单片机课程设计-节日彩灯控制器设计

《节日彩灯控制器设计》

课程设计说明书

专业班级：12级电子信息科学与技术3班

姓名学号：张娟080212107

陈晶晶080212118

程文文080212130

王鹏飞080212094

指导教师：纪娟娟

设计时间: 2014.6.6

物理与电气工程学院

2014 年6 月6 日

摘要

伴随社会发展的需求，无论是生活娱乐，还是工业控制，彩灯是必不可少的元素，节日中闪烁的彩灯，不仅使人们身心愉悦，还能带来视觉享受。我们希望节日彩灯能够启动、停止；能够通过开关进行功能选择；能够体现循环、组合和色彩变化的控制功能和效果。本次设计利用单片机程序以及利用集成电路芯片、LED灯和按键来设计彩灯，将软、硬件有机地结合在一起，实现设计的目的。通过按键的选择可以控制彩灯及数码管显示，另外还设置一中断按键在突发场景下给人以提醒。电路结构简单，变换效果多样，在实际生活中操作简单、易于实现。

关键词LED灯；键盘；STC89C52；集成电路芯片；数码管

目录

1 概述 (1)

2 彩灯设计内容简要 (1)

2.1 彩灯设计内容 (1)

2.2 彩灯设计要求 (1)

2.3 彩灯设计原理 (1)

2.4 彩灯总体控制框图 (2)

3 硬件电路设计 (2)

3.1 STC89C52单片机介绍 (2)

3.2 系统的硬件构成及功能描述 (4)

4 系统软件设计 (6)

4.1 程序流程图 (6)

4.2 软件程序 (7)

5 仿真结果与结论 (10)

6 设计体会 (13)

7 参考文献 (13)

1 概述

节日彩灯使生活中常常用到的装饰物品。它集中地运用了单片机、LED、，自动控制等技术，是典型的基于单片机的电子产品。

本设计以STC89C52单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，运用LED 彩灯、按键、数码管等组成电路，实现彩灯在开启时满足不一样的闪亮方法。按键可以在彩灯使用的时候选择不同的亮法，使彩灯变化多样，七段数码管可以清楚显示彩灯样式编号，易于选取操作。

随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，智能化技术的开发速度越来越快 ,智能度越来越高 ,应用范围也得到了极大的扩展。在海洋开发、宇宙探测、工农业生产、军事、社会服务、娱乐等各个领域。在娱乐方面，场地的装饰离不开彩灯。在建筑方面也采用彩灯来装饰高楼大厦。彩灯又灵活多变的点亮方式，装饰效果非常好，特别时晚上使得高楼大厦更加漂亮。是彩灯的应用才使得城市的夜景非常迷人。

在国内外，微控制系统主要采用单片机作为控制核心。因此，单片机的发展将有助于简单实用电子产品的开发。在本设计中,采用比较先进的STC89C52单片机为控制核心，它的功耗很低，功能多样，是简单电子产品开发控制元件的首选器件。

2 彩灯设计内容简要

2.1 彩灯设计内容

1.利用单片机实现LED彩灯花式的变换

2.利用单片机实现键盘控制花式的选择

3.利用数码管显示彩灯花式的类型

4.设计并实现中断对彩灯的控制

2.2 彩灯设计要求

1.能启动、停止

2.能通过开关进行彩灯样式的选择

3.能通过数码管显示彩灯的方式

4.要体现循环、中断和色彩变化的控制功能和效果

2.3 彩灯设计原理

主控模块主要设计器件有STC89C52，8个LED灯，6个按键，一块七段数码管。通过软件设计，使单片机P0口作为一位静态七段数码管字型码的控制口，P1口作为8个彩色LED的驱动信号输出口，P2口为按键输入口，P3.2为外部中断INT0输入口。

2.4 彩灯总体控制框图

图2.4.1 彩灯总体控制框图

3 硬件电路设计

3.1 STC89C52单片机介绍

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外STC89X52可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

图3.1.1 STC89C52外形及引脚排列

特性：

STC89C52RC单片机；

8K字节程序存储空间；

512字节数据存储空间；

内带2K字节EEPROM存储空间；

可直接使用串口下载；

AT89S52单片机：

8K字节程序存储空间；

256字节数据存储空间；

带有2KB的EEPROM空间。

参数

1. 增强型8051 单片机，6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051

2. 工作电压：5.5V～

3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）

3. 工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051 的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz

4. 用户应用程序空间为8K字节

5. 片上集成512 字节RAM

6. 通用I/O 口（32 个），复位后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉，P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O 口用时，需加上拉电阻。

7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RXDP3.0,TXD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片

8. 具有EEPROM功能

9. 具有看门狗功能

10. 共3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2

11. 外部中断4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒

12. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART

13. 工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）

14. PDIP 封装

3.2 系统的硬件构成及功能描述

控制系统硬件设计电路图如图所示：

图3.2.1 控制系统硬件设计电路图

功能描述：

系统硬件设计电路主要由四部分组成：按键复位电路、时钟震荡电路、按键电路、LED彩灯电路、数码管显示电路。

按键复位电路：复位是单片机的初始化，其作用是使CPU中的各个部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。在接电瞬间RST端的电位与VCC相同，随着电容充电电流的减小，+5V立即加到了RST/VPD端，RST的电位逐渐下降。

时钟振荡电路：在STC89C52的外部，XTAL1和XTAL2之间跨越晶体振荡器和微调电容，从而构成一个自激振荡器，形成时钟振荡电路。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器二分频后，形成单片机的时钟脉冲信号。

按键电路：用P2.3、P2.4、P2.2、P2.1作彩灯亮灯方式输入口，按键输入均采用低电平有效。独立式按键的软件可采用查询方式，本设计中按键程序的就是采用查询方式，若图中的P2.3的按键按下，软件程序查询到P2.3口为低电平，跳转到该按键控制的相应彩灯亮灯方式1。P3.2（INT0）口接一个按键，INT0为边沿触发方式（下降沿有效），当按键按下进入中断服务子程序，彩灯会暂停

图4.1.1 程序流程图

4.2 软件程序

#include

unsigned char code table1[]={0x18,0x24,0x42,0x81,0x81,0x42,0x24,0x18}; unsigned char code table2[]={0x88,0x44,0x22,0x11,0x55,0xaa,0x55,0xaa}; unsigned char code table3[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80}; unsigned char code table4[]={0x80,0x40,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x01};

int a;

unsigned int z;

sbit d1=P2^0;

sbit d2=P2^3;

sbit d3=P2^4;

sbit d4=P2^2;

sbit d5=P2^1;

void delay(unsigned int z) //延时函数,z的取值为这个函数的延时ms数，如delay(200);大约延时200ms.

{

unsigned int x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

void liu1()//流水灯样式1

{

P0=0x06;

P1=table1[a];

delay(200);

a++;

if(a==8)

{

a=0;

}

}

void liu2()//流水灯样式2 {

P0=0x5b;

P1=table2[a];

delay(400);

a++;

if(a==8)

{

a=0;

}

}

void liu3()//流水灯样式3 {

P0=0x4f;

P1=0xff;

delay(200);

P1=table3[a];

delay(300);

a++;

if(a==8)

{

a=0;

}

}

void liu4()//流水灯样式4 {

P0=0x66;

P1=table4[a];

delay(150);

a++;

if(a==8)

{

a=0;

P1=0xff;

delay(300);

}

}

void main()

{

EA=1; //开中断

EX0=1;

IT0=1;

P2=0x1f;

P1=0x00;

P3=0X0f;

P0=0x00;

a=0;

while(1)

{

if(d2==0)//判断第一个键

{

delay(80);//延时等待

while(P2==0x1f)

{

liu1();

}

}

if(d3==0)//判断第二个键

{

delay(80);

while(P2==0x1f)

{

liu2();

}

}

if(d4==0)//判断第三个键

{

delay(80);

while(P2==0x1f)

{

liu3();

}

}

if(d5==0)//判断第四个键

{

delay(80);

while(P2==0x1f)

{

liu4();

}

}

}

}

void INTO_() interrupt 0 // 外部中断是0号

while(d1==1);//判断播放键

delay(800);//延时等待

}

5 仿真结果与结论

PROTEUS软件自带编辑器，可以实现对汇编程序的编译，其操作步骤是：

新建源文件：点菜单Source→Add/Remove source Files在出现的对话框中，选择ASEM51编辑器，新建NOMAME1.asm源文件。

程序设计：点菜单Source→NAMAME1.asm打开源文件编辑器，将将附录程序输入到文本中。

源程序编译：点菜单Source→Build ALL编译汇编源程序，生成目标代码文件PMD.HEX，若编译失败，可对程序进行修改调试直至编译成功。

目标代码加载：在PROTEUS编辑环境双击STC89C52，弹出如图5.1所示的对话框，在PROGRAM FILE一栏中单击打开按钮，选中NOMAME1.HEX文件。在CLOCK FREQUENCY栏中设置系统工作频率为12MHZ，单击OK完成目标代码加载。最后，点击运行按钮，启动系统仿真。

图5.1 程序代码加载

当按下1号键时仿真结果如图5.2所示：

图5.2花样1仿真结果当按下2号键时仿真结果如图5.3所示：

图5.3花样2仿真结果

当按下3号键时仿真结果如图5.4所示：

图5.4花样3仿真结果当按下4号键时仿真结果如图5.4所示：

图5.5花样4仿真结果

当暂停键按下时，彩灯暂停循环变化，同时数码管显示不变；

当开始键按下时，彩灯继续暂停前的状态开始循环变化。

6 设计体会

通过这次单片机课程设计，我们了解到自己在单片机方面还有很多不足，特别是单片机指令系统及STC89C52各引脚的第二功能等等知识不够了解.因此我们在设计中遇到不懂的东西就马上查资料或请教同学、老师.这不仅加深了我们对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且还学会了如何去培养我们的创新精神，以及认真严谨的工作作风，从而不断地战胜自己，超越自己。通过这次设计，我们领悟到创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为自己的东西。

在开始之前，我们达成一个共识，要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常,但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。

这个设计过程中，我们要实现彩灯的多功能化，老师平时指导我们将程序模块化，首先实现一个功能，接着逐个地添加功能，最后达到多功能化.有了明确的方向后，我们开始认真的做我们的课程设计.

这个过程中，我们花费了大量的时间和精力，同时还懂得合作精神的重要性，学会了与他人合作，不理解的就在团队里交流，这样学习才更有乐趣。在课程设计过程中,不断调试程序和修改程序,提高了对单片机的应用能力和分析问题和解决问题的能力。在和同学们交流的同时也明白了做任何事情都要有团结合作的精神，只有这样才能更快更好的掌握好要学习的知识。

7 参考文献

《单片机应用技术》--张晔，王玉民，高等教育出版社，出版日期：2006.6

《跟我学用单片机》-- 肖洪兵，北京航空航天大学出版社，出版日期：2002.8

《单片机实践应用与技术》--马长林，陈怡，北京大学出版社，出版日期：2008

《单片机高级教程第1版》--何立民，北京航空航天大学出版社，出版日期：2001

《单片机课程设计指导》--程成，清华大学出版社，出版日期：2009

《单片机原理及接口技术》--李朝清，北京航空航天大学出版社，出版日期：1999