【正文】 杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 彩燈控制電路的設(shè)計(jì) 系 別 信息電子系 專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 2021 年 5 月 10 日 目錄 1 第 1 章 概述 .......................................... 3 ................................... 3 ....................................... 4 第 2 章 硬件電路設(shè)計(jì) ................................... 5 ..................................... 5 路 ....................................... 6 ........................................... 6 LED顯示電路 ....................................... 7 ....................................... 8 第 3 章 軟件設(shè)計(jì) ...................................... 11 ...................................... 10 ...................................... 11 參考文獻(xiàn) ............................................ 12 附錄 A 課題設(shè)計(jì)電路原理圖 ............................... 14 附錄 B 課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序 ................................. 15 致 謝 ................................................. 21 2 彩燈控制電路設(shè)計(jì) 【摘要】 本文介紹了一種由 16 個(gè) LED發(fā)光二極管組成多功能發(fā)光形式的簡易彩燈控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過程，方案以 AT89C51 單片機(jī)作為主控核心， 且以 復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、按鍵電路、中斷電路以及彩燈顯示電 路組成， 利用軟件編程燒錄程序到單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對 LED 彩燈進(jìn)行多樣控制 。 該控制電路能完成多種閃燈模式以及隨意變換想要的閃爍方式和控制彩燈的閃爍頻率等功能。該系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、易操作、硬件少、體積少、成本低、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，有一定的實(shí)用價(jià)值。 【關(guān)鍵詞】 8051 單片機(jī)， LED 彩燈，控制系統(tǒng)，閃爍方式 3 第 1章 概述 現(xiàn)代化生活當(dāng)中彩燈控制電路的應(yīng)用越來越受到人們的喜歡，因?yàn)槠洳粌H能美化環(huán)境，渲染氣氛，還可以用于娛樂場所和電子玩具、廣告牌 當(dāng)中等，因此我們選擇了 4種不同方式控制點(diǎn)亮 16個(gè) LED 發(fā)光二極管的彩燈控制電路設(shè)計(jì)作為畢業(yè)課題，利用本人在大學(xué)期間所學(xué)的模擬電子技術(shù)、通訊電路、語言程序設(shè)計(jì)等一些課程的知識進(jìn)行了這次畢業(yè)課題設(shè)計(jì)與制作，這次設(shè)計(jì)能在很大程度上提高了我們個(gè)人的學(xué)以致用能力和實(shí)際獨(dú)立操作能力，不論是對知識的運(yùn)用還是對論文的撰寫方面都有了很大的提高，同時(shí)也為了我們以后踏上社途工作發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。 彩燈控制電路的設(shè)計(jì)，其電路設(shè)計(jì)品種多樣，工作電壓范圍寬，功耗低，外圍元件少，因此適用于現(xiàn)實(shí)生活中多種電子產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)與制作。此課 題設(shè)計(jì)的作品不能為了只追求“跳躍”而給人凌亂的感覺，不管采用何種色彩、何種圖案，都應(yīng)該聚而不散，且有順序的漸變和跳躍，給觀眾一種主次感、秩序感，也方便于群眾順著有規(guī)律的節(jié)奏接著看第二遍、第三遍。在設(shè)計(jì)制作時(shí)，既要給人帶來變換的吸引力，又要顯得主次分明，沒有色彩和圖案凌亂的感覺。變換、閃爍、跳躍式的 彩燈為市場促進(jìn)了銷售，為生活營造了多姿多彩的氣氛， 因此 ， 越來越受到人們的肯定、重視、歡迎。 4 設(shè)計(jì)思路 : 本方案這要是通過對基于單片機(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。本課題設(shè)計(jì)的 總體框圖如下圖 12所示 圖 12 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下： 此設(shè)計(jì)方案中單片機(jī)的 P1 口接 4路按鍵控制電路，實(shí)現(xiàn)彩燈閃爍方式的切換功能；單片機(jī)的 引腳接上一個(gè)按鍵開關(guān)以實(shí)現(xiàn)對彩燈中斷的控制；單片機(jī)上的 P0 和 P2口接 16 路 LED發(fā)光二極管組成彩燈顯示電路，實(shí)現(xiàn)多種形式的閃爍功能。 5 第二章 硬件電路設(shè)計(jì) 要使單片機(jī)工作起來，最基本的電路構(gòu)成由單片機(jī) 、 時(shí)鐘電路 、 復(fù)位 電路 等 組成。單片機(jī)最小系統(tǒng)由復(fù)位電路和時(shí)鐘信號電路組成 （如圖 21）。 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)的啟動過程。 單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和手動按鍵復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用上電自動復(fù)位。 單片機(jī)最小系統(tǒng)還有一塊 模塊 叫時(shí)鐘電路。 時(shí)鐘電路由一個(gè)晶振和兩個(gè)小電容組成，用來產(chǎn)生時(shí)鐘頻率。 AT89C51 單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)反向放大器構(gòu)成的振蕩器，XTAL1 和 XTAL2 分別為振蕩器電路的輸入端和輸出端，時(shí)鐘可由內(nèi)部和外部生成，在XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時(shí)元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶 振頻率選擇 12MHz，電容值取 30PF,電容的大小頻率起微調(diào)的作用。 圖 21 單片機(jī)最小系統(tǒng) 圖 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 6 按鍵控制電路（如圖 22）是由 4個(gè)按鍵開關(guān)構(gòu)成的。他們分別接在單片機(jī) AT89C51的 ~ 引腳上，為了一對一方式控制 16個(gè) LED 彩燈的不同閃爍形式。當(dāng)按下開關(guān) key1 時(shí)， 16個(gè) LED 發(fā)光二極管閃爍第一種彩燈方式；當(dāng)按下開關(guān) key2 時(shí)， 16個(gè) LED發(fā)光二極管閃爍第二種彩燈方式；同理，當(dāng)按下開關(guān) key3 時(shí)， 16個(gè) LED 發(fā)光二極管閃爍第三種彩燈方式；當(dāng)按下開關(guān) key4 時(shí)， 16 個(gè) LED 發(fā)光二極管閃爍第四種彩燈方式。 圖 22 按鍵控制電路圖 路 單片機(jī)的 引腳街上一個(gè)按鍵開關(guān)以實(shí)現(xiàn)對彩燈中斷的控制（如圖 23）。當(dāng)彩燈系統(tǒng)正在實(shí)現(xiàn)無論哪一種控制方式時(shí)，按下中斷開關(guān)使過程終止， 16 個(gè) LED 發(fā)光二極管同時(shí)會處于熄滅狀態(tài)，停止當(dāng)前工作；當(dāng)再次按一下中斷開關(guān)時(shí)，彩燈系統(tǒng)會繼續(xù)進(jìn)行工作，閃光方式會與中斷之前的方式一樣。 如圖 23 中斷控制電路圖 LED 顯示電路 key1 key2 key3 key4 7 流水燈采用的是發(fā)光二極管（ LightEmitting Diode），簡稱 LED，是一 種將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導(dǎo)體器件，具有體積小、耗電低的優(yōu)點(diǎn)，常被用作微型計(jì)算機(jī)與數(shù)字電路的輸出裝置。當(dāng) LED 兩端加上一定的正向電壓，使之流過一定的工作電流就會發(fā)光，其亮度隨流過的電流增加而增加，但電流過大 LED 的壽命也將縮短。普通 LED 正向電流一般為 5~20mA。由于 51 的 I/O 是弱上拉的方式，在輸出高電平時(shí)，只能輸出幾十微安的電流，而在輸出低電平時(shí)， I/O 最大可以輸入幾十毫安的電流。所以，通常采用灌電流的方式，即電流從電源經(jīng) LED 流向 I/O 口。為了不讓流過 LED的電流太大而把它燒壞，還得串上限流電阻 R， 當(dāng) P0和 P2 口輸出高電平（ +5V）時(shí)， LED 兩端沒有電壓降，所以熄滅；當(dāng) P0 和 P2 口輸出低電平（即 P0/P2=0）時(shí) , LED 正向?qū)òl(fā)光。此時(shí) LED兩端電壓 VD約為 ，則限流電阻 R兩端將存在 （即 =）。查閱 AT89C51技術(shù)手冊后發(fā)現(xiàn)，單個(gè) I/O 口的輸入電流不能超過 10mA； P0口的輸入電流總和不能超過 26mA； P P P3 的輸入電流總和不能超過 15mA；所有 I/O 口的輸入電流總和不能超過 71mA。（如圖 24） 8 圖 24 led顯示電路圖 9 AT89C51 管腳圖如 下 圖 25 所示 圖 25 AT89C51 引腳 排列 VCC：供電電壓 +5V。 GND：接地。 P0 口： P0口為一個(gè) 8位漏級開路雙向 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。本系統(tǒng)中 P0 口接 LED 數(shù)碼管的段選段。 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 [7]。 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)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(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，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(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和控制信號。本系統(tǒng)中語音芯片 ISD1420 的地址端接 P