【正文】 如圖 11 所示。 電子科技大學(xué) 第 7 頁 方案二： 本 方案 主要是通過對(duì) 基于單片機(jī)的多控制、多閃爍方式的 LED彩燈循環(huán)系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)，來 達(dá)到 本設(shè)計(jì)的要求。 其硬件構(gòu)成框圖如圖 12 所示，以單片機(jī)為核心控制，由 單片機(jī)最小系統(tǒng) （時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源） 、 按鍵控制 電路、 LED 發(fā)光二極管和 5V 直流 電源 電路組成。 圖 12 單片機(jī)彩燈循環(huán)控制系統(tǒng)硬件框圖 此設(shè)計(jì)方案中 單片機(jī)的 P1 口 接 5 路按鍵控制電路 ，實(shí)現(xiàn) 彩燈花型的切換 功能；單片機(jī)的 引 腳 接上一個(gè)按鈕開關(guān)以實(shí)現(xiàn)對(duì)彩燈閃爍頻率的控制 ， 即實(shí)現(xiàn)了快慢兩種節(jié)拍實(shí)現(xiàn)花型的變換；單片機(jī)上的 P2 口接八路 LED 發(fā)光二極管組成彩燈電路，顯示彩燈循環(huán)情況。 (二 )方案選擇 結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)書比較以上兩種方案可知： 利用電子電路裝置控制，其電路不很復(fù)雜，制作 相對(duì)較容易點(diǎn) ，成本也相對(duì)較低 ，但可調(diào)性差，亮燈模式少而且樣式單調(diào)，達(dá)不到設(shè)計(jì)任務(wù)要求或?qū)崿F(xiàn)困難 。采用單片機(jī)控制其優(yōu)點(diǎn) 是電路集成 度高，工作原理簡(jiǎn)單，清晰明了，自定義 編程 ， 控制的圖案花樣多 ，移植性好等。 綜上，顯然方案二各方面優(yōu)越于方案一，以及 為 了體現(xiàn) 專業(yè)優(yōu)勢(shì)，本次設(shè)計(jì)采用第二種方案。 振蕩電路 控制電路 譯碼器 LED 顯示電路 計(jì)數(shù)器 圖 11 彩燈循環(huán)控制器硬件框圖 AT89C51單片機(jī) 時(shí)鐘 電路 復(fù)位 電路 按鍵控制電路 直流 5V電源電路 供電 信號(hào) LED 彩燈 電子科技大學(xué) 第 8 頁 三、彩燈控制器系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) （ 一）單片機(jī)選擇 單片機(jī)是主控制器核心，我們選擇的是 AT89C51。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh 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)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存 儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 芯片如圖 所示。 圖 芯片俯視圖 主要特性： ? 8031 CPU 與 MCS51 兼容 ? 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器 (壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ) ? 全靜態(tài)工作： 0Hz24KHz ? 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定 ? 128*8 位內(nèi)部 RAM ? 32 條可編程 I/O 線 ? 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ? 6 個(gè)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(shí)鐘電路 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 電子科技大學(xué) 第 9 頁 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一 次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 I/O 口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)： I/O 口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線經(jīng)過某種運(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線上面圖中的兩個(gè)三角形表示的就是輸入緩沖器 CPU 將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號(hào)以完成不同的操作這是由硬件自動(dòng)完成的不需要我們操心。讀引腳時(shí)也就是把端口作為外部輸入線時(shí)首先要通過外部指令把端口鎖存器置 1然后再實(shí) 行讀引腳操作否則就可能讀入出錯(cuò)為什么看上面的圖如果不對(duì)端口置 1 端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為 0Q 端為0Q^為 1 加到場(chǎng)效應(yīng)管柵極的信號(hào)為 1 該場(chǎng)效應(yīng)管就導(dǎo)通對(duì)地呈現(xiàn)低阻抗 ,此時(shí)即使引腳 電子科技大學(xué) 第 10 頁 上輸入的信號(hào)為 1 也會(huì)因端口的低阻抗而使信號(hào)變低使得外加的 1 信號(hào)讀入后不一定是1 若先執(zhí)行置 1 操作則可以使場(chǎng)效應(yīng)管截止引腳信號(hào)直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作所以這類 I/O 口被稱為準(zhǔn)雙向口 89C51的 P0/P1/P2/P3 口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口接下來讓我們?cè)倏戳硪粋€(gè)問題從圖中可以看出這四個(gè)端口還 有一個(gè)差別除了 P1 口外 P0P2P3 口都還有其他的功能。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期 間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出 [6]。 （二） 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖如圖 所示。 通過軟件設(shè)計(jì)，使單片機(jī) P0 口作為三色 LED 驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出口及移位時(shí)鐘 CLOCK 信號(hào)， P3 口為按鍵輸入口， P2 口、 P1 口 與 LED 相接作為顯示器的輸出口。 電子科技大學(xué) 第 11 頁 P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78R S T9P 3 .010P 3 .111P 3 .212P 3 .313P 3 .414P 3 .515P 3 .616P 3 .717X T A L 218X T A L 119GND20P 2 .0 (A 8 )21P 2 .1 (A 9 )22P 2 .2 (A 1 0 )23P 2 .3 (A 1 1 )24P 2 .4 (A 1 2 )25P 2 .5 (A 1 3 )26P 2 .6 (A 1 4 )27P 2 .7 (A 1 5 )28P S E N29A L E /P R O G30E A /V P P31P 0 .7 (A D 7 )32P 0 .6 (A D 6 )33P 0 .5 (A D 5 )34P 0 .4 (A D 4 )35P 0 .3 (A D 3 )36P 0 .2 (A D 2 )37P 0 .1 (A D 1 )38P 0 .0 (A D 0 )39V C C40K1A T 8 9 C 5 1+ 5 VS1S W P BY1C R Y S T A LR1R E S 2+ C 2 0C1C A PC2C A P+ 5 VR9R E S 2S3S W P B+ 5 VP 2 0P 2 1P 2 2P 2 3P 2 4GND 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 要使單片機(jī)工作起來，最基本的電路的構(gòu)成由單片機(jī) 、 時(shí)鐘電路 、 復(fù)位 電路 等 組成。 時(shí)鐘電路：本系統(tǒng)采用單片機(jī)內(nèi)部方式產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，用于外 接一個(gè) 12MHz 石英晶體振蕩器和 2 個(gè) 30pF 微調(diào)電容，構(gòu)成穩(wěn)定的的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部的時(shí)鐘電路。 復(fù)位電路：確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動(dòng)過程。 單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)按鍵復(fù)位，該復(fù)位方式同樣具有上電自動(dòng)復(fù)位功能。 （三） LED彩燈顯示電路 LED 彩燈顯示電路 (如圖 所示 )實(shí)際上是由 8 個(gè)發(fā)光二極管和 8 個(gè)電阻構(gòu)成的電路。發(fā)光二極管與電阻對(duì)應(yīng)串聯(lián) ,然后接在與之相對(duì)應(yīng)的 P2 口上。通過軟件編程對(duì) P2口輸出高低電平來實(shí)現(xiàn)不同的閃爍花型。由于 發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓一般為 以上， 電子科技大學(xué) 第 12 頁 另外，他的工作電流根據(jù)型號(hào)不同一般為 1mA 到 30mA，電阻選擇范圍 100 歐姆～ 3 千歐姆在此我們這里選用 560 歐姆的電阻。 Q1P N PQ2P N PQ3P N PQ4P N PQ5P N P+ 5 VR3R E S 2R4R E S 2R5R E S 2R6R E S 2R7R E S 2P 0 1 P 0 2 P 0 3 P 0 4 P 0 5P 0 1 P 0 2 P 0 3 P 0 4 P 0 5P 2 0 P 2 1 P 2 2 P 2 3 P 2 4D1LEDD2LEDD3LEDD4LEDD5LEDD6LEDD7LEDD8LEDD9LEDD 1 0LEDD 1 1LEDD 1 2LEDD 1 3LEDD 1 4LEDD 1 5LEDD 1 6LEDD 1 7LEDD 1 8LEDD 1 9LEDD 2 0LEDD 2 1LEDD 2 2LEDD 2 3LEDD 2 4LEDD 2 5LEDD 2 6LEDD 2 7LEDD 2 8LEDD 2 9LEDD 3 0LEDD 3 1LEDD 3 2LEDD 3 3LEDD 3 4LEDD 3 5LEDD 3 6LEDD 3 7LEDD 3 8LEDD 3 9LEDD 4 0LED