單片機(jī)課程設(shè)計：彩燈控制器的設(shè)計

1、單片機(jī)課程設(shè)計：彩燈控制器的設(shè)計 黃河科技學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書 工 學(xué)院 機(jī)械 系 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè) 09 級 1 班學(xué)號 姓名 朱施澤 指導(dǎo)教師 郭曉君 題目: 彩燈控制器的設(shè)計 課程: 單片機(jī)課程設(shè)計 課程設(shè)計時間 2012年 12月21 日 至2012年1 月3日 共 2 周課程設(shè)計工作內(nèi)容與基本要求 設(shè)計要求、設(shè)計任務(wù)、工作計劃、所需相關(guān)資料 （紙張不夠可加頁）1設(shè)計要求利用AT89C51單片機(jī)作為微控制器，用16盞以上的LED小燈，實現(xiàn)至少4種彩燈燈光效果（不含全部點亮，全部熄滅）；可以用輸入按鈕在幾種燈光效果間切換；可以通過按鈕暫停彩燈效果，使小燈全亮，再次按下相同按鈕后

2、繼續(xù)之前的效果。2. 設(shè)計任務(wù)與要求根據(jù)該系統(tǒng)設(shè)計的功能要求選擇所用元器件，設(shè)計硬件電路。要求用Proteus繪制整個系統(tǒng)電路原理圖。根據(jù)該系統(tǒng)要求的功能進(jìn)行軟件設(shè)計，繪制整個系統(tǒng)的軟件流程圖；根據(jù)流程圖編寫程序并匯編調(diào)試通過；列出軟件清單，軟件清單要求逐條加以注釋。2.3 Proteus仿真用Proteus對系統(tǒng)進(jìn)行仿真并進(jìn)行軟硬件調(diào)試。2.4 編寫設(shè)計說明書內(nèi)容包括任務(wù)書、設(shè)計方案分析、硬件部分設(shè)計、軟件部分設(shè)計、調(diào)試結(jié)果整理分析、設(shè)計調(diào)試的心得體會等，字?jǐn)?shù)不少于4000字；硬件部分設(shè)計要繪制整個系統(tǒng)電路原理圖，對各部分電路設(shè)計原理做出說明；軟件設(shè)計部分要繪制整個系統(tǒng)及各部分的軟件流程圖，

3、列出程序清單，逐條加以注釋，并在各功能塊前加程序功能注釋。3工作計劃 序號設(shè)計內(nèi)容所用時間1布置任務(wù)及調(diào)研天3制作與調(diào)試天4撰寫設(shè)計報告書2天合 計14天4主要參考資料MCS-51單片機(jī)原理接口及應(yīng)用王質(zhì)樸 北京理工大學(xué)出版社20 指導(dǎo)老師簽字: 日 期: 目 錄1 系統(tǒng)硬件設(shè)計41.1 電路設(shè)計41.2 主要元器件介紹5 AT89c51單片機(jī)芯片介紹5 主要特性52 系統(tǒng)軟件設(shè)計72.1 綜述72.2 主程序及流程圖7 主程序72.3 子程序的編程思路8程序流程圖93 系統(tǒng)調(diào)試與仿真分析113.1 軟件調(diào)試11 單片機(jī)C語言11 Keil uVision211 Proteus123.2 軟件

4、仿真結(jié)果及分析13果一：單燈向里移動13果二：流水左移14果三：3燈走馬右移15果三：紅色流水內(nèi)外移動164 致謝175 參考文獻(xiàn)18附錄 程序代碼181 系統(tǒng)硬件設(shè)計整個系統(tǒng)以AT-89C51單片機(jī)作為主控核心，與發(fā)光二極管LED等較少的輔助硬件電路相結(jié)合，利用軟件實現(xiàn)對LED彩燈進(jìn)行控制。本系統(tǒng)具有體積小、硬件少、電路結(jié)構(gòu)簡單及容易操作等優(yōu)點。1.1 電路設(shè)計彩虹燈控制器電路見【圖1】。其主要設(shè)計器件有AT89C51，復(fù)位電路，時鐘電路，5個按鈕（其中一個為檢測按鈕）。通過軟件設(shè)計，使單片機(jī)P0和P1作為LED驅(qū)動信號輸出口，4個外部按鈕作為按鈕輸入口。圖1 彩虹燈控制器電路圖1.2 主要

5、元器件介紹 AT89c51單片機(jī)芯片介紹AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 主要特性?與MCS-51 兼

6、容 ?4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年?全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz?三級程序存儲器鎖定?128*8位內(nèi)部RAM?32可編程I/O線?兩個16位定時器/計數(shù)器?5個中斷源 ?可編程串行通道?低功耗的閑置和掉電模式?片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；義及功能見【圖2】。圖2 AT89C51引腳圖（1） 輸入輸出引腳（P0、P1和P2端口引腳）P0P3是89C51與外界聯(lián)系的4個8位雙向并行I/O口。本設(shè)計中P0和P1口作為LED驅(qū)動信號輸出口，P2口與4個按鈕連接作為按鈕輸入口，控制4中彩虹燈效果。（2） AT89C51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)見【圖3】圖3 AT89C51基

7、本結(jié)構(gòu)2 系統(tǒng)軟件設(shè)計2.1 綜述本次的任務(wù)是設(shè)計一個基于單片機(jī)的LED彩燈控制器，需要循環(huán)運行四種以上預(yù)設(shè)的彩燈閃爍方案，這里的各種的方案還有顯示方式都是由單片機(jī)內(nèi)部的程序控制。在這里我將16個發(fā)光二極管分別接在P0和P1口，通過程序控制這兩個端口的電平高低，將16個發(fā)光二極管的負(fù)極接P0和P1口，正極接外部高電平，即P0和P1口的相應(yīng)端口為低電平時LED就能被點亮。再通過程序循環(huán)的讓各個端口以不同的方式點亮來達(dá)到各種花樣的效果，并且當(dāng)中要有一定的延時，延時時間小于人眼視覺暫留時間，否則人眼看上去每個燈都是亮的也就沒有實際效果。設(shè)計的LED彩燈系統(tǒng)分為兩部分，即AT89C51主控模塊和發(fā)光二

8、極管LED受控模塊。整個系統(tǒng)工作由軟件程序控制運行，同時根據(jù)不同的需要，用戶可以在LED彩燈工作時通過主控模塊上的按鈕來實現(xiàn)4種彩燈燈光效果（不含全部點亮，全部熄滅）。模塊功能：該部分主要涉及功能的實現(xiàn)方式，即程序編寫。程序要實現(xiàn)的功能包括讀按鍵，通過對讀入按鍵的值控制LED點亮方式。鍵盤有5個按鍵，其中K1、K2、K3、K4控制LED點亮模式。2.2 主程序及流程圖 主程序AT89C51通過編寫程序應(yīng)完成以下功能：通過P0口和P1控制發(fā)光二極管LED的亮與滅，從而實現(xiàn)多種閃爍方案； 用16 盞以上的LED小燈，實現(xiàn)至少4種彩燈燈光效果（不含全部點亮，全部熄滅）。用輸入按鈕在幾種燈光效果間轉(zhuǎn)換

9、。按照上述要求即可寫出主程序代碼并繪制出主程序流程圖。 主程序流程圖 否 是 否 是 否 是 否 是 2.3 子程序的編程思路雖然大致的流程圖已經(jīng)繪制完畢，但編程過程中會遇到更加具體的問題，需要編制一些子程序來解決，以下是一些主要子程序的流程圖繪制思路。程序流程圖數(shù)碼管的顯示必須有足夠長的時間長到肉眼能夠察覺到，因此在點亮數(shù)碼管時要給予其一個適當(dāng)?shù)难舆t。? 否 是 否 是 一個機(jī)器周期包括12個時鐘周期。單片機(jī)AT89C51工作于12M晶振，它的時鐘周期是1/12（微秒）。它的一個機(jī)器周期是12*（1/12）也就是1微秒。一共執(zhí)行1000次，正好1000微秒，也就是1毫秒。描子程序 按鍵掃描子

10、程序用來檢測并識別外部輸入按鈕的輸入信號。void KeyScan if P2 0xf7 ys1ms 100 ;if P2 0xf7 flag 0xf7; if P2 0xfb ys1ms 100 ;if P2 0xfb flag 0xfb; if P2 0xfd ys1ms 100 ;if P2 0xfd flag 0xfd; if P2 0xfe ys1ms 100 ;if P2 0xfe flag 0xfe; 其中的狀態(tài)標(biāo)志分別為：0xfe為按鍵1標(biāo)志 ，0xfd為按鍵2標(biāo)志 ，0xfb為按鍵3標(biāo)志，0xf7為按鍵4標(biāo)。3 系統(tǒng)調(diào)試與仿真分析3.1 軟件調(diào)試本次所有軟體程序均采用C51語

11、言編寫，程序?qū)懲旰笠獙ζ渚幾g，在Proteus軟件里實現(xiàn)硬件電路仿真。下面分別簡單介紹單片機(jī)C語言和這兩款軟件。 單片機(jī)C語言單片機(jī)C語言程序設(shè)計不同于通用計算機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計，它必須針對具體的微控制器及外圍電路來完成，為了便于學(xué)習(xí)單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計和系統(tǒng)開發(fā)，很多公司退出了單片機(jī)實驗箱、仿真器和開發(fā)板等，這些硬件設(shè)備可用于驗證單片機(jī)程序，開發(fā)和調(diào)試單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。開發(fā)8051單片機(jī)系統(tǒng)時，使用C語言會使開發(fā)周期大為縮短，開發(fā)效率大幅提高，程序可讀性好且易于移植，所以使用C語言開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)成為必然趨勢。C語言在單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)中的優(yōu)勢： 用C語言編寫的程序可讀性強(qiáng)； 在不了解單片機(jī)指令系統(tǒng)而

12、僅熟悉8051單片機(jī)存儲結(jié)構(gòu)時就可以開發(fā)單片機(jī)程序； 寄存器分配和不同存儲器尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理； 程序可分為多個不同的函數(shù)，這使程序設(shè)計結(jié)構(gòu)化； 函數(shù)庫豐富，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)； 程序編寫及調(diào)試時間大大縮短，開發(fā)效率遠(yuǎn)高于匯編語言； C語言具有模塊化編程技術(shù)，已編寫好的通用程序模塊很容易植入新程序，這進(jìn)一步提高了程序開發(fā)效率。 Keil uVision2C51單片機(jī)支持HEX文件，我采用的編譯器是Keil uVision2軟件，該軟件是美國Keil Software 公司開發(fā)的，關(guān)于8051系列MCU的開發(fā)工具，是目前世界上最好的51單片機(jī)開發(fā)工具之一。軟件本身支持?jǐn)?shù)百種51系列單

13、片機(jī)芯片，可以用來編譯C源碼，匯編源程序以及兩者的混合編程代碼，連接重定位目標(biāo)文件和庫文件，創(chuàng)建HEX文件，調(diào)試目標(biāo)程序等，是一種集成化的文件管理編譯環(huán)境。使用步驟如下： 建立一個項目，啟動Keil，單擊“Project菜單/New”選項，從彈出的窗口中選擇要保存的路徑，并輸入項目文件名“”，然后保存。這時會彈出一個選擇CPU型號的對話框，根據(jù)所使用的單片機(jī)來選擇，我用的單片機(jī)是AT89C51。 創(chuàng)建程序文件，單擊“File菜單/New”選項，輸入C51語言源程序，單擊“File菜單/Save”并輸入程序文件名“”，保存。 程序文件添加到項目中，右鍵點擊“Target 1”前面的“+”，展開里

14、面的內(nèi)容“Source Group 1”，右鍵單擊“Source Group 1”彈出一個右鍵菜單，單擊“Add File to Groups Source Group 1”，從彈出的窗口中選擇之前保存的文件“”添加到項目中去。 設(shè)置當(dāng)前項目的目標(biāo)選項，右鍵單擊“Target 1”，從彈出的右鍵菜單中單擊“Option for Target”選項，從彈出的“Options”窗口中選擇“Target”標(biāo)簽欄，在“Create HEX File”前面打鉤。 運行編譯，右鍵單擊“Target 1”，從彈出的右鍵菜單中單擊“Build target”選項，此時若源程序沒有語法錯誤，Keil就會生成HE

15、X文件，并自動保存在之前設(shè)置的路徑里。 ProteusProteus是英國Labenter electronics公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件，是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，它可以仿真、分析各種模擬電路與集成電路，軟件提供了大量模擬與數(shù)字元器件及外部設(shè)備，各種虛擬儀表（如電壓表、電流表、示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等），特別是它具有對單片機(jī)及其外圍電路組成的綜合系統(tǒng)的交互仿真功能。目前，Proteus仿真系統(tǒng)支持的主流單片機(jī)有ARM7（LPC21xx）、8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列等，它支持的第三方軟件開發(fā)、編譯和調(diào)試環(huán)境有Kei

16、l uVision2/3、MPLAB等18。Proteus主要由ISIS和ARES兩部分組成，ISIS的主要功能是原理圖設(shè)計及電路原理圖的交互仿真，ARES主要用于印制電路板的設(shè)計。ISIS提供的Proteus VSM（Virtual System Modelling）實現(xiàn)了混合式的SPICE電路仿真，它將虛擬儀器、高級圖表應(yīng)用、單片機(jī)仿真、第三方程序開發(fā)與調(diào)試環(huán)境有機(jī)結(jié)合，在搭建硬件模型之前即可在PC上完成原理圖設(shè)計、電路分析與仿真及單片機(jī)程序?qū)崟r仿真、測試及驗證。Proteus操作非常簡單，啟動“”。在設(shè)計原理圖時，根據(jù)當(dāng)前電路復(fù)雜程度和特定要求，選擇恰當(dāng)?shù)哪K進(jìn)行設(shè)計，打開模塊式需要單擊

17、“文件/新建設(shè)計”（File/New Design）菜單，打開“創(chuàng)建新設(shè)計”（Create New Design）對話框，然后選擇相應(yīng)模塊。 創(chuàng)建空白文件后，先將DSN文件保存到指定位置，接下來就可以開始在圖紙中添加元件了，單擊模式工具上的元件模式（Component Mode）圖標(biāo)，對象選擇窗口上會出設(shè)備（Device），這時單擊“P”按鈕，打開元件選擇窗口，在元件庫選擇硬件電路所需要的元器，合理擺放位置，然后按要求連接好電路圖。3.2 軟件仿真結(jié)果及分析 完成單片機(jī)系統(tǒng)仿真電路圖設(shè)計后，即可開始仿真運行單片機(jī)綁定的程序文件，雙擊單片機(jī)，打開單片機(jī)屬性窗口（也可以先在單片機(jī)上單擊右鍵，再單擊

18、左鍵，或者選中單片機(jī)后按下（Ctrl+E組合鍵），在“Program Files”項中選擇對應(yīng)的HEX文件。在仿真電路和程序都沒有問題時，直接單擊Proteus主窗口下的“運行”（Play）按鈕，即可仿真運行單片機(jī)系統(tǒng)， 在運行過程中如果希望觀察內(nèi)存、24C0X、溫度寄存器、時鐘芯片等內(nèi)部數(shù)據(jù)可在運行時單擊“單步”（Step）或“暫?！保≒ause）按鈕，然后再“調(diào)試”（Debug）菜單中打開相應(yīng)設(shè)備。果一：單燈向里移動 即按鍵1彩虹燈光效果：上下兩排各8個led二極管自兩端向里依次點亮再返回，單次兩端各亮兩盞，以此循環(huán)?？梢杂幂斎氚粹o在燈光效果間切換。果二：流水左移即按鍵2彩虹燈光效果：上下

19、兩排各8個led二極管自兩端單向挨個點亮直至全明，點亮后不熄滅，最后回到初始狀態(tài)，以此循環(huán)?？梢杂幂斎氚粹o在燈光效果間切換。果三：3燈走馬右移即按鍵3彩虹燈光效果：上下兩排各8個led二極管自左端點亮右移，上下兩排最多各點亮三盞，以此循環(huán)?？梢杂幂斎氚粹o在燈光效果間切換。果三：紅色流水內(nèi)外移動 即按鍵4彩虹燈光效果：上下兩排各8個led二極管自兩端挨個點亮向內(nèi)移動，最終全部點亮，出現(xiàn)漸亮效果；接著上下兩排二極管自內(nèi)側(cè)挨個點亮向外移動，最終全部點亮并出現(xiàn)漸暗效果，以此循環(huán)?？梢杂幂斎氚粹o在燈光效果間切換。4 致謝在這里首先要感謝我的導(dǎo)師郭曉君老師。郭老師平日里工作繁重，日理萬機(jī)，但從協(xié)調(diào)選題，到

20、確定最終任務(wù)書，再到最后的程序調(diào)試，我無時無刻不感受著郭曉君老師細(xì)致而無私的關(guān)懷和幫助。本人的課程設(shè)計“彩燈控制器的設(shè)計”是此次眾多選題中較為棘手的一個，鄙人并不扎實的專業(yè)知識更是為之雪上加霜。但是面對如此低級甚至有些重復(fù)的問題，郭老師卻誨人不倦，耐心、認(rèn)真地為我一一解答。郭老師高超的專業(yè)素養(yǎng)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和甘為人師的奉獻(xiàn)精神深深地影響了我，也并將繼續(xù)積極地影響我今后的工作和學(xué)習(xí)生活。郭老師，謝謝您！其次我還想感謝和我一起肩并肩奮斗在此次單片機(jī)課程設(shè)計第一線的09機(jī)電的各位同學(xué)們。是你們陪我一起努力，給我鼓勁兒，才使我能在研究生考試后有限的時間里快速地投入，高效地完成，并最終保證了整個設(shè)計任

21、務(wù)按時按量順利地完成。最后，通過此次課程設(shè)計，我對“厚積薄發(fā)”有了更深刻的理解做學(xué)問是一個過程而不是一個結(jié)果，關(guān)鍵不是出成績的某一下，而是平日里積累的點點滴滴，分分秒秒。因此，我要感謝大學(xué)四年來關(guān)心和教育過我的領(lǐng)導(dǎo)們、老師們、同學(xué)們，是你們?yōu)槲抑该髁俗鋈说姆较?，夯實了專業(yè)的基礎(chǔ)，分享了絢麗而多彩的青春！祝福你們！祝你們身體健康，生活愉快，工作順利，新年吉祥！5 參考文獻(xiàn)1 吳金戎 8051單片機(jī)實踐與應(yīng)用M 北京：清華大學(xué)出版社, 2003.8 2 附錄 程序代碼#include /包含單片機(jī)寄存器的頭文件#include unsigned char flag 0xff;/狀態(tài)標(biāo)志void y

22、s1ms unsigned int i ;void KeyScan ;rzy ;rlszy ;rsdzmyy ;rlsnwyd ;rjl ; rja ; zkb unsigned char d ;/*函數(shù)功能：主函數(shù)*/void main void while 1 KeyScan ;switch flag case 0xfe:rzy ;break;/掃描狀態(tài)標(biāo)志，為1時，第1種效果 case 0xfd: rlszy ; break;/掃描狀態(tài)標(biāo)志，為2時，第2種效果 case 0xfb:rsdzmyy ; break;/掃描狀態(tài)標(biāo)志，為3時，第3種效果 case 0xf7:rlsnwyd ;b

23、reak; /掃描狀態(tài)標(biāo)志，為4時，第4種效果 / default:P1 0x00; /* 延時程序*/void ys1ms unsigned int i /延時程序,i是形式參數(shù),i為1時 延時約1MS unsigned int j;for ;i 0;i- /變量i由實際參數(shù)傳入一個值,因此i不能賦初值 for j 0;j 125;j+ /j由0自增到125 所用的時間大約是1MS ; /* 按鍵掃描 狀態(tài)標(biāo)志0xfe按鍵1標(biāo)志 0xfd按鍵2標(biāo)志 0xfb按鍵3標(biāo)志 0xf7按鍵4標(biāo)志*/void KeyScan if P2 0xf7 ys1ms 100 ;if P2 0xf7 flag

24、0xf7; if P2 0xfb ys1ms 100 ;if P2 0xfb flag 0xfb; if P2 0xfd ys1ms 100 ;if P2 0xfd flag 0xfd; if P2 0xfe ys1ms 100 ;if P2 0xfe flag 0xfe; /* 按鍵1效果程序：單燈向里移動*/rzy P0 0x7e;/01111110 P1 0x7e; ys1ms 90 ; P0 0xbd;/10111101 P1 0xbd; ys1ms 90 ; P0 0xdb;/11011011 P1 0xdb; ys1ms 90 ; P0 0xe7;/11100111 P1 0xe7

25、; ys1ms 90 ; P0 0xff; P1 0xff; ys1ms 300 ; P0 0xe7; P1 0xe7; ys1ms 90 ; P0 0xdb; P1 0xdb; ys1ms 90 ; P0 0xbd; P1 0xbd; ys1ms 90 ; P0 0x7e; P1 0x7e; ys1ms 90 ; P0 0xff; P1 0xff; /* 按鍵2效果程序：流水左移函數(shù)*/ rlszy unsigned char a,b,i,led,led1;/聲明無字符整形變量a,i,led,led1 led 0xfe; /左移初始值定位led1 0x7f;P0 led; /輸出P1 led

26、1;ys1ms 120 ; /延時for i 1;i 8;i+ /設(shè)置移動7次 a led i;/燈左移i位P0 a; /依次點亮 b led1 i; P1 b;ys1ms 150 ; /*按鍵3效果程序：3燈走馬右移函*/rsdzmyy P0 0x1f;/00011111 P1 0xff; ys1ms 80 ; P0 0x8f; P1 0xfe; ys1ms 80 ; P0 0xc7; P1 0xfc; ys1ms 80 ; P0 0xe3; P1 0xf8; ys1ms 80 ; P0 0xf1; P1 0xf1; ys1ms 80 ; P0 0xf8; P1 0xe3; ys1ms 80 ; P0 0xfc; P1 0xc7; ys1ms 80 ; P0 0