可编程彩灯控制器毕业论文

湖南工程职业技术学院

HUNAN ENGINEERINGPOLYTECHNIC

毕业设计（论文）

设计（论文）题目：可编程彩灯控制器

目录

第一部分毕业设计开题报告

第二部分设计说明书

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2013届

毕业设计（论文）资料

第一部分毕业设计（论文）开题报告

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湖南工程职业技术学院

毕业设计（论文）开题报告

（2013届）

2013年5月30日

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2013届

毕业设计（论文）资料

第二部分毕业论文

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湖南工程职业技术学院毕业设计（论文）

可编程彩灯控制器设计

系（部）：信息工程系 专业：应用电子

学号：

学生姓名：

指导教师：

2013 年 5月

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湖南工程职业技术学院毕业设计（论文）

摘要

城市夜景中，变幻多姿的霓虹灯历来是一道亮丽的风景线。城市对彩灯的需求量越来越大，同时彩灯的花样也越来越多，彩灯控制技术也越来越高。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广、可编程等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心即是单片机。因此把单片机加入到彩灯控制系统中成为必然。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 彩灯控制器，不仅使控制花样、路数大大增加，而且成本低，电路实现简单，有着很大的发展前景。本文提出了一种基于AT89C51单片机的可编程彩灯控制系统，实现对LED 彩灯的控制。本系统以AT89C51单片机与独立按键组成核心主控制模块。显示模块由8行8列共64个彩灯构成。在主控模块上设有8个独立按键来控制显示模块上发光二级管的工作模式，用户根据需要可以编写若干种亮灯模式，还可以根据自己的喜好选择彩灯的循环形式。

关键词：AT89C51单片机，LED 彩灯，可编程

I

目录

第一章课题研究背景和意义 ...................................................................................................... 1

1.1 课题研究背景 ......................................................................................................................... 1

1.2 课题研究意义 ......................................................................................................................... 1

第二章总体设计方案及主控芯片介绍 . ................................................................................ 2

2.1 方案论证 .................................................................................................................................. 2

2.2 方案的总体设计框图 . ........................................................................................................... 2

2.3 主控芯片AT89C51 ............................................................................................................... 3

2.2.1 主要性能参数................................................................................................................... 3

2.2.2 功能特性概述 . .......................................................................................................... 4

2.2.3 AT89C51的主要特点 .............................................................................................. 4

2.2.4 引脚功能说明 . .......................................................................................................... 4

第三章硬件电路设计 ...................................................................................................................... 7

3.1 电源电路 .................................................................................................................................. 7

3.2 单片机最小应用系统及按键电路 ..................................................................................... 7

3.2.1 晶振电路 ...................................................................................................................... 8

3.2.2 复位电路 ...................................................................................................................... 8

3.2.3 按键电路 ...................................................................................................................... 9

3.3 显示电路 ................................................................................................................................ 10

第四章软件设计............................................................................................................................... 12

4.1 软件开发流程 ....................................................................................................................... 12

4.2 代码分析 ................................................................................................................................ 12

4.3 调试与仿真 . ........................................................................................................................... 23

第五章硬件电路的制作与调试 . .............................................................................................. 24

5.1 PCB板的制作 ........................................................................................................................ 24

5.2 装配与调试 . ........................................................................................................................... 24

5.3 实验现象 ................................................................................................................................ 25 结论 ......................................................................................................................................................... 26 致谢 ......................................................................................................................................................... 27 参考文献 .............................................................................................................................................. 28

II

附录 ......................................................................................................................................................... 29

III

第一章课题研究背景和意义

1.1 课题研究背景

微型计算机（Microcomputer ）简称微机，是计算机的一个重要分支。人们通常按照计算机的体积、性能和应用范围等条件将计算机分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。微型计算机不但具有其他计算机快速、精确、程序控制等特点，而且还具有体积小、重量轻、功耗低、价格便宜等优点。个人计算机简称PC （Personal Computer ），是微型计算机中应用最广泛的一种，也是近年来计算机领域中发展最快的一个分支。PC 在性能和价格方面适合个人用户购买和使用。目前，它已经像普通家电一样深入到了家庭和社会生活的各个方面。而单片机又是PC 的一个分支，随着信息技术革命的深入和计算机技术的飞速发展，单片机的应用越来越广泛，并逐渐成为一门关键的技术学科。

单片机实际上是指集成在一个芯片上的微型计算机。它的各种功能部件，如CPU 、RAM 、ROM 、I/O接口电路、定时/计数器等都制作在一块集成芯片上，构成了一个完整的微型计算机，可以实现微型计算机的基本功能。单片机具有一些突出的优点：体积小、重量轻、耗电少、电源单一、功能强、价格低、运行速度快、抗干扰能力强、可靠性高，所以在汽车等产品中都可以看到单片机的身影。

1.2 课题研究意义

循环彩灯在现代社会中有广泛的应用，如大型电子广告牌、霓虹灯、儿童玩具等都有循环彩灯的应用。基于单片机的循环彩灯控制系统的设计利用了单片机的内部资源并结合C 语言编程, 完成了单片机系统开发的基本流程，因此具有典型的代表意义，是学习和开发单片机的基本实验之一。

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第二章总体设计方案及主控芯片介绍

2.1 方案论证

由于单片机的种类繁多, 各种型号都有其一定的功能特性和应用环境, 因此在选用时要多加比较, 合理选择, 以期获得最佳的性价比。一般来说，在选取单片机时应从以下这些方面考虑：CPU 、内部RAM 和ROM 、中断源的数量、I/O口、保密性、定时/计数器、串行接口、工作电压、功耗、封装形式以及价格等。本次设计中我们提出了以下两种方案。

方案一：利用51单片机为控制器的LED 显示屏。

MCS-51系列单片机是专为控制应用所设计的八位CPU ，片内含有4KB （8KB/8052）的程序存储器（ROM ）和128字节可供存储数据的RAM （8052:256字节），其ROM 、RAM 都可扩充至64K ，具有全多工传输信号UART ，内部有两组16位定时器（8052有3个）。AT89C51隶属于51系列，是美国ATMEL 公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机。功能强大的AT89C51单片机可为使用者提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。采用AT89C51单片机为本设计的主控芯片，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口及其控制的准确性，可实现彩灯控制的基本要求。

方案二：利用AVR 单片机为控制器的LED 显示屏。

AVR 单片机是ATMEL 公司推出的RISC 架构的工业专用单片机，其处理指令的速度有所增加，抗干扰能力优秀，型号种类繁多。他有通用寄存器一共32个, 前16个寄存器都不能直接与立即数打交道, 因而通用性有所下降。以AVR 单片机作为点阵显示器的控制器，可以明显地改善显示效果，同时可以减少外部电路设计的难度，相应地降低了硬件成本。因此，现在还有很大一部分电子屏使用AVR 作为控制器。

因此, 在综合了以上两种控制器的优缺点以及本次设计的要求后，我们决定用方案一，以AT89C51单片机为控制器。这样既能达到预期设计的功能，且性价比高。

2.2方案的总体设计框图

可编程彩灯控制器总体设计方框图如图1所示, 主控制芯片采用单片机AT89C51, 用一个8×8LED 点阵式显示器通过I/O口传送数据实现丰富多样的彩灯循环效果。按键控制电路可改变彩灯循环模式。

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图1 可编程彩灯控制器系统框图 2.3 主控芯片AT89C51

AT89C51是美国ATMEL 公司生产的低电压，高性能的CMOS8位单片机，片内含4Kbytes 的可反复擦写的只读程序存储器和128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM ），器件采用ATMEL 公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CUP ）和Flash 存储单元，是当下广为流行的单片机之一。

2.2.1 主要性能参数

·与MCS-51产品指令系统完全兼容

·4K 字节可重擦写Flash 闪速存储器

·1000次擦写周期

·全静态操作：0Hz-24MHz

·三级加密程序存储器

·128×8字节内部RAM

·32个可编程I/O口线

·两个16位定时/计数器

·6个中断源

·可编程串行UART 通道

·低功耗空闲和掉电模式

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