓冲区键的接通码或断开码发送给单片机接口。发送数据子程序用于将数据发给单片机接口。接收命令子程序用于接收单片机接口发来的键盘命令。4.1主程序设计程序流程图：中断程序：主程序：74.2仿真软件简介Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：（1）实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试8器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。（2）支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：ARM7(LPC21xx)、8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多种外围芯片。（3）提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如KeilC51uVision2、MPLAB等软件。（4）具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。Proteus7.5是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外围电路（如LC