四路彩灯控制系统的设计

目录

0.前言 (1)

1.总体方案的设计 (1)

2.硬件电路的设计 (2)

2.1 时钟电路设计 (2)

2.2 单片机 (2)

2.3 LED彩灯 (4)

3.软件设计 (4)

4.调试分析及说明 (5)

4.1第一节拍的调试 (5)

4.2第二节拍的调试 (6)

4.3第三节拍的调试 (6)

5.结论 (6)

参考文献 (6)

课设体会 (8)

附录1 电路原理 (9)

附录2 程序清单 (10)

四路彩灯控制系统的设计

许山沈阳航空航天大学自动化学院

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。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，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，影响亮灯效果。这里我们所设计的四路彩灯控制系统是8051单片机作为控制核心，电源开关等较少的辅助硬件电路相结合，利用软件实现对彩灯的控制。本系统具有硬件少、体积小、电路结构简单等优点，而且方便调节亮灯模式，只需要修改软件程序，无需修改硬件电路等。

关键词：单片机；四路彩灯；控制

0.前言

近年来，随着电子技术和微机计算机的迅速发展，单片机的档次不断提高，其应用领域也在不断的扩大，已在工业控制、尖端科学、智能仪器仪表、日用家电、汽车电子系统、办公自动化设备、个人信息终端及通信产中得到了广泛的应用，成为现代电子系统中最重要的智能化的核心部件。尤其是单片机在最小系统的应用越来越多，也越是成熟。

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，影响亮灯效果。因此需要我们改进，该为单片机作为控制核心的最小系统。

1.总体方案的设计

设计一个四路彩灯控制系统，系统功能如下：

（1）、采用单片机作为控制核心电路。

（2）、彩灯的控制由三节拍组成：第一拍时从第一路到第四路每间隔1s逐次

点亮，第二拍时从第四路到第一路每间隔1s逐次熄灭，第三拍时第一路到第四路同时0.5s点亮，0.5s熄灭，20次后重复前面的过程。

该系统由89C51、BUTTON、LED彩灯等构成，采用晶振电路作为驱动电路，利用单片机的P1端口作为输出口，这样就无需再外接上拉电阻。四路彩灯采用共阳极接电源，阴极分别接P1.0到P1.3。通过控制P1端口的输出高低电平来实现点亮和熄灭彩灯，系统中软件部分比较简单，由一个入口函数和四个子函数构成。

图1 系统结构框图

从系统框图可以看出本次设计的核心就是单片机，可以说是单片机的简单应用。通过软件来控制单片机的输出，高低电平的输出决定彩灯亮灭。

2.硬件电路的设计

2.1 时钟电路设计

单片机利用外部12MHZ晶振构成振荡电路作为时钟源，时钟电路的原理如下图：

图2 时钟电路

2.2 单片机

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。外形及引脚排列如下图：

图3 单片机

1）四个I/O口

P0口有三个功能：

1、外部扩展存储器时，当作数据总线（如图1中的D0~D7为数据总线接口）

2、外部扩展存储器时，当作地址总线（如图1中的A0~A7为地址总线接口）

3、不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。

P1口：

只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。

P2口有两个功能：

1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用；

2、做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻；

P3口有两个功能：

除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置，具体功能请参考我们后面的引脚说明。

有内部EPROM的单片机芯片（例如8751），为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式提供的，即：编程脉冲：30脚（ALE/PROG）编程电压（25V）：31脚（EA/Vpp）

接触过工业设备的兄弟可能会看到有些印刷线路板上会有一个电池，这个电池是干什么用的呢？这就是单片机的备用电源，当外接电源下降到下限值时，备用

电源就会经第二功能的方式由第9脚（即RST/VPD）引入，以保护内部RAM中的信息不会丢失。

2）汇编指令

指令由于操作码和操作数。分为单字节指令，双字节指令，三字节指令。

3）寻址方式：

立即寻址：操作数包含在指令字节中，指令操作码后面字节的内容就是操作数本身。

直接寻址：1内部数据存储器的低128个字节单元（00H-7FH）2位地址空间；3专用功能寄存器

寄存器寻址：由指令指出某一个寄存器中的内容作为操作数，这种寻址方式称为寄存器寻址。

寄存器间接寻址：由指令指出某一个寄存器的内容作为操作数的地址。

基址寄存器加变址寄存器间接寻址：用于访问程序存储器中的数据表格。

相对寻址：以PC的内容作为基地址，加上指令中给定的偏移量所得结果作为转移地址，只适用于双字节转移指令。

2.3 LED彩灯

单片机的P1.0到P1.3分别外接彩灯D3到D0的阴极，彩灯共阳极接电源。

图4 彩灯的设计

3.软件设计

软件主要由一个主程序和四个子程序构成：入口程序、延时子程序、第一节