基于单片机多控制、多闪烁LED彩灯

四川信息职业技术学院毕业设计说明书设计题目：基于单片机多控制多闪烁LED彩灯专业：电子信息工程技术班级：电信08-3学号：08190**姓名：潘**指导教师：张万良二〇一〇年十二月二十二日四川信息职业技术学院毕业设计任务书学生姓名潘**学号08190**班级电信08-3专业电子信息工程技术设计（或论文）题目基于单片机多控制、多闪烁LED彩灯指导教师姓名职称工作单位及所从事专业联系方式备注张万良副教授四川信息职业技术学院13881201845设计（论文）内容：注意：选题要结合实际，设计内容要详细写明具体步骤。1、自动控制多路彩灯按预设的花型进行变换；2、花型种类不少于五种，花型自拟；3、分别用快慢两种节拍实现花型交换；4、制作实物并撰写实训报告。进度安排：1.制定设计方案---------------------------------11月1日~11月10日；2.系统硬件仿真测试以及程序调试-----------------11月26日~11月30日；3.硬件制作-------------------------------------12月18日~12月20日；4.撰写设计报告---------------------------------12月18日~12月20日；5.准备毕业答辩---------------------------------12月21日~12月22日。主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)：[1]周国运.单片机原理及应用.北京：中国水利水电出版社，2009.[2]陈梓城.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2007审批意见教研室负责人：年月日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。目录摘要....................................................................1第1章方案设计..........................................................21.1设计方案.........................................................21.2方案选择.........................................................3第2章硬件设计..........................................................42.1直流稳压电源电路.................................................42.2单片机最小系统...................................................42.3LED彩灯显示电路..................................................52.4按键控制电路.....................................................62.5串口电路.........................................................7第3章软件设计..........................................................9第4章系统仿真调试.....................................................114.1系统仿真........................................................114.2仿真调试........................................................11总结...................................................................13参考文献.................................................................14附录1LED彩灯控制系统仿真电路图........................................15附录2LED彩灯彩灯控制程序代码..........................................16四川信息职业技术学院毕业设计说明书第1页摘要本文介绍了一种简易LED彩灯控制系统的软硬件设计过程，本方案以AT89C51单片机作为主控核心，按键控制电路、彩灯显示电路以及单片机最小系统等模块组成的核心主控制电路。利用软件编程烧录程序到单片机来实现对LED彩灯进行控制，本系统亮灯模式多，用户根据操作提示可以随意变换想要的闪烁方式和控制彩灯的闪烁频率。本系统具有电路结构简单、易操作、硬件少、体积小、成本低、低能耗等优点，具有一定的实用和参考价值。关键词LED彩灯；彩灯控制系统；闪烁方式四川信息职业技术学院毕业设计说明书第2页第1章方案设计随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。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，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响彩灯效果，因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。1.1设计方案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四川信息职业技术学院毕业设计说明书第3页最小系统（时钟电路、复位电路、电源）、按键控制电路、LED发光二极管和5V直流电源电路组成。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P1口接5路按键控制电路，实现彩灯花型的切换功能；单片机的P3.7引脚接上一个按钮开关以实现对彩灯闪烁频率的控制，即实现了快慢两种节拍实现花型的变换；单片机上的P2口接八路LED发光二极管组成彩灯电路，显示彩灯循环情况。1.2方案选择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。AT89C51单片机时钟电路复位电路按键控制电路直流5V电源电路供电信号LED彩灯四川信息职业技术学院毕业设计说明书第4页第2章硬件设计2.1直流稳压电源电路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+5V。如下图所示：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7805构成的正5V直流电源。图2-1三端固定式集成稳压电源电路图AT89C51单片机的工作电压范围：4.0V—5.5V，所以通常给单片机外接5V直流电源。由于时间关系，此处用3节1.5V的干电池供电，在此不在赘述此稳压电源电路图原理。2.2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。单片机最小系统如下图2-2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。单片机系统的复四川信息职业技术学院毕业设计说明书第5页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。电路如下图所示。图2-2单片机最小系统2.3LED彩灯显示电路LED彩灯显示电路(如图所示)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P2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560欧姆的电阻。四川信息职业技术学院毕业设计说明书第6页图2-3LED彩灯显示电路2.4按键控制电路按键控制电路(如图2-4所示)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,Key1﹍Key5接在P1.0﹍P1.4,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……当闭合Key6时，彩灯闪烁节拍变慢。图2-4键盘控制电路四川信息职业技术学院毕业设计说明书第7页2.5串口电路串口电路为单片提供与PC机连接端口，为单片机提供下载程序到单片机程序存储器中。串口原理图如图2-5所示。串口也称串行通信接口，RS-232是目前最常用的一种串行通讯接口，由于其形状和针脚数量的原因，其接头又被称为DB9接头。RS-232针脚定义:2RXD←ReceiveData接收数据、3TXD→TransmitData发送数据、5GND—SystemGround系统接地，一般就用到这几个引脚。图2-5串口原理图MAX232芯片是专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。MAX23内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路：由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成，功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。四川信息职业技术学院毕业设计说明书第8页第二部分是数据转换通道：由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道，其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道，8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出第三部分是供电：15脚DNG、16脚VCC（+5v）。在此，本系统的硬件电路已经全部设计完毕。四川信息职业技术学院毕业设计说明书第9页第3章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