1、 湖北理工学院毕业设计毕 业 设 计（论文）题 目：基于单片机的多样彩灯设计 教 学 院：电气与电子信息工程学院 专业名称： 电气工程及其自动化 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2014 年 5 月 30 日湖北理工学院毕业设计摘要单片机是把主要计算机功能部件都集成在一块芯片上的微型计算机。单片机即单片微型计算机，是集 CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。本文介绍一种新型的彩灯控制系统的设计方法，以 AT89S51 单片机作为主控核心，与按键，显示器等较少的辅助硬件电路相结合，利用软件实现对彩灯进行控制。本系统具有体积小，硬件少，电路结构简单及容易操作等优点。
2、本文首先描述系统硬件工作原理，并附以系统结构框图加以说明，着重介绍了本系统所应用的各硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程,其次，详细阐述了程序的各个模块和实现过程。本设计以数字集成电路技术为基础，单片机技术为核心。本文编写的主导思想是软硬件相结合，以硬件为基础，来进行各功能模块的编写。关键词 AT89S51 单片机；彩灯控制器；模块设计湖北理工学院毕业设计AbstractSCM is a major piece of computer components are integrated into the chip microcomputer. SCM is microcomputer i
3、s a set of CPU, RAM, ROM, the timing, number and variety of integrated micro-controller interface. This paper introduced the design way of a new-style lampion control system that used AT8S51 single chip as the control core, combined with little assistant hardware such as keyboard display, and took s
4、oftware program to control lampion. This system had temerity of small volume, few of hard wares ,circuit configuration simple and easy to operate, and so on.This article first describes the hardware system principle of work, and attaches by the system structure diagram performs to explain, emphatica
5、lly introduced this system applies various hardware connection technology and each interface module function and the work process, next, elaborated in detail procedure each module and the realization process. This design take the digital integrated circuit technology as the foundation, the monolithi
6、c integrated circuit technology is core. Keywords Lampion AT89S51single chip Lampion controller Module design湖北理工学院毕业设计目录第 1 章 引 言 .11.1 课题主要来源 .11.2 课题研究的意义 .11.3 单片机的特点和发展 .21.3.1 单片机特点 .21.3.2 单片机的发展 .21.4 论文方案进行比较和取舍 .31.4.1 电子设计方案 1.41.4.2 单片机设计方案 2.41.5 方案图流程图 .5第二章 系统的工作原理及运行特性 .62.1 电源模块 .62
7、.1.1 单相桥式整流及滤波电路 .62.1.2 集成稳压器 .62.2 时钟电路 .72.3 单片机的最小系统图 .82.4 复位电路 .92.4.1 手动按钮复位 .92.4.2 上电复位 .92.5 显示模块 .10第三章结合各模块总体设计方案 .113.1 总的设计方案 .113.2.硬件的设计 .123.2.1 硬件的封装 .123.2.2 布局布线 .133.2.3 硬件的制版 .14第四章软件的调试.15湖北理工学院毕业设计4.1.系统资源 .154.2 程序流程 .154.3 软件系统中的主程序流程图 .164.3.1 主程序流程图 .164.3.2 子程序流程图 .174.4
8、 软硬件的结合调试 .204.4.1 程序采用汇编语言编写 .204.4.2 安装 USB 转串口线的驱动。 .214.5 彩灯亮灭方式介绍和原理 .224.5.1 跑马灯 .224. 5.2 流水灯 .24第五章 工作总结和前景展望 .255.1 工作前景和展望 .255.2 工作总结 .25致谢 .26参考文献 .27附录一 主程序 .28湖北理工学院毕业设计第 1 章 引 言1.1 课题主要来源我国使用单片机是在1982 年，五年时间里发展很快。在上海召开了全国首届单片机开发与应用交流会，有的地方还成立了单片机应用协会，那是全国第一次高潮。截止今日，单片机应用快速发展，在因特网输入一个“
9、单片机”的搜索，将会看到很多介绍单片机的网页，而且这还不算国外的。和它相关的杂志现在已经出现了非常多，例如由单片机界的泰斗何立民主编的单片机与嵌入式系统应用现在已经普及电子界，在2004年5月，在多个大城市所做的专业人才需求报表中，单片机精英的需量位居世界第一。一块小小的单片机，为何有如此的魔力？我们第一步从它的结构来说：单片机，可以称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器、随机存取存储器、只读存储器、输入输出端口等主要计算机功能结构都集中在一块集成电路芯片上的。计算机的生产加快了人类改造和建造世界的脚步，但是它体积还是比较大的。不利于安装，相比之下微计算机就适应了这种。 ，它改变了什么
10、呢？展望现在生活的各个阶段，从导弹的精确导航结构，到飞机，坦克上各种仪表的组成和控制。 ，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业中自动化过程的控制和一些精密数据处理，还有生活中比较普遍使用的多种的电子卡等，这些都和开单片机相关联。在这之前单片机没有问世时，这些物品也是可以生产的，但是只能使用复杂的模拟电路，可是这样生产出来的产品看着体积比较大，成本也比较高，而且由于长期使用，元器件可能会出现老化，控制的准确度很可能也会达不到合格。在微型计算机产生以后，许多的国家始普及。1.2 课题研究的意义节日彩灯是我们中华民族从古至今流传下来的具有民族特色并且是集综合性与观赏性于一体的一种工艺品。它的吸引力在
11、于他对中华民族传统文化的继承与发扬，并且结合现代节日的特点，生产出了各种各样适合不同场合的产品，这体现了与时俱进的基本要求。根据历史记载，在汉武帝时期，民间百姓就开始有在正月十五元宵节燃湖北理工学院毕业设计灯的风俗习惯，然后才慢慢演变成为今天众所周知的元宵灯节、灯会。并且进入 21 世纪以后，随着科学技术的普及和应用，以及彩灯在技术上的突破使得传统的彩灯发生了翻天覆地的变化，不再只是使用烛火等传统火源，而是用了电来代替。不仅仅是继承了中华民族的传统彩灯理念，更多的是对制造节日彩灯的理念有了更高的创新，因此才逐渐演变形成了现代彩灯。 自新中国成立以来，节日彩灯艺术更是得到了前所未有的发展随着我国
12、科学技术的快速发展，节日彩灯的种类更是种类频多，五彩斑斓。尤其是现在光学、声学、电磁学等现代科技日趋成熟，因此越来越多的设计师将传统制作工艺与现代科学技术结合起来，生产出了更多具有实用性、观赏性。所以怎样研究使彩灯的效果更佳的漂亮，更加的样式多样话，就成了我们主要的研究对象。综合考虑智能彩灯在生产生活中的需要，以单片机为基础，分析彩灯设计的方案，相应的彩灯控制实现部分电路的设计，分析和比较系统的各种控制方法，优化控制策略，总结出切实可行的控制策略，设计出符合需求的控制程序，实现单片机多样彩灯智能化操作的目标。1.3 单片机的特点和发展1.3.1 单片机特点（1）高集成度，体积小，高可靠性（2）
13、控制功能强（3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品(4）易扩展1.3.2 单片机的发展智能仪器仪表 单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。 智能设备 机电一体化产品是集机械技术、微电子技术、自动化技术和计算机技术于一体，具有智能化特征的各种机电产品。单片机在机电一体化产品的开发中可以发挥巨大的湖北理工学院毕业设计作用。典型产品如机器人、数控机床、自动包装机、点钞机、医疗设备、打印机、传真机、复印机等。 单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。
14、电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如电机转速控制、温度控制、自动生产线等。家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具等。 另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机 的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子还有分 布式系统的前端模块等等。都与单片机有关是生活中不可缺少的组成部分。1.4 论文方案进行比较和取舍彩灯控制器大致
15、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，两种方式各自有自己的优缺点，下面进行比较选择一种比较适合的方法，来进行研究。完成本次的设计目标。比较哪个控制更佳的简单，操作容易，产生的效果更加的美观漂亮，对于材料上，节省成本也是考率选择哪种方法的重要组成部分。在生活中比较实用，能够广泛的实用这一研究课题发光二极管的英简称 LED，发明于 20 世纪 60 年代，几十年来，发光二极管在各种电路及嵌入式系统中得到了广泛的应用，跑马灯使用的“小灯”就是 8 个并排的 LED。LED 发光二极管将电能转变成光能，可由-V 族半导体材料制成。当工作在正向偏置状态时，LED 发光二
16、极管与普通的二极管极其相似，其同样具备单向导电特性，不同之处仅在于当加上正向偏置时，LED 发光二极管将向外发光，此时能量通过 PN 结的载流子过程从电能转换为光能。所以选择它作为彩灯。湖北理工学院毕业设计1.4.1 电子设计方案 1振荡电路控制电路译码器LED 显示电路计数器图 1-1 彩灯控制器硬件框图如图 1-1 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。1.4.2 单片机设计方案 2AT89S51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彩灯图 1-2 单片机彩灯控制系
17、统硬件框图如图 1-2 本电路采用单片机控制，有效的利用了单片机的所有 P0P3 口，实现户外广告灯牌、家庭装饰彩灯的多种变化、多种样式的绚丽效果。该电路由 P0（第一控制输出口） 、P1 （第二控制输出口） 、P2（第三控制输出口） 、P3（第四控制输出口）实现控制彩灯变化。 18、 19 接晶振，为单片机外部振荡电路。9 脚为复位端，SB 为复位按钮，按下 SB 电路复位，电路重新开始工作。总的设计方案为三十二路彩灯控制其中包含控制电路还有，复位电路，显示电路，介绍了硬件电路的总电路图和各个电路图的子模块图，以及各个模块的理论原理。比较细致的学习湖北理工学院毕业设计各个打下了良好的基础。相
18、比较之下单片机体积比较小巧，使用灵活，而且成本比较低，在使用中比较节省能源，控制类型比较丰富。能后产生绚丽的视觉效果，而且是当前比较流行的控制手段，许多国家都在使用运用比较广泛，在中国的发展前景比较深远，相比较别的控制类型就比较优越，而且还节省资源，对于生活，生产都有很多的用处，本次设计是利用单片机的多样的彩灯控制，利用 AT89S51 单片机来实现彩灯的多样的控制，控制比较简单，原理比较容易让人们所接受。同时展现出七种不同的样式变换。本次课题主要研究的就是 了解当今社会对单片机的的使用情况及发展应用前景；树立起科学技术与工程实际相统一的辩证观点；培养综合应用所学理论知识分析解决工程实际问题的
19、能力，了解电气工程的建设程序；掌握电气工程设计，编程的方法步骤。并在进行工程设计、工程制图、文字处理等方面得到初步训练，为今后从事电气工程方面的设计、建设、运行及管理工作，打下必要的基础。所以选择使用单片机来控制。1.5 方案图流程图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 5V直流电源电路组成。如图 1.3电源处理模块 单片机模块 输出显示模块图 1.3 总的方案设计流程图此设计可以在不改变电路的情况下，只需要更改一下程序就可以完全做到，不同的彩灯亮灭方案。
